Количественное определение полициклических ароматических углеводородов в крови методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с флуориметрическим детектированием для задач социально-гигиенического мониторинга

Введение. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) относятся к группе приоритетных загрязнителей окружающей среды, которые поступают в организм человека ингаляционным, пероральным путём или через кожу, вызывая при длительном воздействии нарушение метаболических процессов, хронические и онкологические болезни. Для оценки воздействия полициклических ароматических углеводородов на здоровье населения актуальным является контроль их содержания в биологических средах человека.

Цель исследования — разработка и применение методики определения полициклических ароматических углеводородов (нафталина, 2-метилнафталина, антрацена, 9-метилантрацена пирена и бенз(а)пирена) в крови методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с флуориметрическим детектированием (ВЭЖХ-ФЛД) для задач социально-гигиенического мониторинга.

Материалы и методы. Объектом исследований являлись биологические среды (пробы крови). Исследования по разработке методики проведены на жидкостном хроматографе Shimadzu с флуориметрическим детектором RF-20A. Апробация методики проведена в рамках углублённых исследований здоровья детей, проживающих на территориях с различным уровнем экспозиции (n = 116).

Результаты. Отработаны условия пробоподготовки и параметры проведения хроматографического анализа ПАУ в крови методом ВЭЖХ/ФЛД. Степень извлечения ПАУ из крови методом жидкостной экстракции составила 77–100%. Анализ полициклических ароматических углеводородов в крови показал достоверно более высокие (р < 0,05) среднегрупповые концентрации в биосредах детей, проживающих в зоне влияния выбросов промышленных предприятий. Приоритетными соединениями, обнаруженными в крови обследуемых детей, являются пирен, 2-метилнафталин и нафталин.

Ограничения исследования. Ограничение исследований связано с периодом отбора проб биологических сред разных возрастных групп на территориях Российской Федерации с различным уровнем экспозиции. Расширение перечня обследуемых групп населения может стать направлением дальнейших исследований по оценке воздействия полициклических ароматических углеводородов на здоровье человека.

Заключение. Разработанная методика может быть использована в гигиенических исследованиях при оценке риска для здоровья населения в условиях экспозиции полициклическими ароматическими углеводородами, проживающего на территориях с различной антропогенной нагрузкой.

Соблюдение этических стандартов. Медико-биологические исследования одобрены локальным этическим комитетом при ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» (выписка из протокола № 2 от 17 февраля 2014 г.). Исследования проведены с соблюдением этических принципов Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации (1975 г. с доп. 1983 г.) и Национального стандарта Российской Федерации ГОСТ Р 52379–2005 «Надлежащая клиническая практика» (ICH E6 GCP) при наличии письменного информированного добровольного согласия законных представителей детей.

Участие авторов:
Зайцева Н.В. — концепция и дизайн исследования, научная консультация, редактирование;
Нурисламова Т.В. — концепция и дизайн исследования, консультация, редактирование;
Карнажицкая Т.Д. — написание текста, обработка материала;
Старчикова М.О. — сбор и обработка материала.
Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование выполнено за счёт федерального бюджета.

Поступила: 05.09.2023 / Принята к печати: 15.11.2023 / Опубликована: 28.12.2023

1. Abdel-Shafy H.I., Mansour M.S.M. A review on polycyclic aromatic hydrocarbons: Source, environmental impact, effect on human health and remediation. Egypt. J. Pet. 2016; 25(1): 107–23. https://doi.org/10.1016/j.ejpe.2015.03.011

2. Gao P., da Silva E., Hou L., Denslow N.D., Xiang P., Ma L.Q. Human exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons: Metabolomics perspective. Environ. Int. 2018; 119: 466–77. https://doi.org/10.1016/j.envint.2018.07.017

3. Ma Y., Harrad S. Spatiotemporal analysis and human exposure assessment on polycyclic aromatic hydrocarbons in indoor air, settled house dust, and diet: A review. Environ. Int. 2015; 84: 7–16. https://doi.org/10.1016/j.envint.2015.07.006

