| |
|
|
|
| |
| №4, 2024: Экотоксикология |
<< Содержание номера
<< Архив
[RUS] / [ENG]Экотоксикология
Признаки хронического воздействия повышенных концентраций РМ2,5 и РМ10 на параметры эритроцитов у детей
Н. В. Зайцева, д. мед. н., профессор,
академик РАН, научный руководитель,
М. А. Землянова, д. мед. н., профессор, зав. лабораторией,
А. М. Игнатова, д. т. н., н. с.,
Ю. В. Кольдибекова, к. б. н., с. н. с.,
М. С. Степанков, н. с.,
Е. В. Пескова, н. с.,
Федеральный научный центр медико-профилактических технологий
управления рисками здоровью населения,
614045, Россия, г. Пермь, ул. Монастырская, д. 82 N. V. Zaitseva ORCID: 0000-0003-2356-1145,
M. A. Zemlianova ORCID: 0000-0002-8013-9613,
A. M. Ignatova ORCID: 0000-0001-9075-3257,
Yu. V. Koldibekova ORCID: 0000-0002-3924-4526,
M. S. Stepankov ORCID: 0000-0002-7226-7682,
E. V. Peskova ORCID: 0000-0002-8050-3059,
Federal Scientific Center for Medical and Preventive
Health Risk Management Technologies,
82, Monastyrskaya St., Perm, Russia, 614045
e-mail
[email protected]
Аннотация
Выявлены признаки воздействия повышенных концентраций частиц PM2,5 и PM10 в воздухе на морфометрические параметры эритроцитов у детей. Были выбраны две территории с одинаковыми геоклиматическими условиями, но разной экспозицией на эти частицы. Концентрации PM2,5 и PM10 были измерены с использованием растровой электронной микроскопии. Углублённое обследование проведено на 360 детях, анализировались общеклинические показатели цельной крови. Для статистического анализа использовались инструменты в программной среде Python, для прогнозирования морфометрических изменений эритроцитов использовалась двухслойная нейронная сеть. Также были применены модели Эванса и комплексной поверхности для моделирования формы эритроцитов. Средняя суточная концентрация PM10 превышала показатель на территории наблюдения, но не достигала предельной допустимой концентрации (ПДК=0,060 мг/м3). Содержание PM2,5 было значительно выше на территории сравнения и превышало среднюю суточную ПДК, равную 0,035 мг/м3. Результаты исследования показали достоверные различия (р=0,0001) между группами наблюдения и сравнения в показателях цельной крови, особенно в цветном показателе и среднем объёме эритроцита. Корреляционный анализ установил связь между различными показателями крови, концентрацией гемоглобина и уровнем концентрации частиц PM2,5 и PM10 в воздухе. На основе моделирования с использованием нейронной сети была построена математическая модель, предсказывающая влияние различных факторов на средний объём эритроцитов. Модель показала, что повышенная концентрация PM2,5 связана со снижением среднего объёма эритроцитов, что может указывать на их преждевременное старение. В целом, данное исследование приводит к новым научным выводам о взаимосвязи между загрязнением воздуха и морфометрическими параметрами эритроцитов у детей. Это может способствовать разработке более эффективных стратегий по охране здоровья и снижению негативного воздействия загрязнения воздуха на население.
Abstract
The study was conducted to identify the effects of elevated concentrations of PM2.5 and PM10 particles in the air on the morphometric parameters of erythrocytes in children. Two areas with similar geoclimatic conditions but different exposure to these particles were selected. The concentrations of PM2.5 and PM10 were measured using scanning electron microscopy. In-depth investigations were conducted on 360 children, and general clinical indicators of whole blood were analyzed. Statistical analysis tools in the Python programming environment were used for data analysis, and a two-layer neural network was employed to predict morphometric changes in erythrocytes. Evans models and a complex surface model were also applied to simulate erythrocyte shape. The average daily concentration of PM10 exceeded the observed level but did not reach the permissible limit (MPC=0.060 mg/m3). The content of PM2.5 was significantly higher in the comparison area and exceeded the average daily permissible concentration (MPC=0.035 mg/m3). The research results revealed significant differences (р=0,0001) between the observation and comparison groups in the indicators of whole blood, especially in color index and mean erythrocyte volume. Correlation analysis established a connection between various blood parameters, hemoglobin concentration, and the level of PM2.5 and PM10 particle concentrations in the air. Based on neural network modeling, a mathematical model was developed to predict the influence of various factors on the mean erythrocyte volume. The model showed that increased PM2.5 concentration is associated with a decrease in mean erythrocyte volume, which may indicate premature aging. Overall, this study contributes to new scientific findings on the relationship between air pollution and morphometric parameters of erythrocytes in children. It can aid in the development of more effective health protection strategies and the reduction of the negative impact of air pollution on the population.
