Введение. Загрязненный атмосферный воздух крупных городов страны остается важным фактором риска для здоровья населения. Данное положение доказано многочисленными отечественными и зарубежными исследованиями [1–4]. Растет понимание того, что загрязнение атмосферы влияет на медико-демографические показатели – смертность, заболеваемость и продолжительность жизни населения [5], а в ряде случаев является причиной повышенной социальной напряженности и снижения привлекательности города как места постоянного жительства. Анализ экологических детерминант здоровья населения в РФ свидетельствует, что в настоящее время порядка 106,1 млн человек (74 % населения страны) проживает в условиях неудовлетворительного качества окружающей среды, в том числе 17,1 млн человек – в городах с высоким и очень высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха (17 % городского населения) [6][7]. Химические факторы окружающей среды являются одним из барьеров стабильного социально-экономического развития страны [1].

В настоящее время основным источником загрязнения окружающей среды в городах является автомобильный транспорт [8], его вклад в выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух составляет около 50,0 % в целом по Российской Федерации [9]. Транспортные средства являются источниками эмиссии в атмосферный воздух сложной смеси опасных и высокоопасных химических соединений, состав которой зависит от качества моторного топлива, типа двигателя и условий его эксплуатации и содержит более 250 химических веществ и соединений [10]. Широкое использование бензола в качестве добавки к автомобильному топливу (для повышения октанового числа) способствует распространению его в атмосферном воздухе и при хроническом воздействии у населения могут наблюдаться изменения со стороны критических органов и систем, в том числе иммунной системы.

Токсичность автомобильных бензинов обусловлена их химическим и фракционным составом. Основными токсическими компонентами отработавших газов автомобиля являются ароматические углеводороды, ведущий из которых – бензол [11][12]. При любом пути поступления бензола возникает в организме контакт с кластерами клеточной дифференцировки с последующим развитием иммунологических нарушений [13].

Бензол оказывает выраженное гематотоксическое действие, при этом в наибольшей степени страдает лимфоидная линия клеток, так как полигидроокисленные метаболиты бензола аккумулируются в костном мозге и лимфоидных органах, вызывая гипоплазию и цитопению центральных и периферических органов иммунной системы [14–17]. При этом токсическое влияние на кроветворные и иммунные клетки оказывает не только бензол, но и его метаболит – фенол, который накапливается в месте накопления бензола – в костном мозге [18–20].

По данным научных исследований [21][22], загрязнение атмосферы в городах способствует росту числа детей с аллергическими заболеваниями, заболеваниями дыхательной, мочевыделительной систем, системы кровообращения, крови, кожи, подкожной клетчатки, что приводит к ранним нарушениям иммунного статуса организма. По данным литературы известно, что вклад автотранспорта в канцерогенный риск составляет около 54–60 % [23–26]. Негативное влияние на здоровье детского населения атмосферного воздуха, загрязненного выбросами автотранспорта, в настоящее время остается до конца не изученным.

Для оценки экспозиции человека химическими загрязнителями (ХЗ) окружающей среды в Европейских странах используют метод биомониторинга человека (БМЧ) на основе измерения концентраций химических веществ или их метаболитов (биомаркеров) в биологических средах человека1. Биомониторинг может обеспечить прямое измерение индивидуальных уровней экспозиции и оценку интегрированного воздействия от различных источников и различными способами, но не дает возможности дифференцировать и оценить относительный вклад каждого источника2.

С целью установления и обоснования биомаркеров аэрогенной экспозиции выполнены исследования по установлению зависимостей между факторами неблагоприятного воздействия среды и концентрацией токсикантов, которые могут вызывать в организме негативные эффекты, в биосредах обследуемых детей, что обеспечивает максимально раннюю идентификацию иммунологических нарушений, ассоциированных с факторами среды обитания, в том числе, бензолом и фенолом.

Целью исследования явился анализ иммунологических нарушений у детей в условиях аэрогенной экспозиции бензолом и фенолом, формирующейся интенсивным городским транспортным потоком.

