sredobЗдоровье населения и среда обитания – ЗНиСОPublic Health and Life Environment – PH&LE2219-52382619-0788ФБУЗ ФЦГиЭ Роспотребнадзора10.35627/2219-5238/2023-31-4-7-15sredob-1561Research ArticleВОПРОСЫ УПРАВЛЕНИЯ И СОЦИАЛЬНОЙ ГИГИЕНЫISSUES OF MANAGEMENT AND SOCIAL HYGIENEРазработка и валидация биоаналитической методики количественного определения гетероциклов (фуран и метилфуран) в крови человека методом хромато-масс-спектрометрией (ГХ-МС)Development and Validation of a Bioanalytical Method of Measuring Heterocyclic Organic Compounds (Furan and Methylfuran) in Human Blood Using GC-MShttps://orcid.org/0000-0002-2344-3037НурисламоваТ. В.NurislamovaT. V.

Нурисламова Татьяна Валентиновна – д.б.н., заведующий отделом химико-аналитических методов исследования

ул. Монастырская, д. 82, г. Пермь, 614045

Tatyana V. Nurislamova, Dr. Sci. (Biol.), Head of the Department of Analytical Chemistry Analysis

82 Monastyrskaya Street, Perm, 614045

nurtat@fcrisk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7664-3270МальцеваО. А.Mal’tsevaО. А.

Мальцева Ольга Андреевна – к.б.н., научный сотрудник лаборатории методов газовой хроматографии

ул. Монастырская, д. 82, г. Пермь, 614045

Olga A. Mal’tseva, Cand. Sci. (Biol.), Researcher, Gas Chromatography Laboratory

82 Monastyrskaya Street, Perm, 614045

malceva@fcrisk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9730-9092ПоповаН. А.PopovaN. А.

Попова Нина Анатольевна – старший научный сотрудник лаборатории методов газовой хроматографии

ул. Монастырская, д. 82, г. Пермь, 614045

Nina A. Popova, Senior Researcher, Gas Chromatography Laboratory

82 Monastyrskaya Street, Perm, 614045

popovana@fcrisk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5669-1689ЧинькоТ. В.ChinkoТ. V.

Чинько Татьяна Викторовна – младший научный сотрудник лаборатории методов газовой хроматографии

ул. Монастырская, д. 82, г. Пермь, 614045

Tatyana V. Chinko, Junior Researcher, Gas Chromatography Laboratory

82 Monastyrskaya Street, Perm, 614045

chinko@fcrisk.ruФБУН «ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»РоссияFederal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management TechnologiesRussian Federation202305102023319715Copyright © Нурисламова Т.В., Мальцева О.А., Попова Н.А., Чинько Т.В., 20232023Нурисламова Т.В., Мальцева О.А., Попова Н.А., Чинько Т.В.Nurislamova T.V., Mal’tseva О.А., Popova N.А., Chinko Т.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zniso.fcgie.ru/jour/article/view/1561

Введение. Фураны входят в перечень основных экополютантов, составляющих ксенобиотический профиль. Высокая канцерогенность и мутагенность фуранов даже при низких концентрациях в организме человека, порядка 10–12–10–15 г/кг, могут создавать реальную угрозу здоровью настоящего и будущих поколений.Цель исследования: разработка и валидация авторской методики количественного определения потенциально опасных фурана и метилфурана в крови человека для обеспечения контроля за содержанием экзогенных соединений в биологических средах, для выполнения работ по оценке риска здоровью населения при воздействии химических веществ.Материалы и методы. Разработка методики определения фурана и метилфурана в крови человека основана на принципах: установление хромато-масс-спектрометрических условий анализа; экспериментальная отработка эффективных способов подготовки образца биосреды (кровь) к хромато-масс-спектрометрическому анализу; экспериментальное доказательство пригодности разработанной методики для решения задач по количественному определению фурана и метилфурана в крови.Результаты. Разработанная методика базируется на жидко-жидкостной экстракции органическим растворителем с целью извлечения и концентрирования аналитов в щелочной среде в течение 5 минут до установления межфазного равновесия и дальнейшем анализе экстракта методом капиллярной газовой хроматографии. Достигнута высокая степень извлечения фурана и метилфурана из образцов крови 98 и 98,5 %. Для идентификации фуранов в биосреде применяли масс-спектрометрическое детектирование с регистрацией спектра масс-ионов.Выводы. На основании выполненных исследований разработана и валидирована в условиях лаборатории высокочувствительная и специфичная методика газохроматографического определения фурана и метилфурана в крови с масс-спектрометрическим детектированием. Диапазон измеряемых концентраций для фурана и метилфурана составил от 0,0019 до 0,09 мг/дм3. В процессе валидации методики установлены пределы обнаружения (LOD) изучаемых соединений в крови, которые составили для фурана до 0,00011 мкг/см3 и до 0,000021 мкг/см3 для метилфурана.