Ключевые слова
качество воздуха, загрязнение воздуха, эритроциты, старение эритроцитов, объём эритроцитов, морфология, нейронная сеть
Keywords
air quality, air pollution, erythrocytes, erythrocyte aging, erythrocyte volume, morphology, neural network
Литература
1. ГОСТ Р 70230-2022. Качество воздуха. Методика определения массовой концентрации взвешенных частиц PM2.5, РМ10 в воздухе рабочей зоны на основе анализа фракционного состава пыли. М.: Российский институт стандартизации, 2021. 12 с.
2. Медвяцкая А.М., Рапута В.Ф., Ярославцева Т.В. Загрязнение атмосферы г. Новосибирска субмикронными аэрозолями в период лесных пожаров 2019 года // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2020. № 1 (4). С. 98–104.
3. Васильев А.Н., Гараев А.Л., Кагриев Р.С., Козловцева Е.Ю. Исследование загрязнения мелкодисперсной пылью воздуха придорожных территорий // Инженерный вестник Дона. 2020. № 3 (63). С. 40–42.
4. Karjalainen P., Pirjola L., Heikkilä J., Lähde T., Tzamkiozis T., Ntziachristos L., Keskinen J., Rönkkö T. Exhaust particles of modern gasoline vehicles: A laboratory and an onroad study // Atmospheric Environment. 2014. V. 97. No. 11. P. 262–270. doi: 10.1016/j.atmosenv.2014.08.025
5. Вареник А.В., Калинская Д.В., Мыслина М.А. Исследование взвешенных микрочастиц в атмосфере береговой зоны Чёрного моря по натурным и спутниковым данным // Морской гидрофизический журнал. 2021. № 3 (219). С. 350–361.
6. Игнатова А.М., Верещагин В.И. Применение метода анализа изображений в исследовании и статистической оценке параметров частиц твёрдой составляющей сварочных аэрозолей силикатного и оксидного состава // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2017. № 1 (19). С. 41–57.
7. Леденцова Е.Е., Зайцева Н.В., Землянова М.А. Оценка воздействия выбросов нефтеперерабатывающих производств на здоровье населения // Гигиена и санитария. 2004. № 1. С. 10–12.
8. Karottki D.G., Bekö G., Clausen G., Madsen A.M., Andersen Z.J., Massling A., KetzelM., Ellermann T., Lund R., Sigsgaard T., Møller P., Loft S. Cardiovascular and lung function in relation to outdoor and indoor exposure to fine and ultrafine particulate matter in middle-aged subjects // Environ Int. 2014. V. 8. No. 73. P. 372–381. doi: 10.1016/j.envint.2014.08.019
9. Вильк М.Ф., Сачкова О.С., Леванчук Л.А., Латынин Е.О. Особенности оценки профессионального риска здоровью работников, контактирующих с аэрозолями мелкодисперсных пылевых частиц // Анализ риска здоровью. 2020. № 4. C. 106–112.
