Приложение 12. Применение биологических маркеров в оценке риска здоровью, связанного с воздействием химических веществ

Приложение 12
к Р 2.1.10.3968-23

Применение биологических маркеров в оценке риска здоровью, связанного с воздействием химических веществ

1. Использование биомаркеров позволяет решать такие задачи как:

- выявление и количественная оценка интенсивности воздействия химических веществ на организм человека;

- оценка текущих физиологических процессов в организме под воздействием химических факторов;

- определение предрасположенности к развитию нарушений здоровья, которые могут быть обусловлены воздействием химических факторов среды обитания.

В процессе оценки риска биомаркеры могут быть использованы при идентификации опасности, оценке экспозиции и установления связи между уровнем экспозиции и вероятностью первичной реакции (донозологических изменений).

Биомаркеры подразделяются на три основных типа: маркеры воздействия (экспозиции), маркеры эффекта и маркеры восприимчивости (чувствительности).

2. Маркер воздействия (экспозиции) представляет собой экзогенное химическое вещество или его метаболит, либо продукт взаимодействия между веществом и какой-либо молекулой-мишенью или клеткой-мишенью, количественно определяемый в том или ином биологическом субстрате организма и доказано связанное с воздействием при различных путях поступления (ингаляционном, пероральном, через неповрежденную кожу и слизистые оболочки) [4].

Критерием оценки уровня маркера экспозиции являются его референтное значение (референтный предел) и (или) фоновые уровни и (или) уровни группы сравнения. Референтные значения (пределы) содержания приоритетных химических веществ в биосредах человека представлены в табл. П12.1.

Информация о маркерах экспозиции применяется на этапе идентификации опасности при выборе приоритетных веществ для оценки риска здоровью, особенно при многосредовом поступлении.

На этапе оценки экспозиции маркеры экспозиции позволяют оценивать фактическую индивидуальную экспозицию вещества, то есть количество поступившего в организм вещества (его внутреннюю дозу) в течение конкретного периода времени независимо от путей его поступления и воздействующих сред; осуществлять реконструкцию экспозиции, то есть качественно и количественно восстанавливать компоненты экспозиции; обосновывать приоритетный перечень химических веществ; выделять зоны и группы риска здоровью; оценивать коэффициенты и индексы опасности с учетом внутренней дозы. Маркеры экспозиции могут применяться для верификации результатов расчета экспозиции веществ, обладающих общетоксическим действием. Сопоставление результатов исследования маркеров экспозиции с определенными уровнями экспозиции может быть учтено при анализе неопределенности оценки экспозиции.

На этапе оценки зависимости "экспозиция - эффект" маркеры экспозиции могут быть использованы для установления зависимости "экспозиция/маркер экспозиции - ответ/маркер ответа", а также для параметризации причинно-следственных связей "внешняя экспозиция - внутренняя доза - концентрация вещества в биосреде - негативный эффект" для доказательства причинения вреда здоровью (реализации риска), а также в качестве критериев эффективности мероприятий по минимизации риска и вреда здоровью.

3. Маркер эффекта представляет собой показатель, количественное изменение которого характеризует, например, биохимическое, физиологическое поведенческое изменение в организме (нарушение функций критических органов и систем), которое можно считать связанным с заведомо известным или возможным нарушением здоровья или заболевания, доказано связанным с воздействием экспозиции и (или) маркерами экспозиции [5].

Маркеры эффекта определяются на основе эпидемиологических (заболевание, смерть) и (или) специальных медицинских исследований (например, биохимические, иммунологические, общеклинические, генетические, цитологические) с учетом физиологических значений и (или) значений группы сравнения для соответствующих половозрастных групп.

На этапе идентификации опасности маркеры эффекта используются для уточнения ответов на негативное воздействие химического загрязнения объектов среды обитания, поскольку позволяют регистрировать изменения состояния здоровья населения на донозологическом этапе. Это позволяет дать более полную характеристику потенциальных вредных эффектов химических веществ и углубить оценку научной доказанности возможности развития этих эффектов у человека.