Background: Furans are global ecotoxicants making up the xenobiotic profile. High carcinogenicity and mutagenicity of these chemicals for humans even at concentrations as low as 10–12–10–15 g/kg, can pose health risks for the present and future generations.Our objective was to develop and validate the authors’ method of measuring potentially dangerous furan and methylfuran in human blood to ensure control over the levels of exogenous compounds in biological fluids for further assessment of related human health risks.Materials and methods: Development of the technique of measuring in human blood levels of furan and methylfuran was based on the following principles: establishment of gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) analytical conditions; experimental search for effective methods of blood sample preparation for the GC-MS analysis, and validation of the developed procedure.Results: The method includes liquid-liquid extraction with a polar organic solvent in an alkaline medium during 5 minutes until the inter-phase equilibrium is reached and further capillary gas chromatography. It ensures a high degree of recovery of furan and methylfuran from blood samples equaling 98 % and 98.5 %, respectively. Mass spectrometry detection with registering the mass spectrum of ions was used for identifying furans in the biological fluid.Conclusions: We have developed and validated a highly sensitive and specific method for GC-MS measurement of furan and methylfuran in human blood within the range of 0.0019 to 0.09 mg/dm3. The limits of detection of the chemicals were established within method validation, which appeared to be up to 0.00011 μg/cm3 for furan and up to 0.000021 μg/cm3 for methylfuran.