4. Лужецкий К.П., Устинова О.Ю., Маклакова О.А., Палагина Л.Н. Особенности эндокринных нарушений у детей, проживающих в условиях высокого риска ингаляционного воздействия бензола, фенола и без(а)-пирена. Анализ риска здоровью. 2014; (2): 97–103. https://elibrary.ru/sijhzr

5. Smith M., Walker D., Uppal K., Utell M., Hopke P., Mallon T., et al. Benzo[a]pyrene perturbs mitochondrial and amino acid metabolism in lung epithelial cells and has similar correlations with metabolic changes in human serum. Occup. Environ. Med. 2019; 61(Suppl. 12): S73–81. https://doi.org/10.1097/JOM.0000000000001687

6. Cao L., Wang D., Zhu C., Wang B., Cen X., Chen A., et al. Polycyclic aromatic hydrocarbon exposure and atherosclerotic cardiovascular disease risk in urban adults: The mediating role of oxidatively damaged DNA. Environ. Pollution. 2020; 265(Pt. A): 114860. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114860

7. Patel A., Mehta S., White A., Niehoff N., Arroyave W., Wang A, et al. Urinary polycyclic aromatic hydrocarbon metabolites and mortality in the United States: A prospective analysis. PLoS One. 2021; 16(6): e0252719. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0252719

8. Зыкова Г.В., Семёнов С.Ю., Смирнов В.Н. Определение метаболитов ПАУ в моче человека методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2014; (2): 128–31. https://elibrary.ru/sdfgjn

9. Garcia-Garcia S., Matilla-Gonzalez H., Pena J, Sanchez M., Casas-Ferreira A., Pavon J. Determination of hydroxy polycyclic aromatic hydrocarbons in human urine using automated microextraction by packed sorbent and gas chromatography-mass spectrometry. J. Environ. Res. Public Health. 2022; 19(20): 13089. https://doi.org/10.3390/ijerph192013089

10. Guo Y., Senthilkumar K., Alomirah H., Moon H., Minh T., Mohd M., et al. Concentrations and profiles of urinary polycyclic aromatic hydrocarbon metabolites (OH-PAHs) in several Asian countries. Environ. Sci. Technol. 2013; 47(6): 2932–8. https://doi.org/10.1021/es3052262

11. Зайцева Н.В., Онищенко Г.Г., Май И.В., Шур П.З. Развитие методологии анализа риска здоровью в задачах государственного управления санитарно-эпидемиологическим благополучием населения. Анализ риска здоровью. 2022; (3): 4–20. https://doi.org/10.21668/health.risk/2022.3.01 https://elibrary.ru/imrune

12. Gruber B., Schneider J., Föhlinger M., Buters J., Zimmermann R., Matuschek G. A minimal-invasive method for systemic bio-monitoring of the environmental pollutant phenanthrene in humans: Thermal extraction and gas chromatography-mass spectrometry from 1 mL capillary blood. J. Chromatogr. A. 2017; 1487: 254–7. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2017.01.045

13. Wirnkor V., Ngozi V., Ajero C., Charity L., Ngozi O., Ebere E., et al. Biomonitoring of concentrations of polycyclic aromatic hydrocarbons in blood and urine of children at playgrounds within Owerri, Imo State, Nigeria. Environ. Anal. Health Toxicol. 2019; 34(4): e2019011-0. https://doi.org/10.5620/eaht.e2019011

14. Hua L., Guo S., Wang Y., Sun H., Zhao H. Simultaneous determination of multiple isomeric hydroxylated polycyclic aromatic hydrocarbons in urine by using ultra-high performance liquid chromatography tandem mass spectrometry. J. Chromatogr. B. Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 2021; 1184: 122983. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2021.122983

15. Yang Z., Guo C., Li Q., Zhong Y., Ma S., Zhou J., et al. Human health risks estimations from polycyclic aromatic hydrocarbons in serum and their hydroxylated metabolites in paired urine samples. Environ. Pollut. 2021; 290: 117975. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.117975

