Evaluation of blood lipid concentrations of dioxins in firefighters depending on polymorphic variants of xenobiotic detoxification genes

Background: The specifics of occupational activities of firefighters is determined by exposures to both fire hazards and a combination of occupational risk factors of various nature significantly exceeding their standard values. Adverse chemical exposures rank first due to unpredictable toxic effects of combustion products from burning synthetic polymers. Yet, the most dangerous are low-temperature fires emitting a wide range of air contaminants including highly lipophilic, bioaccumulative and persistent dioxins. The purpose of the research was to study the relationship between various polymorphic variants of xenobiotic detoxification genes and blood lipid concentrations of dioxins in firefighters. Materials and methods: We measured average dioxin concentrations in ambient air at different stages of firefighting and in blood lipids of firefighters with different length of service using the analytical method of gas chromatography-mass spectrometry. The cumulative effect of dioxins was estimated in relation to polymorphic variants of xenobiotic detoxification genes of the first and second phases of biotransformation by determining polymorphisms, the main research method being polymerase chain reaction. Results: High concentrations of dioxins measured in ambient air at all stages of firefighting and in blood lipids of firefighters with a significant correlation with work experience indicate that inhalation is one of the main routes of exposure to dioxins and that these chemicals are occupational risk factors for this professional group. The analysis of the relationship between various polymorphic variants of xenobiotic detoxification genes and blood lipid concentrations of dioxins in the firefighters showed a higher blood level of dioxins in carriers of minor alleles. Conclusions: Genotyping of firefighters and identification of carriers of minor alleles of xe-nobiotic detoxification genes may contribute to timely preventive and rehabilitation measures aimed at elimination of adverse health effects of occupational exposure to dioxins.

firefighters, dioxins, standardization, polymorphism, xenobiotic detoxification genes, genotyping

1. Колычева И.В. Актуальные вопросы медицины труда пожарных (обзор литературы) // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2005. № 8 (46). С. 133-138.

2. Дьякович М.П., Шевченко О.И. Медико-психологические последствия воздействия факторов пожара на ОАО «Иркутсккабель» на пожарных-ликвидаторов // Медицина труда и промышленная экология. 2008. № 1. С. 29-35.

3. Шафран Л.М., Нехорошкова Ю.В. Комплексная гигиеническая оценка условий труда и трудового процесса пожарных-спасателей // Гигиена и санитария. 2015. Т. 94. № 1. С. 77-82.

4. Смиловенко О.О., Курлович И.Г. Повышение безопасности труда пожарного-спасателя // Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси. 2017. Т. 1. № 4. С. 459-467.

5. Рукавишников В.С., Колычева И.В. Медицина труда пожарных: итоги и перспективы исследований // Медицина труда и промышленная экология. 2007. № 6. С. 1-5.

6. Рукавишников В.С., Колычева И.В., Дорогова B. Б. екоторые подходы к мониторингу условий труда и состояния здоровья пожарных // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2005. № 2 (40). C. 7-14.

7. Стрельцова И.В., Скутова А.В. Медицинские аспекты профессиональной деятельности пожарных // Научный журнал. 2017. № 5 (18). С. 105-106.

8. Адамян В.Л., Мальков И.В. Медико-биологические аспекты трудовой деятельности пожарных // Центральный научный вестник. 2017. Т. 2. № 19(36). С. 3.

9. Софронов Г.А., Румак В.С., Умнова Н.В. и др. Возможные риски хронического воздействия малых доз диоксинов для здоровья населения: к методологии выявления токсических эффектов // Медицинский академический журнал. 2016. Т. 16. № 3. С. 7-18.

10. Румак В.С., Умнова Н.В. Диоксины и безопасность биосистем: результаты натурных исследований // Жизнь Земли. 2018. Т. 40. № 3. С. 308-323.

11. Какарека С.В., Кухарчик Т.И. Источники поступления стойких органических загрязнителей в окружающую среду: опыт выявления и изучения // Природопользование. 2012. № 22. С. 157-164.

12. Черняк Ю.И., Шелепчиков A.A., Грассман Д.А. Модификация диоксин-сигнального пути у высокоэкспонированных пожарных // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2007. № 2 (54). С. 65-71.

13. Черняк Ю.И., Грассман Д.А. Воздействие диоксинов на пожарных // Мед. труда и пром. экол. 2007. № 6. С. 18-21.

14. Шелепчиков А.А., Черняк Ю.И., Бродский Е.С. и др. Полихлорированные дибензо-п-диоксины, дибензофураны и бифенилы в сыворотке крови пожарных Иркутского региона // Сибирский медицинский журнал. 2012. Т. 110. № 3. С. 53-59.

15. Софронов Г.А., Рембовский В.Р., Радилов А.С. и др. Современные взгляды на механизм токсического действия диоксинов и их санитарно-гигиеническое нормирование // Медицинский академический журнал. 2019. Т. 19. № 1. С. 17-28.

16. Попова А.Ю., Трухина Г.М. Хлорированные бифенилы - гигиеническая проблема современности / Под общей ред. академика РАМН, профессора Потапова А.И. М.: Московский НИИ гигиены им. Ф.Ф.Эрисмана, 2000. 244 с.

