Hygiene and SanitationHygiene and SanitationГигиена и санитария0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman63846510.47470/0016-9900-2020-99-11-1252-1257HYGIENE OF CHILDREN AND ADOLESCENTSГИГИЕНА ДЕТЕЙ И ПОДРОСТКОВAssessment of the content of toxic and essential elements in the urine of children residing in rural and industrial regions in Western UralsОценка содержания токсичных и эссенциальных элементов в моче детей сельских и промышленных районов Западного Уралаhttps://orcid.org/0000-0002-9238-5598UlanovaTatyana S.УлановаТатьяна Сергеевна
Russian Federation

MD, Ph.D. DSci., Head of the Department of Chemical and Analytical Research Methods Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies, Perm, 614045,Russian Federation.

e-mail: ulanova@fcrisk.ru

Доктор биол. наук, зав. отделом химико-аналитических методов исследования ФБУН «ФНЦ медикопрофилактических технологий управления рисками здоровью населения» Роспотребнадзора, 614045, Пермь.

e-mail: ulanova@fcrisk.ru

ulanova@fcrisk.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2356-1145ZaitsevaNina V.ЗайцеваН. В.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0002-8490-7624VeikhmanGalina A.ВейхманГ. А.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0001-5772-2379StennoElena V.СтенноЕ. В.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0001-6514-7239NedoshitovaAnna V.НедошитоваА. В.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0002-0600-4075VolkovaMarina V.ВолковаМ. В.
Russian Federation
Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management TechnologiesФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»E.A.Wagner Perm State Medical UniversityФГБОУ ВО «Пермский государственный медицинский университет имени Е.А. Вагнера»Perm State Pharmaceutical AcademyФГБОУ ВО «Пермская государственная фармацевтическая академия»1511202099111252125725102024Copyright ©; 2024, Ulanova T.S., Zaitseva N.V., Veikhman G.A., Stenno E.V., Nedoshitova A.V., Volkova M.V.Copyright ©; 2024, Уланова Т.С., Зайцева Н.В., Вейхман Г.А., Стенно Е.В., Недошитова А.В., Волкова М.В.2024Ulanova T.S., Zaitseva N.V., Veikhman G.A., Stenno E.V., Nedoshitova A.V., Volkova M.V.Уланова Т.С., Зайцева Н.В., Вейхман Г.А., Стенно Е.В., Недошитова А.В., Волкова М.В.https://journals.eco-vector.com/0016-9900/article/view/638465

Introduction. The element composition of urine is relevant and demanded index in biomedical, biomonitoring studies to assess the level of contamination of biological media and public health risks.

Material and methods. The content of 12 elements (V, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, As, Se, Sr, Cd, Tl, Pb) in urine of unexposed children (n = 100 and n = 57, respectively, average age < 6 years) residing in the rural and industrial region of the Western Urals was determined by ICP-MS using Agilent 7500cx inductively coupled plasma quadrupole mass spectrometer (Agilent Technologies, USA) with an octopole reaction / collision cell (ORS). The measurement was carried out according to Methodical Guidelines 4.1. 3230-14 (FR.1.31.2014.17064) developed by the authors. Urine samples were directly analyzed after 1/10 dilution (V / V) with 1% nitric acid solution. The validity of the results was confirmed by analysis of standard urine samples SERONORMTM urine (Norway). The results were presented as basic statistical indices: minimum and maximum values, arithmetic mean (AM), geometric mean (GM), 5th, 50th, 95th percentiles, and were interpreted in accordance with current international requirements.

Results. In the unexposed group of children the arithmetic mean (AM) for vanadium is 0.68 μ/l; chromium - 1.91 μg/l; manganese 0.96 - μg/l; nickel - 1.84 μg/l; copper - 13.28 μg/l; zinc - 270.56 μg/l; arsenic - 18.- 99 μg/l; selenium - 22.55 μg/l; strontium - 239.09 μg/l; cadmium - 0.12 μg/l; thallium - 0.16 μg/l; lead - 0.83 μg/l. The arithmetic mean in the group of children of the industrial territory for vanadium is - 0.72 μg/l; chromium - 2.13 μg/l; manganese - 1.11 μg/l; nickel - 2.76 μg/l; copper - 26.67 μg/l; zinc - 482.1 μg/l; arsenic - 10.09 μg/l; selenium - 32.84 μg/l; strontium - 1275.35 μg/l; cadmium - 0.122 μg/l; thallium - 0.16 μg/l; lead - 2.16 μg/l. Evaluation of the results of the study showed AM excess of nickel, copper, zinc, strontium and lead.