Материалы и методы. Объектом исследования являлся атмосферный воздух территорий в местах расположения детских дошкольных учреждений (ДДУ), находящиеся в зоне влияния автомагистралей с интенсивным транспортным потоком (территория наблюдения) и для сравнительной оценки выбраны действующие детские дошкольные учреждения, расположенные на территориях с незначительным транспортным потоком (территория сравнения).

Исходной информацией о качестве атмосферного воздуха и экспозиции каждого ребенка являлись верифицированные инструментальными данными расчетные среднегодовые концентрации загрязняющих веществ, выбрасываемых всеми хозяйствующими субъектами, автотранспортом и автономными источниками теплоснабжения территорий наблюдения и сравнения. Уровни загрязнения оценивали в 380 расчетных точках проживания детей. Исходили из предположения, что дети проживают вблизи посещаемых детских дошкольных учреждений.

Оценку состояния загрязнения атмосферного воздуха в зоне расположения ДДУ на селитебных территориях, прилегающих к автодорогам, и на территориях сравнения (вне зоны экспозиции), проводили в период 2019–2022 гг. на основе определения в воздухе содержания бензола и фенола. Отбор проб выполняли по полной программе путем аспирации на сорбционные трубки и через поглотительный прибор Рыхтера, заполненный 6 см³ поглотительного раствора в период 1, 7, 13 и 19 часов.

Результаты химического анализа проб атмосферного воздуха территории наблюдения и сравнения на содержание бензола и фенола оценивали по отношению к предельно допустимой концентрации в соответствии с СанПиН 1.2.3685–213.

Для обоснования маркеров аэрогенной экспозиции и иммунных нарушений выполнено углубленное обследование детей, подвергающиеся аэрогенной экспозиции бензолом и фенолом (группа наблюдения) (N = 286) и детей, находящихся вне экспозиции (группа сравнения) (N = 97). Выполнены исследования по установлению зависимостей между бензолом и фенолом атмосферного воздуха и концентрацией токсикантов в крови детей группы наблюдения.

Для исследований маркеров ответа со стороны здоровья использовали кровь (является биологическим материалом для определения биомаркеров длительной экспозиции4 детей, посещающих ДДУ на территориях наблюдения и сравнения. Химико-аналитические исследования включали определение содержания в крови бензола и фенола в соответствии с утвержденными методическими указаниями.

Критериями отбора детей в группы наблюдения и сравнения являлись: медико-биологические – возрастная группа 4–7 лет, отсутствие хронической соматической патологии (1-я и 2-я группы здоровья).

Исследования биосред (кровь) на содержание бензола выполнялось методом анализа равновесной паровой фазы на газовом хроматографе «Хроматэк Кристалл-5000» на капиллярной колонке HP-FFAP длиной 50 м диаметром 0,32 мм × 0,50 µм с детектором ионизации в пламени. Исследования крови на содержание фенола выполнялось методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на жидкостном хроматографе «Agilent» с диодно-матричным детектором. Оценка установленных уровней содержания бензола и фенола в крови детей группы наблюдения выполнена на основании сравнительного анализа с результатами обследования детей контрольной группы, находящейся вне зоны влияния дорог с интенсивным транспортным потоком. Иммунофенотипирование лимфоцитов проводилось с использованием моноклональных антител (CD3+, CD3+CD4+, CD3+CD8+, CD16+CD56+, CD19+) к поверхностным дифференцировочным антигенам методом проточной лазерной цитофлюориметрии на проточном цитофлюориметре FACSCalibur («Becton Dickinson», США). В общей сложности регистрировалось не менее 10 000 событий.

Идентификацию гормонов кортизола и серотонина оценивали методом ИФА-анализа (тест-системы фирмы «Вектор-Бест», г. Новосибирск) на микропланшетном ридере «TECAN Sunrise» (Австрия), используя программу MedapRM для определения оптической плотности исследуемых показателей. Содержание иммуноглобулина G, специфического к гаптенам (фенол, бензол) определено с помощью аллергосорбентного теста с ферментной меткой.