17. Круглов Э.А., Амирова З.К. Экологическая безопасность и проблемы нормирования стойких органических загрязнителей (СОЗ) // Башкирский экологический вестник. 2009. № 1. С. 21-23.

18. Карамова Л.М., Башарова Г.Р. Клинически безопасный уровень диоксинов // Мед. труда и пром. экол. 2012. № 2. С. 45-48.

19. Черняк Ю.И., Портяная Н.И., Меринова А.П. и др. Определение энзиматической активности цитохрома P450(CYP)1A2 у «Шелеховских» пожарных // Токсикологический вестник. 2002. № 2. С. 5-10.

20. Григорьева С.А., Никитина В.А., Ревазова Ю.А. Связь аллельных вариантов генов детоксикации ксенобиотиков с цитогенетическим ответом на действие мутагена // Гигиена и санитария. 2007. № 5. С. 62-63.

21. Кузнецова Н.Б., Кузнецов П.Е. Вероятный механизм индукции цитохрома р-450(448) полихлорированными дибензо-п-диоксинами // Auditorium. 2018. № 1 (17). С. 1-7.

22. Могиленкова Л.А., Рембовский В.Р. Роль генетического полиморфизма и различия в детоксикации химических веществ в организме человека // Гигиена и санитария. 2016. Т. 95. № 3. С. 255-262.

23. Черняк Ю.И., Шелепчиков А.А., Грассман Д.А. и др. Влияние диоксинов, возраста, курения и полиморфизма CYP1A2*1F (-163C>A) гена CYP1A2 на состояние фазы I биотрансформации ксенобиотиков у пожарных // IV Съезд токсикологов России: сборник трудов. Под ред. Г.Г. Онищенко и Б.А. Курляндского. Москва: Изд-во Российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ, 2013. С. 541-543.

24. Hung RJ, Boffetta P, Brockmoller J, et al. CYP1A1 and GSTM1 genetic polymorphisms and lung cancer risk in Caucasian non-smokers: a pooled analysis. Carcinogenesis. 2003; 24(5):875-882. DOI: https:// doi.org/10.1093/carcin/bgg026

25. Wright CM, Larsen JE, Colosimo ML, et al. Genetic association study of CYP1A1 polymorphisms identifies risk haplotypes in nonsmall cell lung cancer. Eur Respir J. 2010; 35(1):152-159. DOI: https://doi. org/10.1183/09031936.00120808

26. Gao L-Y, Hao X-L, Zhang L, et al. Identification and characterization of differentially expressed lncRNA in 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin-induced cleft palate. Hum Exp Toxicol. 2020; 39(5):748-761. DOI: https://doi.org/10.1177/0960327119899996

27. Pavanello S, Clonfero E. Biological indicators of genotoxic risk and metabolic polymorphisms. Mutat Res. 2000; 463(3):285-308. DOI: https://doi. org/10.1016/s1383-5742(00)00051-X

28. Phillips KA, Veenstra DL, Oren E, et al. Potential role of pharmacogenomics in reducing adverse drug reactions: a systematic review. JAMA. 2001; 286(18):2270-2279. DOI: https://doi.org/10.1001/ jama.286.18.2270

29. Masetti S, Botto N, Manfredi S, et al. Interactive effect of the glutathione S-transferase genes and cigarette smoking on occurrence and severity of coronary artery risk. J Mol Med (Berl). 2003; 81(8):488-494. DOI: https://doi.org/10.1007/ s00109-003-0448-5

30. Palmer CN, Doney AS, Lee SP, et al. Glutathione S-transferase M1 and P1 genotype, passive smoking, and peak expiratory flow in asthma. Pediatrics. 2006; 118(2):710-716. DOI: https://doi.org/10.1542/ peds.2005-3030

31. Siraj AK, Ibrahim M, Al-Rasheed M, et al. Polymorphisms of selected xenobiotic genes contribute to the development of papillary thyroid cancer susceptibility in Middle Eastern population. BMC Med Genet. 2008; 9(1):61. DOI: https://doi.org/ 10.1186/1471-2350-9-61

32. Wang X, Zuckerman B, Pearson C, et al. Maternal cigarette smoking, metabolic gene polymorphism, and infant birth weight. JAMA. 2002; 287(2): 195-202. DOI: https://doi.org/10.1001/jama.287. 2.195

33. Anzenbacher P, Anzenbacherova E. Cytochromes P450 and metabolism of xenobiotics. Cell Mol Life Sci CMLS. 2001; 58(5-6):737-747. DOI: https://doi. org/10.1007/PL00000897

34. Arnold C, Konkel A, Fischer R, et al. Cytochrome P450-dependent metabolism of omega-6 and omega-3 long-chain polyunsaturated fatty acids. Pharmacol Rep. 2010; 62(3):536-547. DOI: https://doi.org/10.1016/ s1734-1140(10)70311-x

35. Johanson HC, Hyland V, Wicking C, et al. DNA elution from buccal cells stored on Whatman FTA Classic Cards using a modified methanol fixation method. Botechniques. 2009; 46(4):309-311. DOI: https://doi.org/10.2144/000113077