экстракцияфуран и метилфурангазовая капиллярная хроматографиямасс-спектрометрическое детектированиеLODLOQextractionfuranmethylfurancapillary gas chromatographymass spectrometric detectionLODLOQReferencesKudryavtseva AD, Shelepchikov AA, Brodsky ES. Free-range chicken eggs as a bioindicator of dioxin contamination in Vietnam, including long-term Agent Orange impact. Emerg Contam. 2020;6:114-123. doi: 10.1016/j.emcon.2020.02.003Kudryavtseva AD, Shelepchikov AA, Brodsky ES. Free-range chicken eggs as a bioindicator of dioxin contamination in Vietnam, including long-term Agent Orange impact. Emerg Contam. 2020;6:114-123. doi: 10.1016/j.emcon.2020.02.003Famiyeh L, Chen K, Xu J, et al. A review on analysis methods, source identification, and cancer risk evaluation of atmospheric polycyclic aromatic hydrocarbons. Sci Total Environ. 2021;789:147741. doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.147741Famiyeh L, Chen K, Xu J, et al. A review on analysis methods, source identification, and cancer risk evaluation of atmospheric polycyclic aromatic hydrocarbons. Sci Total Environ. 2021;789:147741. doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.147741Xu JS, Xu HH, Xiao H, et al. Aerosol composition and sources during high and low pollution periods in Ningbo, China. Atmos Res. 2016;178-179:559-569. doi: 10.1016/j.atmosres.2016.05.006Xu JS, Xu HH, Xiao H, et al. Aerosol composition and sources during high and low pollution periods in Ningbo, China. Atmos Res. 2016;178-179:559-569. doi: 10.1016/j.atmosres.2016.05.006Lee CS, Venkatesan AK, Walker HW, Gobler CJ. Impact of groundwater quality and associated byproduct formation during UV/hydrogen peroxide treatment of 1,4-dioxane. Water Res. 2020;173:115534. doi: 10.1016/j.watres.2020.115534Lee CS, Venkatesan AK, Walker HW, Gobler CJ. Impact of groundwater quality and associated byproduct formation during UV/hydrogen peroxide treatment of 1,4-dioxane. Water Res. 2020;173:115534. doi: 10.1016/j.watres.2020.115534Мешков Н.А, Рахманин Ю.А. Методологические аспекты гигиенической оценки адаптивной реакции организма на влияние факторов профессиональной деятельности в системе оценки риска // Гигиена и санитария. 2021. Т. 100. № 4. С. 387–395. doi: 10.47470/0016-9900-2021-100-4-387-395. EDN QCKYQG.Meshkov NA, Rakhmanin YuA. Methodology for environmental health assessment of adaptive response to professional activity factors as part of health risk assessment. Gygiena i Sanitariya. 2021;100(4):387-395. (In Russ.) doi: 10.47470/0016-9900-2021-100-4-387-395Yang M, Jiang J, Hua L, et al. Rapid detection of volatile organic metabolites in urine by high-pressure photoionization mass spectrometry for breast cancer screening: A pilot study. Metabolites. 2023;13(7):870 doi: 10.3390/metabo13070870Yang M, Jiang J, Hua L, et al. Rapid detection of volatile organic metabolites in urine by high-pressure photoionization mass spectrometry for breast cancer screening: A pilot study. Metabolites. 2023;13(7):870 doi: 10.3390/metabo13070870Doherty AC, Lee CS, Meng Q, et al. Contribution of household and personal care products to 1,4-dioxane contamination of drinking water. Curr Opin Environ Sci Health. 2023;31:100414. doi: 10.1016/j.coesh.2022.100414Doherty AC, Lee CS, Meng Q, et al. Contribution of household and personal care products to 1,4-dioxane contamination of drinking water. Curr Opin Environ Sci Health. 2023;31:100414. doi: 10.1016/j.coesh.2022.100414Adamson DT, Piña EA, Cartwright AE, et al. 1,4-Dioxane drinking water occurrence data from the third unregulated contaminant monitoring rule. Sci Total Environ. 2017;596-597:236-245. doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.04.085Adamson DT, Piña EA, Cartwright AE, et al. 1,4-Dioxane drinking water occurrence data from the third unregulated contaminant monitoring rule. Sci Total Environ. 