Hygiene and SanitationHygiene and SanitationГигиена и санитария0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman63967910.47470/0016-9900-2020-99-6-610-617HYGIENE OF CHILDREN AND ADOLESCENTSГИГИЕНА ДЕТЕЙ И ПОДРОСТКОВScreening and post-screening of air pollution markers in mixed saliva of preschool childrenСкрининг и пост-скрининг маркеров загрязнения атмосферного воздуха в пробах слюны детей дошкольного возрастаhttps://orcid.org/0000-0003-0170-3085KhripachLudmila V.ХрипачЛюдмила Васильевна
Russian Federation

MD, Ph.D., DSci., head of the laboratory of biochemical and molecular genetics methods, Centre for Strategic Planning, Federal Medical Biological Agency of Russia.

e-mail: LKhripach@csp

Доктор биол. наук, зав. лаб. биохимических и молекулярно-генетических методов исследования ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» ФМБА России, 119121, Москва.

e-mail: LKhripach@cspmz.ru

LKhripach@cspmz.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5279-5018KnyazevaT. D.КнязеваТ. Д.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0001-9339-9310ZheleznyakE. V.ЖелезнякЕ. В.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0002-4652-1755MakovetskayaA. K.МаковецкаяА. К.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0002-4622-8110KoganovaZ. I.КогановаЗ. И.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0003-4319-7192BudarinaO. V.БударинаО. В.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0003-3505-8344SabirovaZ. F.СабироваЗ. Ф.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0002-2262-6800IngelF. I.ИнгельФ. И.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0002-8386-911XDeminaN. N.ДеминаН. Н.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0002-6181-4628LebedevaN. V.ЛебедеваН. В.
Russian Federation
Centre for Strategic Planning and Management of Biomedical Health Risks of the Federal Medical Biological AgencyФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» ФМБА России1506202099661061725102024Copyright ©; 2024, Khripach L.V., Knyazeva T.D., Zheleznyak E.V., Makovetskaya A.K., Koganova Z.I., Budarina O.V., Sabirova Z.F., Ingel F.I., Demina N.N., Lebedeva N.V.Copyright ©; 2024, Хрипач Л.В., Князева Т.Д., Железняк Е.В., Маковецкая А.К., Коганова З.И., Бударина О.В., Сабирова З.Ф., Ингель Ф.И., Демина Н.Н., Лебедева Н.В.2024Khripach L.V., Knyazeva T.D., Zheleznyak E.V., Makovetskaya A.K., Koganova Z.I., Budarina O.V., Sabirova Z.F., Ingel F.I., Demina N.N., Lebedeva N.V.Хрипач Л.В., Князева Т.Д., Железняк Е.В., Маковецкая А.К., Коганова З.И., Бударина О.В., Сабирова З.Ф., Ингель Ф.И., Демина Н.Н., Лебедева Н.В.https://journals.eco-vector.com/0016-9900/article/view/639679

Introduction. salivary diagnostics is a promising area that requires further research.

The aim of the study. The two-stage study is aimed at identifying reliable biochemical and immunological markers of the influence of atmospheric air pollution in saliva samples in preschool children.

Material and methods. Mixed saliva samples were taken from 112 children aged 5-7 years in 6 kindergartens located at distances of 1.7-5.9 km from the complex of agricultural processing enterprises. At the screening stage, the intensity of luminol-dependent chemiluminescence (LC), levels of secretory IgA (sIgA), IL-8, uric acid, activities of α-amylase, and lysosomal enzyme N-acetyl-β-d-glucosaminidase (NAG) were determined in saliva samples; at the post-screening stage, IL-1b and IL-6 were added.