16. Urbancova K., Lankova D., Rossner P., Rossnerova A., Svecova V., Tomaniova M., et al. Evaluation of 11 polycyclic aromatic hydrocarbon metabolites in urine of Czech mothers and newborns. Sci. Total Environ. 2017; 577: 212‒9. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.10.165

17. Martin-Tornero E., Luque-Uria A., Durán-Meras I., Espinosa-Mansilla A. A novel analytical methodology for the determination of hydroxy polycyclic aromatic hydrocarbons in breast and cow milk samples. J. Chromatogr. B. Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 2020; 1136: 121912. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2019.121912

18. Santos P., Carracedo C., Sánchez M., Pavón J., Cordero B. A sensitive and automatic method based on microextraction by packed sorbents for the determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in saliva samples. Microchem. J. 2020; 152: 104274. https://doi.org/10.1016/j.microc.2019.104274

19. Yamamoto Y., Ishizaki A., Kataoka H. Biomonitoring method for the determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in hair by online in-tube solid-phase microextraction coupled with high performance liquid chromatography and fluorescence detection. J. Chromatogr. B. Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 2015; 1000: 187–91. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2015.07.033

20. Wang C., Zhou S., Wu S., Tang J., Li H., Du J. Exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in people living in urban and rural areas as revealed by hair analysis. Chemosphere. 2020; 246: 125764. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.125764

21. Карнажицкая Т.Д., Старчикова М.О. Анализ результатов мониторинга полициклических ароматических углеводородов в крови для оценки риска воздействия на здоровье. В кн.: Анализ риска здоровью – 2023. Совместно с международной встречей по окружающей среде и здоровью RISE-2023. Материалы XIII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Пермь; 2023: 160–7. https://elibrary.ru/zdlkus

22. Salami F., Hajizadeh Y., Yadegarfar G., Ebrahimpour K., Pourzamani H., Poursafa P. Urinary levels of PAH metabolites in pregnant women and their correlation with sociodemographic factors and PM2.5 exposure in an urban and a suburban area. Air Qual. Atmos. Health. 2021; 14(5): 653–65. https://doi.org/10.1007/s11869-020-00969-6

23. Morgan M., Jones P., Sobus J., Chuang J., Wilson N. Using urinary biomarkers to evaluate polycyclic aromatic hydrocarbon exposure in 126 preschool children in Ohio. Int. J. Environ. Health Res. 2015; 25(6): 628–39. https://doi.org/ 10.1080/09603123.2014.1003039

24. Wirnkor V., Ngozi V., Ajero C., Charity L., Ngozi O., Ebere E., Emeka A. Biomonitoring of concentrations of polycyclic aromatic hydrocarbons in blood and urine of children at playgrounds within Owerri, Imo State, Nigeria. Environmental Analysis Health and Toxicology. 2019. 34(4): e2019011. https://doi.org/10.5620/eaht.e2019011

25. Шаяхметов С.Ф., Журба О.М., Алексеенко А.Н., Меринов А.В. Применение хромато-масс-спектрометрических методов определения маркеров экспозиции в биомониторинговых исследованиях у работников производств поливинилхлорида и алюминия. Гигиена и санитария. 2020; 99(10): 1159–64. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-10-1159-1164 https://elibrary.ru/kplary

26. Yin S., Tang M., Chen F., Li T., Liu W. Environmental exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs): The correlation with and impact on reproductive hormones in umbilical cord serum. Environ. Pollut. 2017; 220(Pt. B): 1429–37. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2016.10.090

27. Chrysochou E., Kanellopoulos P., Koukoulakis K., Sakellari A., Karavoltsos S., Minaidis M., et al. Heart failure and PAHs, OHPAHs, and trace elements levels in human serum: results from a preliminary pilot study in Greek population and the possible impact of air pollution. Molecules. 2021; 26(11): 3207. https://doi.org/10.3390/molecules26113207

28. Jia Y., Li W., Li Y., Zhao L., Li C., Wang L., et al. The levels of polycyclic aromatic hydrocarbons and their derivatives in plasma and their effect on mitochondrial DNA methylation in the oilfield workers. Toxics. 2023; 11(5): 466. https://doi.org/10.3390/toxics11050466