10. Rodríguez-Camargo L.A., Sierra-Parada R.J., Blanco-Becerra L.C. Spatial analysis of PM2.5 concentrations in Bogotá according to the World Health Organization air quality guidelines for cardiopulmonary diseases, 2014-2015 // Biomedica. 2020. V. 40. No. 1. P. 137–152. doi: 10.7705/biomedica.4719
11. Soppa V.J., Schins R.P.F., Hennig F., Nieuwenhuijsen M.J., Hellack B., Quass U., Kaminski H., Sasse B., Shinnawi S., Kuhlbusch T.A.J., Hoffmann B. Arterial blood pressure responses to short-term exposure to fine and ultrafine particles from indoor sources – A randomized sham-controlled exposure study of healthy volunteers // Environ Res. 2017. V. 158. No. 10. P. 225–232. doi: 10.1016/j.envres.2017.06.006
12. Wardoyo A.Y.P., Juswono U.P., Noor J.A. How exposure to ultrafine and fine particles of car smoke can alter erythrocyte forms of male mice // Polish Journal of Environmental Studies. 2019. V. 28. No. 4. P. 2901–2910. doi: 10.15244/pjoes/94047
13. Bogdanova A., Kaestner L., Simionato G., Wickrema A., Makhro A. Heterogeneity of red blood cells: causes and consequences // Front Physiol. 2020. V. 11. No. 5. P. 11–25. doi: 10.3389/fphys.2020.00392
14. Зайцева Н.В., Устинова О.Ю., Землянова М.А. Совершенствование стратегических подходов к профилактике заболеваний, ассоциированных с воздействием факторов среды обитания // Здоровье населения и среда обитания. 2013. № 11 (248). C. 14–18.
15. Клиорин А.И., Тиунов Л. А. Функциональная неравнозначность эритроцитов. АН СССР. Научный совет по комплексным проблемам физиологии человека и животных. Ленинград: Наука. Ленингр. отд-ние, 1974. 147 с.
16. Оборин В.А., Ашихмина Т.Я. Экспериментальное обоснование возможности применения эритроцитов в качестве модели при изучении мембраноповреждающего действия наночастиц // Теоретическая и прикладная экология. 2020. № 3. С. 176–181. doi: 10.25750/1995-4301-2020-3-176-181
17. Evans E., Fung Y.C. Improved measurements of the Erythrocyte geometry // Microvasc. Res. 1972. No. 4 (15). P. 335–347.
18. Кравчук Д.А. Применение оптоакустических методов в биомедицинских исследованиях // Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона». 2017. № 4 [Электронный ресурс]http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2017/4484 (Дата обращения: 08.09.2023).
19. Кучель Ф.У., Факерелл Э.Д. Представление двояковогнутых эритроцитов параметрическим уравнением // Бюллетень математической биологии. 1999. № 61 (2). С. 209–220.
References
1. GOST R 70230-2022. Air quality. The method of determining the mass concentration of suspended particles PM2.5, PM10 in the air of the working area based on the analysis of the fractional composition of dust. Moskva: Rossiyskiy institut standartizatsii, 2021. 12 p. (in Russian).
2. Medvyatskaya A.M., Raputa V.F., Yaroslavtseva T.V. Pollution of the atmosphere of Novosibirsk by submicron aerosols during forest fires in 2019 // Interexpo Geo-Siberia. 2020. No. 1 (4). P. 98–104 (in Russian).
3. Vasiliev A.N., Garaev A.L., Kagriev R.S., Kozlovtseva E.Yu. Investigation of air pollution by fine dust of roadside territories // Engineering Bulletin of the Don. 2020. No. 3 (63). P. 40–42 (in Russian).
4. Karjalainen P., Pirjola L., Heikkilä J., Lähde T., Tzamkiozis T., Ntziachristos L., Keskinen J., Rönkkö T. Exhaust particles of modern gasoline vehicles: A laboratory and an onroad study // Atmospheric Environment. 2014. V. 97. No. 11. P. 262–270. doi: 10.1016/j.atmosenv.2014.08.025
5. Varenik A.V., Kalinskaya D.V., Myslina M.A. Investigation of suspended microparticles in the atmosphere of the coastal zone of the Black Sea based on natural and satellite data // Marine Hydrophysical Journal. 2021. No. 3 (219). P. 350–361 (in Russian).
6. Ignatova A.M., Vereshchagin V.I. Application of the
image analysis method in the study and statistical evaluation of particle parameters of the solid component of welding aerosols of silicate and oxide composition // Bulletin of Perm National Research Polytechnic University. Mechanical engineering, materials science. 2017. No. 1 (19). P. 41–57 (in Russian).
7. Ledentsova E.E., Zaitseva N.V., Zemlyanova M.A. Assessment of the impact of emissions from oil refining industries on public health // Hygiene and sanitation. 2004. No. 1. P. 10–12 (in Russian).