Conclusion. The paper presents regional features of the urine elemental composition in children who permanently reside in Western Urals’ rural and industrial areas. The study results based on the 95 percentile (P95) can be used as approximate reference data as a basis for assessing the risk associated with exposure to metals. The comparative evaluation of the obtained results with the reference concentrations used in Europe, the USA and Canada for national human biomonitoring programs was carried out.

Введение. Элементный состав мочи является актуальным и востребованным показателем в медико-биологических, биомониторинговых исследованиях по оценке степени контаминантной нагрузки биосред и рисков здоровью населения.

Материал и методы. Cодержание 12 элементов (V, Cr, Mn, Ni, Сu, Zn, As, Se, Sr, Cd, Tl, Pb) в моче неэкспонированных детей сельского поселения и промышленного региона Западного Урала (n = 100 и n = 57 соответственно, средний возраст < 6 лет) определено методом ИСП-МС на квадрупольном масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой Agilent 7500cx (Agilent Technologies, USA) с октопольной реакционно/столкновительной ячейкой (ORS). Измерение выполнено в соответствии с разработанной авторами методикой МУК 4.1.3230-14 (ФР.1.31.2014.17064). Образцы мочи напрямую проанализированы после разведения 1/10 (V/V) 1% раствором азотной кислоты.Правильность результатов подтверждена анализом стандартных образцов мочи SERONORMTM urine (Норвегия). Результаты представлены в виде базовых статистических показателей: минимальное и максимальное значение, среднее арифметическое (АM), среднее геометрическое (GM), 5-й, 50-й, 95-й перцентили, и интерпретированы с учётом современных международных требований.

Результаты. В неэкспонированной группе детей среднее арифметическое (АM) составляет для ванадия 0,68 мкг/л; хрома – 1,91 мкг/л; марганца – 0,96 мкг/л; никеля – 1,84 мкг/л; меди – 13,28 мкг/л; цинка – 270,56 мкг/л; мышьяка – 18,99 мкг/л; селена – 22,55 мкг/л; стронция – 239,09 мкг/л; кадмия – 0,12 мкг/л; таллия – 0,16 мкг/л; свинца – 0,83 мкг/л.В группе детей промышленной территории среднее арифметическое составляет для ванадия 0,72 мкг/л; хрома – 2,13 мкг/л; марганца – 1,11 мкг/л; никеля – 2,76 мкг/л; меди – 26,67 мкг/л; цинка – 482,1 мкг/л; мышьяка – 10,09 мкг/л; селена – 32,84 мкг/л; стронция – 1275,35 мкг/л; кадмия – 0,122 мкг/л; таллия – 0,16 мкг/л; свинца – 2,16 мкг/л. Оценка результатов исследования по АМ показала превышение содержания никеля, меди, цинка, стронция и свинца.

Заключение. Выявлены региональные особенности элементного состава мочи детей сельских и промышленных районов, постоянно проживающих на территории Западного Урала. Результаты исследования на основе 95-го перцентиля (P95) могут быть использованы как оценочные критериальные величины при интерпретации данных биомониторинга для оценки риска, связанного с воздействием металлов в условиях экспозиции. Произведена сравнительная оценка полученных результатов с референтными концентрациями, используемыми в странах Европы, США и Канады при проведении национальных программ по биомониторингу человека (БМЧ).