Results. In children at the screening stage only those markers that can be considered as indirect signs of phagocyte activation were associated with exposure levels to industrial zone emissions by significant equations: CL (y=6.98-0.17 x; p=7.2*10-9); IL-8 (y=776.2-83.2 x; p=3*10-4); NAG (y=13.94-0.93 x; p=0.037). To check whether this coincidence is random, we selected two additional markers in the form of functional “fork”: IL-1β (leukocyte pyrogen) and IL-6 (cofactor of B-lymphocyte differentiation). Methods of regression, correlation, and cluster analysis confirmed all 4 “phagocytic” markers significantly to increase along the gradient of industrial emissions and form a single cluster, cross-linked with significant correlation coefficients. IL-6 saliva content was associated with exposure levels by a rise-fall relationship, and, contrary to conventional beliefs, had no connection with sIgA content. The last finding may be related to the lack of ability of IL-6 and defensins to induce sIgA in mice [Boyaka et al., 2001].

Conclusion. The survey results suppose that emission gradient from the industrial zone contains PM and does not contain haptens or immunotoxic compounds. Post-screening can be a useful technique when using saliva samples as insufficiently studied objects.

Введение. Неинвазивная диагностика с использованием проб смешанной слюны является перспективным направлением, которое требует дальнейших исследований. Данное двухэтапное исследование направлено на выявление достоверных биохимических и иммунологических маркеров влияния загрязнений атмосферного воздуха в пробах слюны детей дошкольного возраста.

Материал и методы. Пробы смешанной слюны были отобраны у 112 детей 5-7 лет из 6 детских садов, расположенных на расстояниях 1,7-5,9 км от комплекса предприятий по переработке сельскохозяйственной продукции. На этапе скрининга в пробах слюны определяли интенсивность люминол-зависимой хемилюминесценции (ЛЗХЛ), содержание секреторного IgA (sIgA), ИЛ-8, мочевой кислоты, активность α-амилазы и лизосомального фермента N-ацетил-β-D-глюкозаминидазы (NAG); на этапе пост-скрининга - содержание ИЛ-1β и ИЛ-6.

Результаты. Скрининг показал, что только те маркеры, которые можно рассматривать как косвенные признаки активации фагоцитов, связаны с уровнями экспозиции детей выбросами промзоны достоверными уравнениями: ЛЗХЛ (y = 6,98-0,17x; p = 7,2 • 10-9); ИЛ-8 (y = 776,2-83,2x; p = 3 • 10-4); NAG (y = 13,94-0,93x; p = 0,037). Чтобы проверить, не является ли это совпадение случайным, было подобрано еще 2 показателя в виде функциональной «вилки»: ИЛ-1β (лейкоцитарный пироген) и ИЛ-6 (кофактор дифференцировки В-лимфоцитов). Методами регрессионного, корреляционного и кластерного анализа подтверждено, что все 4 «фагоцитарных» маркера достоверно увеличиваются по мере приближения детских садов к промзоне и образуют единый кластер, перешитый достоверными коэффициентами взаимной корреляции. Содержание ИЛ-6 было связано с уровнями экспозиции зависимостью подъем-спад и вопреки общепринятым представлениям не имело никакой связи с содержанием sIgA. Полученные данные, возможно, имеют отношение к отсутствию способности ИЛ-6 и дефензинов индуцировать sIgA у мышей [Boyaka et al., 2001].

Заключение. Результаты обследования свидетельствуют о том, что градиент выбросов промзоны содержит взвешенные вещества и не содержит гаптенов или иммунотоксичных соединений. Пост-скрининг может оказаться полезным приемом при использовании проб слюны как недостаточно изученного объекта.

