Генетический профиль детей с патологией костно-мышечной системы в условиях аэрогенной экспозиции тяжёлыми металлами

Введение. Возникновение нарушений опорно-двигательного аппарата во многом обусловлено загрязнением окружающей среды, в особенности тяжёлыми металлами. Свинец, марганец и никель – наиболее распространённые и токсичные из поллютантов, негативно воздействуют на незрелую костную, иммунную и нервную систему детей.

Материалы и методы. Проведено изучение гомеостаза и генетического профиля 108 школьников 7–11 лет с дорсопатией из промышленно развитого региона. Группа наблюдения отличалась наличием дорсалгии (класс М54.9). Полиморфные варианты кандидатных генов: рецептора дофамина DRD2 (rs1800497), главного комплекса гистосовместимости HLA-DRA C/T (rs3135388) идентифицированы методом ПЦР в режиме реального времени.

Результаты. Среднесуточная доза аэрогенной экспозиции никелем (6,39 · 10^–3 мг/(кг · день)), марганцем (15,3 · 10^–3 мг/(кг · день)) и свинцом (0,6 · 10^–3 мг/(кг · день)) на территории наблюдения в 35,5; 43,7 и 11,8 раза соответственно превышала аналогичную нагрузку территории сравнения. У школьников с дорсопатией, сочетающейся с дорсалгией, содержание марганца, никеля и свинца в крови превышало референтный диапазон в 1,3; 1,43 и 2 раза соответственно. Одновременно у детей группы наблюдения показана повышенная частотность вариантного T-аллеля гена DRD2 (rs1800497) (OR = 3,76; CI: 1,53–9,28, относительный риск: RR = 1,73; CI: 1,33–2,22; p < 0,005) и C-аллеля гена HLA-DRA C/T (rs3135388) (OR = 4,4; CI: 1,30–14,95), сопряжённые с избыточными уровнями дофамина и ионизированного кальция.

Ограничения исследования связаны с необходимостью увеличения выборки и верификации полученных результатов.

Заключение. Установлены среднесуточные дозы аэрогенной экспозиции никелем (6,39 · 10^–3 мг/(кг · день)), марганцем (15,3 · 10^–3 мг/(кг · день)) и свинцом (0,6 · 10^–3 мг/(кг · день)), превышающие аналогичные показатели, выявленные в группе сравнения, – в 35,5; 43,7 и 11,8 раза соответственно. Показаны особенности полиморфизма кандидатных генов DRD2 (rs1800497) и HLA-DRA C/T (rs3135388) у детей с дорсопатией, осложнённой синдромом дорсалгии, сопряжённые с нарушениями нейроиммунного контроллинга, плотности костной ткани, обусловливающие дополнительный риск (RR = 1,73; CI: 1,33–2,22) возникновения патологии костно-мышечной системы в условиях контаминации биосред свинцом, марганцем, никелем, модифицирующей течение дорсопатии присоединением дорсалгии.

Соблюдение этических стандартов. Исследование одобрено этическим комитетом ФБУН «ФНЦ МПТ УРЗН» (протокол № 7 от 14.03.2023 г.). Все участники (или их законные представители) дали информированное добровольное письменное согласие на участие в исследовании.

Участие авторов:
Отавина Е.А. – сбор и обработка материала, статистическая обработка, написание и редактирование текста;
Казакова О.А. – статистическая обработка, редактирование.
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 не имело спонсорской поддержки.

Поступила: 12.08.2024 / Поступила после доработки: 23.08.2024 / Принята к печати: 19.11.2024 / Опубликована: 17.12.2024

1. Валина С.Л., Штина И.Е., Маклакова О.А., Устинова О.Ю., Эйсфельд Д.А. Закономерности развития у школьников болезней костно-мышечной системы в условиях комплексного воздействия факторов среды обитания и образа жизни. Анализ риска здоровью. 2021; (3): 54–66. https://doi.org/10.21668/health.risk/2021.3.05 https://elibrary.ru/vsffju

2. Золотникова Г.П., Капцов В.А., Кургуз Р.В. Влияние техногенного загрязнения на показатели здоровья учащихся лицеев. Гигиена и санитария. 2017; 96(5): 470–4. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2017-96-5-470-474 https://elibrary.ru/ysqdif

3. Олейникова Т.А., Пожидаева Д.Н., Орешко А.Ю. Мониторинг заболеваемости патологиями костно-мышечной системы и соединительной ткани в Российской Федерации. Фармакоэкономика. Современная фармакоэкономика и фармакоэпидемиология. 2019; 12(1): 5–13. https://doi.org/10.17749/2070-4909.2019.12.1.5-13 https://elibrary.ru/cyzxcb

4. Покатилов А.Б., Новак А.П., Сарванова С.В., Ярошенко И.П. О тревожных тенденциях роста заболеваемости костно-мышечной системы у детей и подростков и перспективах их профилактики. Главврач Юга России. 2020; (1): 19–22. https://elibrary.ru/nptjqu