На этапе оценки зависимости "экспозиция - эффект" маркеры эффекта могут быть использованы для установления/выбора количественных показателей, характеризующего связь между воздействующей дозой (концентрацией) загрязняющего вещества и вероятностью вредных эффектов в экспонируемой популяции. Маркеры эффекта позволяют оценивать распространенность в экспонированной популяции случаев нарушений функций критических органов и систем, доказано связанных с экспозицией. Маркеры эффекта, наряду с маркерами экспозиции, могут быть использованы для параметризации причинно-следственных связей "внешняя экспозиция - внутренняя доза - концентрация вещества в биосреде - негативный эффект" для доказательства причинения вреда здоровью, а также в качестве критериев эффективности мероприятий по минимизации риска и вреда здоровью. Большинство референтных уровней экспозиции обосновано по критериям эффектов на ранней стадии их развития, установленных с использованием биомаркеров.

Рекомендуемый перечень маркеров эффекта представлен в табл. П12.2.

4. Маркеры восприимчивости (чувствительности) - показатели врожденной или приобретенной организмом человека способности к повышенной реакции на воздействие конкретного химического вещества или группы подобных соединений [6].

Примеры показателей, которые используются в качестве маркеров повышенной чувствительности, представлены в табл. П12.3, П12.4.

Маркеры восприимчивости (чувствительности) позволяют оценивать вариабельность токсического действия и выявлять ее причины, выявлять индивидов в популяции, отличающихся по обусловленной приобретенными или генетическими факторами чувствительности к действию химических веществ и предрасположенности к развитию негативных изменений здоровья, связанных с воздействием химических веществ, повышать точность оценки риска здоровью, оптимизировать мероприятия по минимизации риска и вреда здоровью.

Наибольшей ценностью обладает совместное использование всех трех типов биомаркеров так как дает возможность более полно оценить: воздействующие уровни (количества поглощенной или внутренней дозы); характер и возможные патогенетические механизмы вредного действия химических веществ, получить параметризованные показатели зависимости возникающих эффектов, в том числе на донозологической стадии, от уровня экспозиции химических веществ, установить степень реализации риска (вреда) здоровью населения.

Таблица П12.1

Референтные значения (пределы) содержания приоритетных химических веществ в биосредах человека

Химическое вещество/ биологический материал	Популяционная группа (возрастной диапазон)	Референтное значение (референтный предел), мг/дм 3	Источник	Нижняя граница ориентировочной безопасной концентрации в биосредах, мг/дм 3
Алюминий в моче	Общая популяция	0,00650,0035	[7]	0,003
Бензол в крови	Общая популяция	0,0 - 0,00004	[8]	0,0
Бериллий в моче	Общая популяция	< 0,001	[9]	< 0,001
Бисфенол А в моче	Дети	1,5	[10]	1,5
	Взрослые	2,5		2,5
Ванадий (V) в крови	Общая популяция	0,00006 - 0,00087	[11]	0,00006
Висмут в крови	Общая популяция	0,001 - 0,012	[11]	0,001
Кадмий в моче	Дети и подростки	0,0005	[12]	0,0005
	Взрослые	0,001	[12]	0,001
	Общая популяция	0,0005 - 0,0047	[13]	0,0005
		0,0003 - 0,003	[14]	0,0003
Кобальт в моче	Общая популяция	0,001 - 0,002	[15]	0,001
Кобальт в сыворотке крови		0,00011 - 0,00045	[16]	0,00011
Марганец в крови	Общая популяция	0,01090,0006	[15, 16]	0,01
Медь в крови	Общая популяция	0,9 - 1,9	[15]	0,9
Метаболиты ди(2-этилгексил) фталата (ДЭГФ): 5-оксо- и 5-ОН-МЭГФ в моче	Дети в возрасте 6 - 13 лет	0,5	[8]	0,5
	Женщины репродуктивного возраста	0,3		0,3
	Мужчины 14 лет, - общая популяция	0,75		0,75
Мышьяк в крови	Общая популяция	0,002 - 0,023	[15]	0,002
Никель в крови	Общая популяция	0,001 - 0,028	[13, 15]	0,001
Пентахлорфенол в сыворотке крови	Общая популяция	0,04	[17]	0,04
Пентахлорфенол в моче	Общая популяция	0,025		0,025
Ртуть в моче	Общая популяция	0,002 - 0,008	[13, 15]	0,002
	Общая популяция	0,0001 - 0,002	[14]	0,0001
Ртуть в крови	Общая популяция	0,005	[15]	0,005
Свинец в крови	Общая популяция	>0,1	[15]	0,1
Селен в крови	Общая популяция	0,058 - 0,234	[15]	0,058
Сурьма в плазме	Общая популяция	0,0000520,000019	[15]	0,000052
Таллий в крови	Общая популяция	<0,005	[15]	<0,005
Цинк в моче	Общая популяция	0,18 - 0,085	[15]	0,18
Цинк в крови	Общая популяция	0,07 - 0,12	[15]	0,07
Хром в крови	Общая популяция	0,0007 - 0,028	[13, 15]	0,001
Цезий в сыворотке крови	Общая популяция	0,001 - 0,0004	[15]	0,001
Фенол в крови	Общая популяция	-	[18]	0,01
Фторид в моче	Общая популяция	0,2 - 3,2	[19]	0,2
Формальдегид в крови	Дети	0,0050,0014	[18]	0,004
	Взрослые	0,0180,006	[18]	0,018

