Введение. В последнее время все чаще публикуются данные о том, что наследование фенотипических признаков может происходить не через генетические факторы, а через эпигенетические механизмы, вызванные воздействием окружающей среды на родителей в детстве через трансгенерационное наследование, которое объясняет повышенную восприимчивость детей к экотоксикантам и способствует развитию заболеваний [1][2]. То есть действие неблагоприятных факторов окружающей среды вызывает установление специфических эпигенетических паттернов в течение ключевых периодов развития, которые влияют на фенотипические вариации и в некоторых случаях приводят к болезненным состояниям [3].

В условиях неблагоприятного воздействия окружающей среды в крупных промышленных городах Свердловской области постоянно проживает и работает около 78 % населения и рождается более 40 тысяч детей, которые в детстве подвергаются влиянию высоких концентраций экотоксикантов [4][5], способных вызывать воспалительные, сенсибилизирующие, цитотоксические, генотоксические, мутагенные и канцерогенные эффекты [6–8].

Как многофакторный характер генетического наследия, так и постоянные изменения окружающей среды затрудняют идентификацию причинно-следственных связей. До сих пор геномные подходы не смогли объяснить патогенез или росталлергических заболеваний, и все больше внимания уделяется эпигенетическим изменениям, играющим большую роль в определении фенотипа, чем последовательность генома, которая не изменилась в течение этого периода [9].

Цель исследования: выявление признаков фенотипических изменений у детей, находящихся под воздействием повышенного химического загрязнения окружающей среды промышленного города Нижнего Тагила.

Материалы и методы. Исследование проводилось в 2021 году в г. Нижнем Тагиле, являющемся промышленным центром Свердловской области, в котором приоритетными загрязнителями среды обитания являются 33 вещества, в том числе металлы-аллергены с наибольшим вкладом в формирование риска здоровью [10]. Для исследования было выбрано специализированное дошкольное образовательное учреждение (ДОУ), которое посещают дети из районов города с различными химическими нагрузками и уровнем риска для здоровья. В исследования были включены все дети, родители которых дали добровольное информированное согласие на обследование детей (всего 89 детей, из них 66,7 % мальчиков и 33,2 % девочек, средний возраст 4,7 ± 1,1 года). Распределение детей по их месту жительства в зависимости от степени загрязнения окружающей среды было неравномерным: только 20,2 % детей проживали в «условно грязных» и 79,8 % в «условно чистых» зонах. К «условно грязным» были отнесены зоны по индексу опасности со значениями от 12,0 до 27,5, однако необходимо отметить, что вся территория г. Нижнего Тагила является экологически неблагополучной [11]. Все дети имели подтвержденные различные аллергические заболевания, в том числе сенсибилизацию к пищевым продуктам. На исследование было получено разрешение локального этического комитета (ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора от 27 декабря 2021 г., № 5).

Фенотипические проявления аллергии у детей характеризуются неоднородностью и могут иметь многофакторный патогенез заболевания (генетические и эпигенетические факторы, вызванные окружающей средой) [12]. Для выявления наиболее распространенных фенотипических признаков аллергии у выбранной группы детей г. Нижнего Тагила на первом этапе нами было проведено анкетирование родителей по опроснику, содержащему вопросы о перенесенных и имеющихся у них аллергических заболеваниях и проявлениях. Из медицинских карт детей была проведена выкопировка данных о заболеваниях и установленных диагнозах. Все дети были осмотрены педиатром и аллергологом-иммунологом (д.м.н. С.В. Брезгина), собран анамнез с помощью унифицированной анкеты для родителей. Общий иммуноглобулин (IgЕ) исследовался в крови методом иммуноферментного анализа с использованием планшетного иммуноферментного ридера Multiskan EX. Оценка морфофункционального статуса проведена по ростовесовым показателям1 . Определение химической нагрузки на организм детей осуществлялось путем качественной (сканирующей) и количественной оценки содержания металлов в крови детей. Массовая концентрация в крови детей 16 металлов (Pb, As, Cr, Ni, Cd, Cu, Zn, Al, V, Mn, Co, Hg, Se, Fe, Са, Mg) исследована методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Полученные концентрации сравнивались с референтными значениями (при наличии) или со средними концентрациями, при которых обнаружены минимальные нарушения в здоровье детей2 [5]. В качестве маркера ответа на интоксикацию свинцом и другими токсическими веществами определялась дельта-аминолевулиновая кислота (Δ-АЛК) спектрофотометрическим методом с реактивом Эрлиха.