ICP-MSreaction/collision cell (ORS technology)internal standardessential and toxic elementschildrenИСП-мСреакционная/столкновительная ячейка (ORS)внутренний стандартэссенциальные и токсичные элементыдетимочаBevan R., Jones K, Cocker J., Assem F.L., Levy L.S. Reference ranges for key biomarkers of chemical exposure within the UK population. Int. J. Hyg. Environ. Health. 2012; 216(2): 170–4. https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2012.03.005Bevan R., Jones K, Cocker J., Assem F.L., Levy L.S. Reference ranges for key biomarkers of chemical exposure within the UK population. Int. J. Hyg. Environ. Health. 2012; 216(2): 170-4. https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2012.03.005CDC. Fourth National Report on Human Exposure to Environmental Chemicals. Atlanta, Georgia; 2005.WHO. Human biomonitoring: facts and figures. Copenhagen; 2015.Egorov A.I., Il’chenko I.N., Lyapunov S.M., Marochkina E.B., Okina O.I., Ermolaev B.V., et al. Application of a standardized human biomonitoring methodology to assess prenatal exposure to mercury. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2014; 93(5): 10–8. (in Russian)Егоров А.И., Ильченко И.Н., Ляпунов С.М., Марочкина Е.Б., Окина О.И., Ермолаев Б.В. и соавт. Применение стандартизированной методологии биомониторинга человека для оценки пренатальной экспозиции к ртути. Гигиена и санитария. 2014; 93(5): 10-8.Ivanenko N.B., Ganeev A.A., Solov’ev N.D., Moskvin L.N. Determination of trace elements in biological fluids. Zhurnal analiticheskoy khimii. 2011; 66(9): 784–99.Иваненко Н.Б., Ганеев А.А., Соловьев Н.Д., Москвин Л.Н. Определение микроэлементов в биологических жидкостях. Журнал аналитической химии. 2011; 66(9): 900-15.Hays S.M., Aylward L.L., Lakind J.S., Bartels M.J., Barton H.A., Boogaard P.J., et al. Biomonitoring equivalents expert workshop. Guidelines for the derivation of biomonitoring equivalents: report from the biomonitoring equivalents expert workshop. Regul. Toxicol. Pharmacol. 2008; 51(3 Suppl.): S4–15. https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2008.05.004Hays S.M., Aylward L.L., Lakind J.S., Bartels M.J., Barton H.A., Boogaard P.J., et al. Biomonitoring equivalents expert workshop. Guidelines for the derivation of biomonitoring equivalents: report from the biomonitoring equivalents expert workshop. Regul. Toxicol. Pharmacol. 2008; 51(3 Suppl.): S4-15. https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2008.05.004Hays S.M., Nordberg M., Yager J.W., Aylward L.L. Biomonitoring Equivalents (BE) dossier for cadmium (Cd) (CAS No. 74440-43-9). Regul. Toxicol. Pharmacol. 2008; 51(3 Suppl.): S49–S56. https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2008.05.008Hays S.M., Nordberg M., Yager J.W., Aylward L.L. Biomonitoring Equivalents (BE) dossier for cadmium (Cd) (CAS No. 74440-43-9). Regul. Toxicol. Pharmacol. 2008; 51(3 Suppl.): S49-S56. https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2008.05.008Angerer J., Ewers U., Wilhelm M. Human biomonitoring: state of the art. Int. J. Hyg. Environ. Health. 2007; 210(3-4): 201–28. https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2007.01.024Angerer J., Ewers U., Wilhelm M. Human biomonitoring: state of the art. Int. J. Hyg. Environ. Health. 2007; 210(3-4): 201-28. https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2007.01.024Schulz C., Wilhelm M., Heudorf U., Kolossa-Gehring M. Update of the reference and HBM values derived by the German Human Biomonitoring Commission. Int. J. Hyg. Environ. Health. 2011; 215(1): 26–35. https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2011.06.007Schulz C., Wilhelm M., Heudorf U., Kolossa-Gehring M. Update of the reference and HBM values derived by the German Human Biomonitoring Commission. Int. J. Hyg. Environ. Health. 2011; 215(1): 26-35. https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2011.06.007Ewers U., Krause C., Schulz C., Wilhelm M. Reference values and human biological monitoring values for environmental toxins. Report on the work and recommendations of the Commission on Human Biological Monitoring of the German Federal Environmental Agency. Int. Arch. Occup. Environ. Health. 1999; 72(4): 255–60. https://doi.org/10.1007/s004200050369Ewers U., Krause C., Schulz C., Wilhelm M. Reference values and human biological monitoring values for environmental toxins. Report on the work and recommendations of the Commission on Human Biological Monitoring of the German Federal Environmental Agency. Int. Arch. Occup. Environ. Health. 1999; 72(4): 255-60. https://doi.org/10.1007/s004200050369Saravanabhavan G., Werry K., Walker M., Haines D., Malowany M., Khoury C. Human biomonitoring reference values for metals and trace elements in blood and urine derived from the Canadian Health Measures Survey 2007–2013. Int. J. Hyg. Environ. Health. 2017; 220(2 Pt. A): 189–200. https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2016.10.006Saravanabhavan G., Werry K., Walker M., Haines D., Malowany M., Khoury C. Human biomonitoring reference values for metals and trace elements in blood and urine derived from the Canadian Health Measures Survey 2007-2013. Int. J. Hyg. Environ. Health. 