Таблица П12.2

Перечень
маркеров эффекта воздействия приоритетных химических веществ

Фактор экспозиции/ маркер экспозиции	Критические органы и системы/ механизм формирования негативного эффекта	Маркер эффекта	Направленность изменения маркера эффекта
Алюминий/ Алюминий в моче Фтористые соединения/ фтор-ион в моче	Костная система (Болезни костно-мышечной системы и соединительной ткани (М80 - М94) / Замедление процесса ремоделирования костной ткани	N-остеокальцин в сыворотке крови	Повышение
		Костный изофермент щелочной фосфатазы в сыворотке крови	Повышение
		Аминотермальные пропептиды	Повышение
	Костная система (Болезни костно-мышечной системы и соединительной ткани (М80 - М94) / Усиление процесса резорбции костной ткани	Тартрат-резистентная кислая фосфатаза в сыворотке крови	Повышение
		N- и С-концевые телопептиды в сыворотке крови	Повышение
		Кальций ионизированный в цельной крови	Повышение
		Фосфор в сыворотке крови	Снижение
Марганец/ марганец в цельной крови	Нервная система, центральная нервная система (Болезни нервной системы (G10 - G99) / Дисбаланс синаптической передачи нервного импульса между нейронами	Глутаминовая кислота в сыворотке крови	Повышение
		Ацетилхолин в сыворотке крови	Повышение
		Холинэстераза в сыворотке крови	Снижение
		-аминомасляная кислота в сыворотке крови	Снижение
		Магний в сыворотке крови	Снижение
Алюминий/ Алюминий в моче	Нервная система, центральная нервная система (Болезни нервной системы (G10 - G99) / Активация процесса окисления. Окислительная модификация белков и воспаление в нейронах. Напряжение антиоксидантной защиты	Гидроперекиси липидов в сыворотке крови	Повышение
		Малоновый диальдегид в плазме крови	Повышение
		Общая антиоксидантная способность плазмы крови	Повышение
		Глутатионпероксидаза в сыворотке крови	Снижение
		Глутатион-S-трансфераза в сыворотке крови	Снижение
		Глутатионредуктаза в сыворотке крови	Снижение
		Cu/Zn-супероксиддисмутаза	Повышение
		Каталаза в сыворотке крови	Снижение
		Нейронспецифическая энолаза в сыворотке крови	Повышение
Алюминий/ алюминий в моче	Нервная система, центральная нервная система (Болезни нервной системы (G10 - G99) / Нарушение трофики поврежденных нейрональных структур	Нейротропин-3 в сыворотке крови	Снижение
Бензол/ бензол в цельной крови Фенол/ фенол в цельной крови	Сердечно-сосудистая система (Болезни системы кровообращения (I10 - I99) / Нарушение эндотелиальной интимы сосудов	Оксид азота в сыворотке крови	Снижение
		Гомоцистеин в сыворотке крови	Повышение
		Гидроперекиси липидов в сыворотке крови	Повышение
		Малоновый диальдегид в плазме крови	Повышение
		Фактор роста эндотелия сосудов	Повышение
Бензол/ бензол в крови Фенол/ фенол в цельной крови	Сердечно-сосудистая система (Болезни системы кровообращения (I10 - I99) Эндокринная система Болезни эндокринной системы, расстройства питания и нарушения обмена веществ (Е65 - Е90) / Дислипидемия	Холестерин общий	Повышение
		Холестерин ЛПВП	Снижение
		Холестерин ЛПНП	Повышение
		Липопротеин (а)	Повышение
Свинец/ свинец в цельной крови	Почки (Болезни мочеполовой системы (N00 - N29) / Нарушение порфиринового обмена	Копропорфирин в моче	Повышение