outdoor air pollutionchildrenmixed salivaluminol-enchanced chemiluminescenceIL-1βL-6IL-8sIgAexposition-response relationshipsзагрязнение атмосферного воздухадетисмешанная слюналюминол-зависимая хемилюминесценцияИЛ-1βИЛ-6ИЛ-8секреторный IgAзависимость «экспозиция - эффект»Miller C.S., Foley J.D., Bailey A.L., Campell C.L., Humphries R.L., Christodoulides N. et al. Current developments in salivary diagnostics. Biomark Med. 2010; 4 (1): 171–89.Pfaffe T., Cooper-White J., Beyerlein P., Kostner K., Punyadeera T. Diagnostic potential of saliva: current state and future applications. Clin Chem. 2011; 57 (5): 675–87.Roi A., Rusu L.C., Roi C.I., Luca R.E., Boia S., Munteanu R.I. A new approach for the diagnosis of systemic and oral diseases based on salivary biomolecules. Dis Markers. 2019; 4: 1–11.Chatterton R.T., Vogelsong K.M., Lu Y.C., Ellman A.B., Hudgens G.A. Salivary alpha-amylase as a measure of endogenous adrenergic activity. Clin Physiol. 1996; 16 (4): 433–48.Nater U.M., Rohleder N. Salivary alpha-amylase as a noninvasive biomarker for the sympathetic nervous system: current state of research. Psychoneuroendocrinology. 2009; 34: 486–96.Tananska V.T. Salivary α-amylase and chromogranin A in anxiety-related research. Folia Med. 2014; 56 (4): 233–6.Rohleder N., Nater U.M., Wolf J.M., Ehlert U., Kirschbaum C. Psychosocial stress-induced activation of salivary alpha-amylase. Ann NY Acad Sci. 2004; 1032: 258–63.Yakushenko N.L., Kopeyka U.E., Nagobadze D.T., Mihelson M.O. Changes of salivary alpha amylase as an indicator of adrenergic activity in response to laryngoscopy and endotracheal intubation. Anesteziologiya i reanimatologiya. 2011; 3: 29–33. (in Russian)Якушенко Н.Л., Нагобадзе Д.Т., Копейка У.Э., Михельсон М.О. Изменение активности а-амилазы слюны как индикатор адренергической активности во время ларингоскопии и интубации трахеи. Анестезиология и реаниматология. 2011; 3: 29–33.Byrne M.L., O’Brien-Simpson N.M., Reynolds E.C., Walsh K.A., Laughton K., Waloszek J.M. et al. Acute phase protein and cytokine levels in serum and saliva: a comparison of detectable levels and correlations in a depressed and healthy adolescent sample. Brain Behav Immun Health. 2013; 34: 164–75.Riis J.L., Granger D.A., DiPietro J.A., Bandeen-Roche K., Johnson S.B. Salivary cytokines as a minimally-invasive measure of immune functioning in young children: correlates of individual differences and sensitivity to laboratory stress. Dev Psychobiol. 2015; 57 (2): 153–67.La Fratta I., Tatangelo R., Campagna G., Rizzuto A., Franceschelli S., Ferrone A. et al. The plasmatic and salivary levels of IL-1β, IL-18 and IL-6 are associated to emotional difference during stress in young male. Sci Rep. 2018; 8 (1): 3031. https://doi.org/10.1038/s41598-018-21474-yWilliamson S., Munro C., Pickler R., Grap M.J., Elswick R.K. Comparison of biomarkers in blood and saliva in healthy adults. Nurs Res Pract. 2012; 246178. https://doi.org/10.1155/2012/246178Cox A.J., Pyne D.B., Gleson M., Callister R. Resting plasma and salivary IL-6 concentrations are not correlated in distance runners. Eur J Appl Physiol. 2008; 103 (4): 477–9. https://doi.org/10.1007/s00421-008-0722-xCullen T., Thomas A.W., Webb R., Hughes M.G. The relationship between interleukin-6 in saliva, venous and capillary plasma, at rest and in response to exercise. Cytokine. 2015; 71 (2): 397–400.Chiappin S., Antonelli G., Gatti R., Elio F. Saliva specimen: a new laboratory tool for diagnostic and basic investigation. Clin Chim Acta. 2007; 383 (1–2): 30–40.Pervanidou P., Kolaitis G., Charitaki S., Margeli A., Ferentinos S., Bakoula C. et al. Elevated morning serum interleukin IL-6 or evening salivary cortisol concentrations predict posttraumatic stress disorder in children and adolescents six months after a motor vehicle accident. Psychoneuroendocrinology. 