2017;596-597:236-245. doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.04.085Huffman MP, Høie AH, Svendsen C, et al. An in vitro study on the genotoxic effect of substituted furans in cells transfected with human metabolizing enzymes: 2,5-dimethylfuran and furfuryl alcohol. Mutagenesis. 2016;31(5):597-602. doi: 10.1093/mutage/gew025Huffman MP, Høie AH, Svendsen C, et al. An in vitro study on the genotoxic effect of substituted furans in cells transfected with human metabolizing enzymes: 2,5-dimethylfuran and furfuryl alcohol. Mutagenesis. 2016;31(5):597-602. doi: 10.1093/mutage/gew025Xing Y, Xing H, Ma Y, Liu Q, Xu S. In vitro and in vivo studies of metabolic activation of marrubiin, a bioactive constituent from Marrubium vulgare. Chem Res Toxicol. 2021;34(9):2157-2165. doi: 10.1021/acs.chemrestox.1c00250Xing Y, Xing H, Ma Y, Liu Q, Xu S. In vitro and in vivo studies of metabolic activation of marrubiin, a bioactive constituent from Marrubium vulgare. Chem Res Toxicol. 2021;34(9):2157-2165. doi: 10.1021/acs.chemrestox.1c00250Зайцева Н.В., Уланова Т.С., Нурисламова Т.В., Попова Н.А., Мальцева О.А. Количественные показатели нитратов в моче и N-нитрозодиметиламина в крови как маркеры пероральной экспозиции нитратов, поступающих с питьевой водой // Гигиена и санитария. 2018. Т. 97. № 11. С. 1087–1092. doi: 10.47470/0016-9900-2018-97-11-1087-92. EDN: YPXHXNZaitseva NV, Ulanova TS, Nurislamova TV, Popova NA, Maltseva OA. Quantitative parameters of nitrates in urine and N-nitrosodimethylamine in blood as markers of the oral exposure to nitrates introduced with drinking water. Gygiena i Sanitariya. 2018;97(11):1087-1092. (In Russ.) doi: 10.47470/0016-9900-2018-97-11-1087-92Russo MT, De Luca G, Palma N, et al. Oxidative stress, mutations and chromosomal aberrations induced by in vitro and in vivo exposure to furan. Int J Mol Sci. 2021;22(18):9687. doi: 10.3390/ijms22189687Russo MT, De Luca G, Palma N, et al. Oxidative stress, mutations and chromosomal aberrations induced by in vitro and in vivo exposure to furan. Int J Mol Sci. 2021;22(18):9687. doi: 10.3390/ijms22189687McClure RA, Goering AW, Ju KS, et al. Elucidating the rimosamide-detoxin natural product families and their biosynthesis using metabolite/gene cluster correlations. ACS Chem Biol. 2016;11(12):3452-3460. doi: 10.1021/acschembio.6b00779McClure RA, Goering AW, Ju KS, et al. Elucidating the rimosamide-detoxin natural product families and their biosynthesis using metabolite/gene cluster correlations. ACS Chem Biol. 2016;11(12):3452-3460. doi: 10.1021/acschembio.6b00779Nunes J, Martins IL, Charneira C, et al. New insights into the molecular mechanisms of chemical carcinogenesis: In vivo adduction of histone H2B by a reactive metabolite of the chemical carcinogen furan. Toxicol Lett. 2016;264:106-113. doi: 10.1016/j.toxlet.2016.10.018Nunes J, Martins IL, Charneira C, et al. New insights into the molecular mechanisms of chemical carcinogenesis: In vivo adduction of histone H2B by a reactive metabolite of the chemical carcinogen furan. Toxicol Lett. 2016;264:106-113. doi: 10.1016/j.toxlet.2016.10.018Navada KK, Kulal A. Kinetic characterization of purified laccase from Trametes hirsuta: A study on laccase catalyzed biotransformation of 1,4-dioxane. Biotechnol Lett. 2021;43(3):613-626. doi: 10.1007/s10529-020-03038-1Navada KK, Kulal A. Kinetic characterization of purified laccase from Trametes hirsuta: A study on laccase catalyzed biotransformation of 1,4-dioxane. Biotechnol Lett. 2021;43(3):613-626. doi: 10.1007/s10529-020-03038-1Зайцева Н.В., Май И.В., Кирьянов Д.А., Горяев Д.В. Научное обоснование приоритетных веществ, объектов квотирования и направлений действий по снижению аэрогенных рисков здоровью населения при реализации полномочий санитарной службы Российской Федерации // Анализ риска здоровью. 