		Дельта-аминолевулиновая кислота в моче	Повышение
Фенол/ фенол в цельной крови	Печень (Болезни печени K70 - K77) / Активация цитолиза	АЛТ, ACT	Повышение
Хром/ хром в цельной крови	Печень (Болезни печени K70 - K77) / Холестаз	Общий билирубин в сыворотке крови	Снижение
		Прямой билирубин в сыворотке крови	Повышение
		Щелочная фосфатаза в сыворотке крови	Повышение
		1-глобулин в сыворотке крови	Снижение
		-глобулин в сыворотке крови	Снижение
Хром/ хром в цельной крови	Желудочно-кишечный тракт (Болезни органов пищеварения (K20 - K38, K50 - K64) / Повышение секреции протеолитических пищеварительных ферментов	Гастрин в сыворотке крови	Снижение
		Пепсиноген I в сыворотке крови	Повышение
		Пепсиноген II в сыворотке крови	Повышение
Мышьяк/ мышьяк в цельной крови, мышьяк в моче	Нервная система, центральная нервная система (Болезни нервной системы (G10 - G99) / Дисбаланс нейромедиаторов и нарушение влияния на гипоталамо-гипофизарную систему	Адреналин в плазме крови	Снижение
		Норадреналин в плазме крови	Снижение
		Дофамин в плазме крови	Снижение
		Серотонин в сыворотке крови	Повышение
		Кортизол в сыворотке крови	Снижение

Таблица П12.3

Примеры маркеров повышенной чувствительности организма человека к воздействию химических веществ

Химическое вещество или группа веществ	Ген	Полиморфизм	Нарушения состояния здоровья, заболевания
Ароматические углеводороды (бензол, этилбензол, стирол), Хлорорганические соединения (хлороформ, тетрахлорметан), Полициклические ароматические углеводороды (бенз(а)пирен)	CYP1A1	Т6235С, - 9893A/G	Рак легкого, губы, кишечника, ротовой полости, почки, крови, молочной железы
	CYP2C19	G681A
	CYP1A2	1545Т>С
	CYP17A1	rs1042386
	СРОХ	921А/С
Полициклические ароматические углеводороды (бенз(а)пирен)	GSTP1	A313G, C341G	Рак кожи, почки, легкого, гортани, кишечника, яичников, семенников, мочевого пузыря
Ароматические углеводороды (бензол, фенол)	VEGF	rs2010963	Гипертоническая болезнь, ИБС
	NO-синтаза	rs1799983
Металлы (мышьяк, свинец), Ароматические амины (анилин, нитробензол), Ароматические углеводороды (фенол)	MTHFR	С677Т, А1298С	Невынашивание беременности, гипертоническая болезнь, ИБС, анемия
Ароматические углеводороды (фенол), Металлы (хром, никель, мышьяк)	АСЕ	I/D	Гипертоническая болезнь, ИБС
Полициклические ароматические углеводороды (бенз(а)пирен) Ароматические углеводороды (бензол, этилбензол)	PPARA PPARD PPARG	М235Т, Т174М, G-6A	Сахарный диабет, болезнь Альцгеймера
		A486V
		+9/-9
Формальдегид, Металлы (хром, никель), Фталаты (фталевый ангидрид)	IL4	T-1098G, Т-590С	Аллергический ринит, бронхиальная астма, атопический дерматит
Ароматические углеводороды (бензол, этилбензол, стирол)	TNFa	G-308A, G-238A	Аллергический ринит, бронхиальная астма, атопический дерматит
	HLADR	rs3135388	Сахарный диабет
Полициклические ароматические углеводороды (бенз(а)пирен)	р53	rs17884159	Рак кожи, легкого, кишечника, яичников, почки, семенников, мочевого пузыря, гортани
Металлы (хром, никель, мышьяк)	BRCA1	rs3950989	Рак молочной железы, поджелудочной железы
	BRCA2	rs1801439
	АРО-Е	rs429358	Болезнь Альцгеймера