Для оценки достоверности различий полученных результатов использовали t-критерий Стьюдента при нормальном распределении совокупности дисперсий (сравнение показателей исследуемых выборок по абсолютным значениям признака) и Z-тест Фишера (сравнение показателей исследуемых выборок по долям признака). Различия являлись статистически значимыми при р ≤ 0,0554. Для проверки нормальности количественных данных использовали критерий согласия (χ²) Пирсона, который позволил подтвердить гипотезу о нормальном законе распределения для всех количественных показателей6. Установление причинно-следственных зависимостей проведены с использованием программно-математических приемов обработки данных о содержании бензола и фенола в атмосферном воздухе, бензола и фенола в крови. Адекватность полученных математических моделей, описывающих анализируемые зависимости, оценивали по коэффициенту детерминации7. Анализ результатов исследований и оценку параметров моделей выполняли с использованием пакета прикладных программ Statistica 6,0 и специальных программных продуктов, сопряженных с приложениями MS-Office.

Результаты. Результаты выполненных исследований по определению содержания бензола и фенола в атмосферном воздухе и в крови детей группы сравнения и наблюдения представлены в таблице 1.

Среднегодовые концентрации в жилой застройке территории наблюдения превышали среднегодовые гигиенические нормативы (ПДКсг) по фенолу до 6,5 раза и бензолу до 100 раз. В атмосферном воздухе территории сравнения наблюдались превышения ПДКсг в отношении бензола и фенола до 1,16 ПДКсг.

Сравнение полученных показателей (табл. 1) территории наблюдения позволило выявить превышенные по отношению к территории сравнения концентрации бензола в атмосферном воздухе до 3,8 раза, содержание фенола до 5,6 раза. Установлено, что длительная экспозиция бензола и фенола с атмосферным воздухом формирует повышенные концентрации в крови детей группы наблюдения бензола в 2,3 раза относительно группы сравнения, фенола в 2 раза относительно крови детей группы сравнения.

В процессе исследований полученная разница концентраций бензола и фенола в крови детей, проживающих на территориях с повышенным уровнем токсикантов в атмосферном воздухе, параметризована и оценена с помощью моделей, описывающих причинно-следственные связи (таблица 2).

Полученные модели зависимости содержания бензола и фенола в крови от их концентрации из атмосферного воздуха на территориях с разным уровнем антропогенного воздействия позволяют рассматривать бензол и фенол в качестве маркеров экспозиции с атмосферным воздухом.

Проведенный сравнительный анализ иммунологических показателей у детей группы наблюдения позволил установить, что в группе наблюдения обследованных детей в условиях экспозиции компонентов выбросов автотранспорта, выявлены достоверные отклонения показателей клеточного иммунитета (CD-фенотипы), специфической чувствительности к бензолу и фенолу, а также критериев адаптации (таблица 3).

Содержание стероидного гормона кортизола и нейромедиатора серотонина, находились в пределах физиологической нормы, однако по отношению к значениям в группе сравнения содержание исследуемых показателей в крови увеличивалось в 1,3 раза, достигнув уровня значимости (p < 0,05).

Исследуемые показатели CD-иммунограммы не выходили за пределы нормы, однако в отношении группы сравнения достоверно повышены значения следующих маркеров клеточного иммунитета: Т-лимфоциты (CD3+-клетки) в 1,2 раза; Т-хелперы с фенотипом CD3+CD4+-лимфоциты в 1,3 раза; Т-цитотоксические лимфоциты с фенотипом CD3+CD8+ в 1,3 раза. Одновременно количество киллерных NK-клеток (CD16+CD56+), а также В-лимфоцитов (CD19+) оставалось ниже, чем в группе сравнения в 1,2–1,9 раза, достигнув уровня значимости (р < 0,05).

Установлено, что уровень специфической сенсибилизации к гаптенам (IgG к бензолу и фенолу) по отношению к норме был достоверно выше у 55,4 и 64,7 % обследуемых детей (p < 0,05), достоверно превышая аналогичные показатели в группе сравнения в 2,0 и 1,6 раза соответственно (p < 0,05).