Для статистической обработки данных использован пакет Microsoft Excel и программа IBM SPSS Statistics 20. Анализ независимых и связанных выборок проведен с использованием непараметрического метода Манна – Уитни. χ2 Пирсона использовался для сравнения различий между категориальными переменными. Связь между параметрами считалась значимой при уровне р < 0,05. Анализ парных корреляционных связей для переменных проведен с помощью корреляции Пирсона.

Результаты. Анализ клинических диагнозов, по поводу которых наблюдаются дети ДОУ, показал, что у них преобладал аллергический дерматит (91,2 %), у каждого четвертого ребенка диагностирован аллергический ринит. Воспалительные заболевания со стороны бронхолегочной системы выявлены у каждого пятого ребенка, рецидивирующая герпетическая инфекция – в 14,6 % случаев, бронхиальная астма – 12,4 %. Медицинские данные в пользу гастроинтестинального синдрома отсутствовали, таким образом, у детей преобладал кожный и респираторный фенотип аллергии [13][14].

По данным из медицинских карт на 1 ребенка в среднем приходилось 2,1 диагноза (максимально – 5), при этом 87 из 89 детей имели пищевую непереносимость (от 1 до 29 продуктов), в основном яйца – у 68,9 % детей, молочных продуктов – у 57,5 %, хлеба – у 66,0 %, картофеля – у 39,8 %, рыбы – у 28,2 %. Кроме пищевой непереносимости имелась реакция на шерсть животных, пыльцу и плесень – половина детей, а на домашнюю пыль реагировал почти каждый пятый (см. табл. 1).

Одна треть детей (32,6 %) имела сенсибилизацию к двум аллергенам, а 6,7 % – к четырем. Уровень IgЕ у детей варьировал от 0,67 до 1295 МЕ/мл и в среднем был 288,3 МЕ/мл, что выше референсных значений в 5,8 раза. Процент детей с повышенным уровнем IgЕ составил 63,4 %. Из 18 детей, проживающих в «условно грязных» зонах, 15 человек, или 83 %, имели повышенные уровни IgЕ (средний уровень составил 368,0 МЕ/мл), в группе детей, проживающих в «условно чистых» зонах, средний уровень IgЕ составил 273,5 МЕ/мл и был повышен у 57 % детей.

Для оценки фенотипических проявлений пищевой непереносимости родителям было предложеноотметить, какие симптомы появляются у детей, если в рационе питания присутствуют продукты, вызывающие аллергическую реакцию. Чаще всего родители наблюдали сухость и высыпания на коже (в 50,5 и 33,3 % наблюдений соответственно), кожный зуд – у 29 %. Со стороны слизистых глаз и рта симптомы проявлялись редко.

По данным внешнего осмотра у 47,2 % детей наблюдались кожные проявления (сухость, высыпания), в основном локализованные. Симптомы со стороны верхних/нижних дыхательных путей (ринит, фарингит, кашель) выявлены у 18,0 % детей. Жалобы на вздутие живота были всего у 14,6 % детей. Бледность кожных покровов отмечена у 19,1 % детей, а периорбитальный цианоз – у 15,7 %. Таким образом по результатам дополнительного осмотра педиатром у детей преобладал кожный фенотип аллергии.

По результатам опроса родителей выявлено, что более половины (57,3 %) детей болеют ежеквартально, у каждого третьего ребенка (24,7 %) наблюдаются симптомы эмоциональных нарушений (плаксивость, ранимость), у каждого десятого ребенка – тревожность, рассеянность, агрессивность, плохое настроение, а также нарушение сна, что требует дополнительных обследований и наблюдения у невролога [15].

Оценка наследственной предрасположенности к аллергии показала, что хотя бы один из родителей имел положительный аллергостатус в 83,1 %семей. Кожные проявления присутствовали у 62,9 % родителей, реакция со стороны лор-органов и легочной системы – у 57,3 %, в т. ч. бронхиальная астма – у 20,2 %, пищевая непереносимость – у 53,9 % родителей.