Таблица П12.4

Генетические и приобретенные факторы, влияющие на восприимчивость (чувствительность) организма человека к воздействию химических веществ [3]

Биомаркеры восприимчивости (чувствительности)	Химическое вещество, группа веществ	Нарушение состояния здоровья, заболевание
Генетические
Фенотип гидроксилирования дебризохина	Табачный дым (оксид и диоксид углерода, цианистый водород, аммоний, изопрен, ацетальдегид, акролеин, нитробензол, ацетон, сероводород, синильная кислота)	Рак легких
Ацетиляторный фенотип	Афлатоксин, ароматические амины	Рак печени, рак мочевого пузыря
Генотип атаксии-телеангиэктазии	Блеомицин, эпоксиды	Раки разных локализаций
Генотип пигментной ксеродермии	Агенты, вызывающие окислительные повреждения ДНК; ПАУ, ароматические амины, афлатоксин В 1	Рак кожи, раки других локализаций
Индуцируемость арилуглеводородной группы	Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ)	Рак легких
-1-Антитрипсин	Сигаретный дым	Эмфизема легких
Фенотип анемии Франкони	Агенты сшивания	Острый лейкоз
Фенотип дефицита глюкозо-6Ф-дегидрогеназы	Оксиданты, ароматические амины, ароматические нитросоединения	Низкая устойчивость к оксидативному стрессу и ароматическим аминам
Фенотип серповидных клеток	Ароматические амино- и нитросоединения, окись углерода, цианиды	Анемия
Фенотип талассемии	Свинец, бензол	Анемия
Эритроцитарная порфирия	Хлорохин, гексахлорбензол, свинец, различные лекарственные препараты (например, барбитураты, сульфонамиды)	Анемия
Гетерозиготы по дефициту сульфитоксидазы	Сульфит, бисульфит, двуокись серы	Патологические изменения в легких
Вариант алкогольдегидрогеназы	Повышенная по сравнению с нормой скорость метаболизма спиртов (например, этанола)	-
Фенотип GST	Сигаретный дым	Рак легких
Варианты псевдохолинэстеразы	Фосфорорганические и карбаматные инсектициды, миорелаксанты	Явления нейротоксичности
Дефицит IGA	Вещества, раздражающие дыхательные пути	Раздражение дыхательных путей
Присутствие фенилкетонов в моче	Предшественники фенилкетонов	Фенилкетонурия
Приобретенные
Недостаточность питания	Химические вещества	Сниженная резистентность к действию многих химических веществ
Индуцированные изоферменты цитохрома Р-450 IIE1	Этанол	Раки различных локализаций
Антигенспецифичные антитела	Химические вещества (например, бенз(а)пирен, алюминий, марганец, никель, хром, мышьяк, фенол, формальдегид), пыли	Снижение функций легких, высыпания на коже