5. Мансурова Г.Ш., Мальцев С.В., Рябчиков И.В. Особенности формирования опорно-двигательной системы у школьников: заболевания, причины и возможные пути коррекции. Практическая медицина. 2019; 17(5): 51–5. https://elibrary.ru/kfyxcj

6. Мансурова Г.Ш., Мальцев С.В., Рябчиков И.В. Оценка уровня обеспеченности кальцием детей с патологией опорно-двигательного аппарата. Практическая медицина. 2018; (2): 52–6. https://elibrary.ru/yxorqw

7. Ахполова В.О., Брин В.Б. Современные представления о кинетике и патогенезе токсического воздействия тяжелых металлов (обзор литературы). Вестник новых медицинских технологий. 2020; 27(1): 55–61. https://doi.org/10.24411/1609-2163-2020-16578

8. Martínez-Martínez M.I., Muñoz-Fambuena I., Cauli O. Neurotransmitters and Behavioral Alterations Induced by Nickel Exposure. Endocr. Metab. Immune. Disord Drug Targets. 2020; 20(7): 985–91. https://doi.org/10.2174/1871530319666191202141209

9. Budinger D., Barral S., Soo A.K.S., Kurian M.A. The role of manganese dysregulation in neurological disease: emerging evidence. Lancet Neurol. 2021; 20(11): 956–68. https://doi.org/10.1016/S1474-4422(21)00238-6

10. Мирзоев Э.Б., Кобялко В.О., Полякова И.В., Губина О.А. Метаболизм свинца и механизмы его цитотоксического действия в организме млекопитающих (обзор). Сельскохозяйственная биология. 2018; 53(6): 1131–41. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2018.6.1131rus https://elibrary.ru/yyfqhb

11. Chen P., Totten M., Zhang Z., Bucinca H., Erikson K., Santamaría A., et al. Iron and manganese-related CNS toxicity: mechanisms, diagnosis and treatment. Expert Rev. Neurother. 2019; 19(3): 243–60. https://doi.org/10.1080/14737175.2019.1581608

12. Song X., Fiati Kenston S.S., Kong L., Zhao J. Molecular mechanisms of nickel induced neurotoxicity and chemoprevention. Toxicology. 2017; 392: 47–54. https://doi.org/10.1016/j.tox.2017.10.006

13. Rondanelli M., Faliva M.A., Peroni G., Infantino V., Gasparri C., Iannello G., et al. Essentiality of manganese for bone health: an overview and update. Natural Product Communications. 2021; 16(5): 1–8. https://doi.org/10.1177/1934578X211016649

14. Baj J., Flieger W., Barbachowska A., Kowalska B., Flieger M., Forma A., et al. Consequences of disturbing manganese homeostasis. Int. J. Mol. Sci. 2023; 24(19): 14959. https://doi.org/10.3390/ijms241914959

15. Conley T.E., Richardson C., Pacheco J., Dave N., Jursa T., Guazzetti S., et al. Bone manganese is a sensitive biomarker of ongoing elevated manganese exposure, but does not accumulate across the lifespan. Environ. Res. 2022; 204(Pt. D): 112355. https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.112355

16. Chiang T.I., Lane H.Y., Lin C.H. D2 dopamine receptor gene (DRD2) Taq1A (rs1800497) affects bone density. Sci. Rep. 2020; 10(1): 13236. https://doi.org/10.1038/s41598-020-70262-0

17. Andersson Svärd A., Benatti E., Lundgren M., Lernmark Å., Maziarz M., Elding Larsson H. Possible relationship between the HLA-DRA1 intron haplotype of three single-nucleotide polymorphisms in intron 1 of the HLA-DRA1 gene and autoantibodies in children at increased genetic risk for autoimmune type 1 diabetes. Immunohorizons. 2022; 6(8): 614–29. https://doi.org/10.4049/immunohorizons.2200039

18. Sato D., Narita M., Hamada Y., Mori T., Tanaka K., Tamura H., et al. Relief of neuropathic pain by cell-specific manipulation of nucleus accumbens dopamine D1- and D2-receptor-expressing neurons. Mol. Brain. 2022; 15(1): 10. https://doi.org/10.1186/s13041-021-00896-2

19. Santa Maria M.P., Hill B.D., Kline J. Lead (Pb) neurotoxicology and cognition. Appl. Neuropsychol. Child. 2019; 8(3): 272–93. https://doi.org/10.1080/21622965.2018.1428803

20. Puopolo M. The hypothalamic-spinal dopaminergic system: a target for pain modulation. Neural. Regen. Res. 2019; 14(6): 925–30. https://doi.org/10.4103/1673-5374.250567

21. Cha M., Choi S., Kim K., Lee B.H. Manganese-enhanced MRI depicts a reduction in brain responses to nociception upon mTOR inhibition in chronic pain rats. Mol. Brain. 2020; 13(1): 158. https://doi.org/10.1186/s13041-020-00687-1