2017; 220(2 Pt. A): 189-200. https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2016.10.006Gileva O.V., Ulanova T.S., Veykhman G.A., Nedoshitova A.V., Stenno E.V. Methodical assurance of the assessment of toxic and essential elements in human biological matrices. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2016; 95(1): 116–21. https://doi.org/10.18821/00169900-2016-95-1-116-121 (in Russian)Гилева О.В., Уланова Т.С., Вейхман Г.А., Недошитова А.В., Стенно Е.В. Методическое обеспечение определения токсичных и эссенциальных элементов в биологических средах человека для задач социально-гигиенического мониторинга и биомедицинских исследований. Гигиена и санитария. 2016; 95(1): 116-21. https://doi.org/10.18821/00169900-2016-95-1-116-121Ulanova T.S., Nurislamova T.V., Karnazhitskaya T.D., Gileva O.V. Methodical peculiarities and guidelines for the determination of chemical compounds and elements in the biological matrices. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2016; 95(1): 112–6. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2016-95-1-112-116 (in Russian)Уланова Т.С., Нурисламова Т.В., Карнажицкая Т.Д., Гилева О.В. Методические особенности определения химических соединений и элементов в биологических средах. Гигиена и санитария. 2016; 95(1): 112-6. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2016-95-1-112-116Tietz Clinical Guide to Laboratory Tests. St. Louis: W.B. Saunders Company; 2006.ALS Scandinavia. Reference data. Biomonitoring. Trace Elements in human biological material; 2014. Available at: https://www.alsglobal.se/media-se/pdf/reference_data_biomonitoring_120710.pdfAssociated Regional & University Pathologists. ARUP User Guide. Salt Lake City; 2004-2005.Kaletina N.I. Toxicological Chemistry. Metabolism and Analysis of Toxicants [Toksikologicheskaya khimiya. Metabolizm i analiz toksikantov]. Moscow: GEOTAR-Media; 2008. (in Russian)Калетина Н.И. Токсикологическая химия. Метаболизм и анализ токсикантов. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2008Report on Human Biomonitoring of Environmental Chemicals in Canada. Results of the Canadian Health Measures Survey Cycle 1 (2007-2009; 2010). Available at: https://www.canada.ca/content/dam/hc-sc/migration/hc-sc/ewh-semt/alt_formats/hecs-sesc/pdf/pubs/contaminants/chms-ecms/report-rapport-eng.pdfNHANES, Centers for Disease Control and Prevention. National Health and Nutrition Examination Survey. Fourth National Exposure Report, Updated Tables; 2017. Available at: https://www.cdc.gov/biomonitoring/pdf/FourthReport_UpdatedTables_Volume1_Jan2017.pdfVeykhman G.A., Gileva O.V., Stenno E.V., Ulanova T.S. Determination of toxic and essential elements in urine by inductively coupled plasma-mass spectrometry. Sovremennye tekhnologii v meditsine. 2016; 8(3): 120–5. https://doi.org/10.17691/stm2016.8.3.14 (in Russian)Вейхман Г.А., Гилева О.В., Стенно Е.В., Уланова Т.С. Определение токсичных и эссенциальных элементов в моче масс-спектрометрическим методом с индуктивно связанной плазмой. Современные технологии в медицине. 2016; 8(3): 120-5. https://doi.org/10.17691/stm2016.8.3.14Heitland P., Köster H.D. Biomonitoring of 30 trace elements in urine of children and adults by ICP-MS. Clin. Chim. Acta. 2006; 365(1-2): 310–8. https://doi.org/10.1016/j.cca.2005.09.013Heitland P., Köster H.D. Biomonitoring of 30 trace elements in urine of children and adults by ICP-MS. Clin. Chim. Acta. 2006; 365(1-2): 310-8. https://doi.org/10.1016/j.cca.2005.09.013Roca M., Sanchez A., Perez R. et al. Biomonitoring of 20 elements in urine of children. Levels and predictors of exposure. Chemospher. 2016; 144: 1698-1705.Alimonti A., Bocca B., Mannella E., Petrucci F., Zennaro F., Cotichini R., et al. Assessment of reference values for selected elements in a healthy urban population. Ann. Ist. Super Sanita. 2005; 41(2): 181–7.Alimonti A., Bocca B., Mannella E., Petrucci F., Zennaro F., Cotichini R., et al. Assessment of reference values for selected elements in a healthy urban population. Ann. Ist. Super Sanita. 2005; 41(2): 181-7.Società Italiana Valori di Riferimento (SIVR). 4° Lista dei Valori di Riferimento per Elementi, Composti Organici e Loro Metaboliti Edizione 2011; SIVR: Siena, Italy, 2011. www.valoridiriferimento.itKolossa-Gehring M., Becker K., Conrad A., Schröter-Kermani C., Schulz C., Seiwert M. Environmental surveys, specimen bank and health related environmental monitoring in Germany. Int. J. Hyg. Environ. Health. 2012; 215(2): 120–6. https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2011.10.013Kolossa-Gehring M., Becker K., Conrad A., Schröter-Kermani C., Schulz C., Seiwert M. Environmental surveys, specimen bank and health related environmental monitoring in Germany. Int. J. Hyg. Environ. Health. 2012; 215(2): 120-6. https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2011.10.013