2022. № 4. С. 4–17. doi: 10.21668/health.risk/2022.4.01Zaitseva NV, May IV, Kiryanov DА, Goryaev DV. Scientific substantiation of priority chemicals, objects for setting quotas and trends in mitigating airborne public health risks within activities performed by the Sanitary Service of the Russian Federation. Health Risk Analysis. 2022;(4):4-17. doi: 10.21668/health.risk/2022.4.01.engШабунин С.В. Беляев В.И., Бузлама С.В. Экотоксиканты, распространение, профилактика и лечение // Ветеринария. 2014. № 7. С. 3–8. EDN SKOKXJ.Shabunin SV, Belyaev VI, Buzlama SV. Ecotoxicants, distribution, prevention and treatment. Veterinariya. 2014;(7):3-8. (In Russ.)Эделев И.С., Обухова Л.М., Андриянова Н.А., Эделев Н.С. Перспективы использования параметров окислительной модификафии белков сыворотки крови для установления длительности агонального периода // Судебная медицина. 2019. Т. 3. С. 28–32. doi: 10.19048/2411-8729-2019-5-3-28-32Edelev IS, Obukhova LM, Andrianova NA, Edelev NS. Prospects for the use of the parameters of oxidative modification of serum proteins for assessment of the agonal period duration. Sudebnaya Meditsina. 2019;5(3):28-32. (In Russ.) doi: 10.19048/2411-8729-2019-5-3-28-32Коренман Я.И., Шорманов В.К., Мокшина Н.Я., Кривошеева О.А., Голубицкий Г.Б. Выделение, экстракционное концентрирование и определение кофеина при исследовании плазмы крови // Судебно-медицинская экспертиза. 2012. Т. 2. С. 32–35.Korenman IaI, Shormanov VK, Mokshina NIa, Krivosheeva OA, Golubitskii GB. Isolation, extractive concentration, and determination of caffeine in the studies of blood plasma. Sudebno-Meditsinskaya Ekspertiza. 2012;55(2):32-35. (In Russ.)Gates LA, Lu D, Peterson LA. Trapping of cis-2-butene-1,4-dial to measure furan metabolism in human liver microsomes by cytochrome P450 enzymes. Drug Metab Dispos. 2012;40(3):596-601. doi: 10.1124/dmd.111.043679Gates LA, Lu D, Peterson LA. Trapping of cis-2-butene-1,4-dial to measure furan metabolism in human liver microsomes by cytochrome P450 enzymes. Drug Metab Dispos. 2012;40(3):596-601. doi: 10.1124/dmd.111.043679Zhang Y, Zhang Y. A comprehensive review of furan in foods: From dietary exposures and in vivo metabolism to mitigation measures. Compr Rev Food Sci Food Saf. 2023;22(2):809-841. doi: 10.1111/1541-4337.13092Zhang Y, Zhang Y. A comprehensive review of furan in foods: From dietary exposures and in vivo metabolism to mitigation measures. Compr Rev Food Sci Food Saf. 2023;22(2):809-841. doi: 10.1111/1541-4337.13092Золотов Ю.А. Перспективы развития аналитической химии // Журнал аналитической химии. 2019. Т. 74. № 9S. С. S3-S4. doi: 10.1134/S0044450219090251. EDNXWMQNU.Zolotov YuA. [Prospects for the development of analytical chemistry.] Zhurnal Analiticheskoy Khimii. 2019;74(9S):S3-S4. (In Russ.) doi: 10.1134/S0044450219090251Мелехин А.О., Толмачева В.В., Шубина Е.Г. и др. Новый дериватизирующий агент для определения метаболитов нитрофуранов в куриных яйцах методом высокоэффективной жидкостной хроматографиитандемной масс-спектрометрии // Журнал аналитической химии. 2021. Т. 76. № 11. С. 1012–1021. doi: 10.31857/S0044450221110086. EDN RHKZJB.Melekhin AO, Tolmacheva VV, Dmitrienko SG, et al. A new derivatizing agent for determining nitrofuran metabolites in chicken eggs by high-performance liquid chromatography–tandem mass spectrometry. Zhurnal Analiticheskoy Khimii. 2021;76(11):1312–1320. doi: 10.31857/S0044450221110086Zuma NH, Aucamp J, N’Da DD. An update on derivatisation and repurposing of clinical nitrofuran drugs. Eur J Pharm Sci. 2019;140:105092. doi: 10.1016/j.ejps.2019.105092Zuma NH, Aucamp J, N’Da DD. An update on derivatisation and repurposing of clinical nitrofuran drugs. Eur J Pharm Sci. 2019;140:105092. doi: 10.1016/j.ejps.2019.105092

The authors declare that there are no conflicts of interest present.