Результаты оценки экспозиции к металлам у обследованных детей свидетельствуют, что концентрация свинца в крови превышает средние по региону значения, при которых отклонения в состоянии здоровья детей минимальны на 23,6 %, максимальный уровень достигал 122 мкг/дл, а значение кадмия было превышено в 2,4 раза (табл. 2).

Содержание металлов-аллергенов – никеля, кобальта – превысило минимальные значения в 5,2 и в 10 раз соответственно. Медиана содержания металлов в крови у детей из «условно грязной» зоны была выше, чем в «условно чистых», по цинку на 9,2 %, марганцу на 9,8 %, свинцу на 150,0 %, кобальту на 166,7 %, никелю на 177 %, однако из-за неравномерного распределения групп достоверность различий между группами не выявлена (p > 0,5).

Средняя концентрация свинца в моче у детей составляла 0,036 мг/дм3 , что превышало фоновые значения Свердловской области в 6 раз, кадмия – в 3,3 раза. Свинец в моче был обнаружен у 68,5 % детей, кадмий – у 10,1 %, массовая концентрация цинка не соответствовала референсным значениям у 10,1 %. Результаты исследования по содержанию металлов в моче у детей представлены в табл. 3.

Концентрация свинца в моче выше фоновых по Свердловской области обнаружена у 24,7 % детей, никеля – у 23,6 %, кадмия – у 22,5 %, кобальта – у 21,3 %.

Маркер свинцовой интоксикации Δ-АЛК в моче был повышен у 7,9 % (на 2,3–67,4 % от нормы) детей, что также свидетельствует о ксеногенной интоксикации. Предполагается, что ингибирование дельта дегидратации аминолевулиновой кислоты начинается при таких низких значениях свинца в крови, как 5 мкг/дл. При более высоких концентрациях свинца в крови (16 мкг/дл) ингибирование фермента достигает 50 %, и 90 % инактивации достигается при концентрации Pb 55 мкг/дл. В результате накопления дельта-аминолевулиновой кислоты в плазме она выделяется с мочой. Поскольку этот фермент в норме присутствует в больших количествах, ингибирование его активности может проходить незамеченными [16].

В зависимости от структуры патологии и уровня тяжелых металлов в крови по отношению к норме либо в моче по отношению к фоновым концентрациям, степень воздействия тяжелых металлов на организм оценивалась у детей в соответствии с классификацией Ю.Е. Вельтищева4 . Синдром хронической ксеногенной интоксикации установлен в 57,3 % случаев, синдром сенсибилизации к низким дозам химических агентов – у 41,6 % детей.

Оценка морфофункционального статуса по данным ростовесовых характеристик показала, что 66,7 % детей имеют нормальное соотношение массы и роста. Дефицит массы имел почти каждый четвертый ребенок, в т. ч. выраженный дефицит – 5,7 %. Повышенную массу – каждый десятый, избыточная масса тела наблюдалась редко (в 1,1 % наблюдений). Данные корреляционного анализа свидетельствуют о сильной обратной связи концентрации кадмия в крови с массой тела ребенка (r = –0,91; p < 0,05). В более ранних отечественных и китайских научных исследованиях была показана отрицательная корреляция свинца с ростом и весом у детей [17][18].

Обсуждение. Как отмечается в литературных источниках, большинство тяжелых металлов являются высокотоксичными и последствия влияния тяжелых металлов для здоровья детей являются более серьезными по сравнению со взрослыми. Вредные последствия тяжелых металлов для здоровья детей включают умственную отсталость, нейрокогнитивные расстройства, поведенческие расстройства, респираторные проблемы, рак и сердечно-сосудистые заболевания [19]. Однако в литературе недостаточно отражено влияние тяжелых металлов на развитие атопических заболеваний. Наши результаты подтверждают немногочисленные литературные данные о влиянии тяжелых металлов на развитие астмы, экземы и пищевой аллергии у детей [20]. Вероятно, в результате постоянного воздействия (от поколения к поколению) неблагоприятных факторов окружающей среды на жителей г. Нижнего Тагила в их организме может изменяться и эпигеном, который способен привести к трансгенерационному наследованию экологически измененных фенотипов и заболеваний [3]. В настоящее время имеются убедительные доказательства того, что воздействие окружающей среды в раннем возрасте играет ключевую роль в активации или замалчивании генов путем изменения метилирования ДНК, изменяя экспрессию генов и определяя фенотип и восприимчивость к заболеванию. Есть доказательства того, что ряд ранних воздействий окружающей среды связан с повышенным риском аллергических заболеваний. Несколько новых исследований показывают, что внутриутробное микробное и диетическое воздействие может модифицировать экспрессию генов и склонность к аллергическим заболеваниям посредством эпигенетической модификации [9].