8. Karottki D.G., Bek G., Clausen G., Madsen A.M., Andersen Z.J., Massling A., Ketzel M., Ellermann T., Lund R., Sigsgaard T., Møller P., Loft S. Cardiovascular and lung function in relation to outdoor and indoor exposure to fine and ultrafine particulate matter in middle-aged subjects // Environ Int. 2014. V. 8. No. 73. P. 372–381. doi: 10.1016/j.envint.2014.08.019
9. Vilk M.F., Sachkova O.S., Levanchuk L.A., Latynin E.O. Features of occupational health risk assessment of workers in contact with aerosols of fine dust particles // Health risk analysis. 2020. No. 4. P. 106–112 (in Russian).
10. Rodríguez-Camargo L.A., Sierra-Parada R.J., Blanco-Becerra L.C. Spatial analysis of PM2.5 concentrations in Bogotá according to the World Health Organization air quality guidelines for cardiopulmonary diseases, 2014–2015 // Biomedica. 2020. V. 40. No. 1. P. 137–152. doi: 10.7705/biomedica.4719
11. Soppa V.J., Schins R.P.F., Hennig F., Nieuwenhuijsen M.J., Hellack B., Quass U., Kaminski H., Sasse B., Shinnawi S., Kuhlbusch T.A.J., Hoffmann B. Arterial blood pressure responses to short-term exposure to fine and ultrafine particles from indoor sources – A randomized sham-controlled exposure study of healthy volunteers // Environ Res. 2017. V. 158. No. 10. P.225–232. doi: 10.1016/j.envres.2017.06.006
12. Wardoyo A.Y.P., Juswono U.P., Noor J.A. How
exposure to ultrafine and fine particles of car smoke can alter erythrocyte forms of male mice // Polish Journal of Environmental Studies. 2019. V. 28. No. 4. P. 2901–2910. doi: 10.15244/pjoes/94047
13. Bogdanova A., Kaestner L., Simionato G., Wickrema A., Makhro A. Heterogeneity of red blood cells: Causes and consequences // Front Physiol. 2020. V. 11. No. 5. P. 11–25. doi: 10.3389/fphys.2020.00392
14. Zaitseva N.V., Ustinova O.Yu., Zemlyanova M.A. Improving strategic approaches to prevention of diseases associated with the impact of environmental factors // Population health and habitat. 2013. No. 11 (248). P. 14–18 (in Russian).
15. Kliorin A.I., Tiunov L.A. Functional inequality of
erythrocytes. USSR Academy OF Sciences. Sci. council on complex problems of human and animal physiology. Leningrad: Nauka. Leningr. otdelenie, 1974. 147 p. (in Russian).
16. Oborin V. A., Ashikhmina T.Ya. Experimental substantiation of the possibility of using erythrocytes as a model in the study of the membrane-damaging effect of nanoparticles // Theoretical and Applied Ecology. 2020. No. 3. Р. 176–181 (in Russian). doi: 10.25750/1995-4301-2020-3-176-181
17. Evans E., Fung Y.C. Improved measurements of the Erythrocyte geometry // Microvasc. Res. 1972. No. 4 (15). P. 335–347 (in Russian).
18. Kravchuk D.A. Application of optoacoustic methods in biomedical research // Electronic scientific journal “Engineering Bulletin of the Don”. 2017. No. 4 [Internet resourse] http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2017/4484 (Accessed: 08.09.2023) (in Russian).
19. Kuchel F.U., Fakerell E.D. Representation of biconcave erythrocytes by a parametric equation // Bulletin of Mathematical Biology. 1999. No. 61 (2). P. 209–220 (in Russian).
Прикреплённые файлы:
<< Содержание номера
<< Архив
Дата последнего обновления: 11:24:48/27.03.25
|
|
 |
| |
|
| |
|
|
|
| |
|
|
|
| |
 |
ИАА "Информ-Экология" |
|
 |
| |
|
| |
|
|
| | |
| |
|
|
|
| |
|
Министерство природных ресурсов Российской Федерации |
|
|
| |
|
| |
|
|
| | |
| |
|
|
|
| |
|
Счётчик |
|
|
| |
|
| |
|
|
| | |
|