Анализ отношения шансов изменения показателей иммунитета при возрастании концентрации контаминантов в крови позволил установить достоверное (p < 0,05) повышение процентного содержания CD3+ – лимфоцитов (R² = 0,506 при p < 0,05) и снижение показателей клеточной дифференцировки лимфоцитов CD3+CD8+отн., CD3+CD4+отн., CD19+абс., CD16+56+абс. (R² = 0,452–0,767 при p < 0,05) при возрастании бензола в крови (таблица 4).

Также при возрастании уровня бензола в крови исследуемого контингента наблюдалось повышение экспрессии гормона стресса кортизола и основного нейромедиатора серотонина (R² = 0,419–0,594 при p < 0,05).

Обсуждение. С целью изучения изменений показателей иммунологического статуса детей в условиях аэрогенной экспозиции бензола и фенола, проведены исследования содержания концентрации бензола и фенола в крови и химического загрязнения атмосферного воздуха детских дошкольных учреждений в зоне влияния автомагистралей федерального значения с интенсивным транспортным потоком (территория наблюдения). В сравнении с аналогичными показателями территории и детского контингента детских дошкольных учреждений, расположенных на территориях с незначительным транспортным потоком (территория сравнения).

На первом этапе исследований определены маркеры аэрогенной экспозиции бензола и фенола на основании установленных зависимостей между экспозицией атмосферного воздуха и концентрацией токсикантов в крови детей.

Установлено, что длительная аэрогенная экспозиция бензолом и фенолом формирует повышенные уровни контаминации в крови бензола у детей группы наблюдения в 2,3 раза и фенола в 2 раза относительно группы сравнения. Полученные результаты верифицированы достоверными причинно-следственными связями между бензолом и фенолом в крови и их содержанием в атмосферном воздухе. Полученные модели зависимости содержания бензола и фенола в крови от их концентрации в атмосферном воздухе позволили рассматривать бензол и фенол в качестве маркеров экспозиции с атмосферным воздухом.

Известно, что бензол и фенол оказывают выраженное токсическое действие на иммунную систему, при этом в наибольшей степени страдает лимфоидная линия клеток, так как полигидроокисленные метаболиты бензола аккумулируются в костном мозге и лимфоидных органах, вызывая гипоплазию и уменьшение Т-клеточности центральных и периферических органов иммунной системы8 [27]. Известно, что хроническое поступление бензола в организм способствует быстрому и стойкому угнетению B-клеток (CD19) [29][30], а также нарушению центральной и нервной системы, в связи с чем, наблюдается изменение уровня серотонина, который передает сигналы между нервными клетками. При хроническом поступлении бензола в малых концентрациях нарушается функция кроветворных органов, что вызывает дисбаланс клеток иммунитета (CD3+, CD3+CD4+, CD3+CD8+, CD16+CD56+) [28–32].

Выявленные особенности иммунной регуляции свидетельствуют о чрезмерной активности компартментов иммунитета, ассоциированных с контаминацией биосред бензолом и фенолом.

Выводы

1. EU – European Union. DEMOCOPHES – Human Biomonitoring on a European Scale. 2013. Accessed February 12, 2024. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.eu-hbm.info/euresult/media-corner/press-kit (дата обращения: 12.02.2024). 2. Biomonitoring-based indicators of exposure to chemical pollutants. Report of a meeting. Catania, Italy, 19–20 April, 2012. WHO. Regional Office for Europe; 2012. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.who.int/publications/m/item/biomonitoring-based-indicators-of-exposure-to-chemical-pollutants (дата обращения: 15.02.2024). 3. СанПиН 1.2.3685–21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» (утв. постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 28 января 2021 года № 2). 4. Боев В.М. Практическое применение методологии оценки аэрогенного риска для здоровья населения при обосновании санитарно-защитной зоны // Гигиена и санитария. 2009. № 4. С. 82–84. 5. Карпищенко А.И. Медицинские лабораторные технологии. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2014. 696 с. 6. Гланц С. Медико-биологическая статистика. М.: Практика, 1998. 459 с. 7. Четыркин Е.М. Статистические методы прогнозирования. М.: Статистика, 1977. 356 с. 8. Алан Г.Б. Клиническое руководство Тица по лабораторным исследованиям. М.: Лабора, 2013, 1280 с.