По данным литературных источников, высокая распространенность бронхиальной астмы и атопического дерматита отмечается в наиболее урбанизированных, промышленных территориях России, в том числе в Уральском федеральном округе, а низкий уровень – в Южном, Сибирском и Дальневосточном федеральных округах. Наибольшая корреляция частоты аллергической патологии была с уровнем загрязнения воздуха у больных бронхиальной астмой, аллергическим ринитом и атопическим дерматитом. Загрязненность воды была ассоциирована с частотой атопического дерматита и в меньшей степени – с частотой бронхиальной астмы [21].

По литературным данным, атопический дерматит (АД) является распространенным заболеванием, поражающим как детей, так и взрослых, и развивается из сложного взаимодействия между экологическими, генетическими, иммунологическими и биохимическими факторами. АД может проявляться с различными клиническими фенотипами. Классически АД делят на внутреннюю и внешнюю форму, которые клинически идентичны, но первая не имеет высокого уровня специфического IgE и не связана с дыхательной атопией [22]. Внешне АД проявляется аллергией на белок и пищевую аллергию, но внутренняя АД свидетельствует об аллергии на металлы, возможно, в связи с недостаточностью супрабазина. Внешний атопический дерматит является основным подтипом с нарушением кожного барьера (высокая частота мутаций филаггрина) [22].

В настоящей публикации мы хотели обозначить роль трансгенерационного наследования экологически измененных фенотипов и в дальнейшем развить гипотезу о возможной связи установленного фенотипа заболеваний (бронхиальной астмы, атопического дерматита) у детей, проживающих в г. Нижнем Тагиле, с высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха, в том числе кобальтом, никелем, хромом, и возможным наследованием признаков от родителей, проживающих в городе с рождения. Для обоснования данного предположения необходимы дальнейшие эпидемиологические исследования.

Заключение. Исследования, проведенные в группе детей, страдающих заболеваниями аллергической природы, проживающих в экологически неблагополучном городе, указывают на возможное участие тяжелых металлов в формировании эпигенетически обусловленных фенотипических проявлений данной патологии, а именно: в нарушении иммунного статуса, развитии атопического дерматита, пищевой непереносимости и дефицита массы тела, которые могут привести к трансгенерационному наследованию. Трансгенерационное наследования фенотипических признаков подлежит дальнейшему изучению, для которого мы планируем включить контрольную группу детей и взрослых, проживающих в благоприятных условиях окружающей среды, а также расширить спектр молекулярно-генетических исследований, маркеров эпигенетических изменений иммунной системы (метилирование промотора гена IFN-γ,) полиморфизма генов.

1.  Основы здоровья детей и подростков: руководство для врачей. Часть I. Комплексная оценка здоровья детей и подростков Екатеринбург: УГМУ, 2017. 126 с.  2.  Плотникова И.А. Комплексный подход к оценке состояния здоровья и эффективности реабилитационных мероприятий у детей, проживающих в условиях воздействиях неблагоприятных факторов окружающей среды: дис. ... канд. мед. наук. На правах рукописи. – Екатеринбург, 2011. https://www.dissercat.com/content/kompleksnyi-podkhod-kotsenke-sostoyaniya-zdorovya-i-effektivnosti-reabilitatsionnykh-meropr 3.  Плотникова И.А. Комплексный подход к оценке состояния здоровья и эффективности реабилитационных мероприятий у детей, проживающих в условиях воздействиях неблагоприятных факторов окружающей среды: дис. ... канд. мед. наук. На правах рукописи. – Екатеринбург, 2011. https://www.dissercat.com/content/kompleksnyi-podkhod-kotsenke-sostoyaniya-zdorovya-i-effektivnosti-reabilitatsionnykh-meropr 4.  Румянцев, А.Г. Клиническая иммуногематология / А.Г. Румянцев // Иммунология и иммунопатология детского возраста. М., 1996. С. 281–317.