2007; 32 (8–10): 991–9.Honnamurthy J., Shivashankara A., Avinash S.S., Johnmathai P. Biochemical markers of liver function in smoking and non-smoking alcohol-dependent males. J Clin Diagn Res. 2018; 12 (5): 1–6.Yamaguchi M., Kawabata Y., Hatakeyama T., Kashii Y. Proposal of noninvasive liver function measurement method via saliva. IEEJ Trans Sens Micromachines. 2003; 123 (11): 483–6.Tsujita S., Morimoto K. Secretory IgA in saliva can be a useful stress marker. Env Health Prevent Med. 1999; 4 (1): 1–8.Budarina O.V., Molkov Yu.N., Ponomareva O.Yu., Ulyanova A.V. Immumologic methods for assessing health in exposure to ambient air pollution. Gigiena i sanitariya [Hygiene and Sanitation, Russian journal]. 2014; 93 (2): 31–3. (in Russian)Бударина О.В., Мольков Ю.Н., Пономарева О.Ю., Ульянова А.В. Иммунологические методы оценки здоровья при воздействии загрязнения атмосферного воздуха. Гигиена и санитария. 2014; 93 (2): 31–3.Yu Y., Yu Z., Sun P., Lin B., Li L., Wang Z. et al. Effects of ambient air pollution from municipal solid waste landfill on children’s non-specific immunity and respiratory health. Environ Pollut. 2018; 236: 382–90.Byakhova M.M., Sycheva L.P., Zhurkov V.S., Gelshtein V.S., Sukhareva I.V., Shishkina L.I. et al. Karyological and immunological parameters in children under conditions of varying ambient air pollution. Gigiena i sanitariya [Hygiene and Sanitation, Russian journal]. 2010; 3: 9–11. (in Russian)Бяхова М.М., Сычева Л.П., Журков В.С., Гельштейн В.С., Сухарева И.В., Шишкина Л.И. и соавт. Кариологические и иммунологические показатели у детей в условиях различного загрязнения атмосферного воздуха. Гигиена и санитария. 2010; 3: 9–11.Khripach L.V., Кnyazeva Т.D., Zheleznyak E.V., Makovetskaya A.K., Кoganova Z.I., Budarina O.V. et al. Adaptive changes of biochemical and immunological markers in mixed saliva of preschool children exposed to air pollutants. Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i fundamental’nykh issledovaniy. 2019; 6: 68–73. (in Russian)Хрипач Л.В., Князева Т.Д., Железняк Е.В., Маковецкая А.К., Коганова З.И., Бударина О.В. и соавт. Адаптивные изменения биохимических и иммунологических показателей смешанной слюны при воздействии загрязнений атмосферного воздуха на детей дошкольного возраста. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2019; 6: 68–73.Pokrovskij A.A., Kravchenko L.V., Tutel’jan V.A. The effect of aflatoxin and mitomycin C on the activity of lysosomal enzymes. Biokhimiya [Biochemistry]. 1971; 36 (4): 690–6. (in Russian)Покровский А.А., Кравченко Л.В., Тутельян В.А. Влияние афлатоксина и митомицина С на активность лизосомальных ферментов. Биохимия. 1971; 36 (4): 690–6.Khripach L.V. The use of free radical methods to assess the effect of polychlorinated dioxins and furans on the health status of the population. Gigiena i sanitariya [Hygiene and Sanitation, Russian journal]. 2002; 2: 72–6. (in Russian)Хрипач Л.В. Применение свободнорадикальных методов для оценки влияния полихлорированных диоксинов и фуранов на состояние здоровья населения. Гигиена и санитария. 2002; 2: 72–6.Thomas E.L., Jefferson M.M., Joyner R.E., Cook G.S., King C.C. Leukocyte myeloperoxidase and salivary lactoperoxidase: identification and quantitation in human mixed saliva. J Dental Res. 1994; 73 (2): 544–55.Kou F., Takahama U. Hydrogen peroxide induced luminescence and evolution of molecular oxygen in human saliva. Arch Oral Biol. 1995; 40 (1): 15–22.Acquier A.B., De Couto Pita A.K., Busch L., Sanchez G.A. Parameters of oxidative stress in saliva from patients with aggressive and chronic periodontitis. Redox Report. 2017; 22 (3): 119–26.Ramamurthy J., Jayakumar N.D., Varghese S. Comparison of salivary beta-glucuronidase activity in chronic periodontitis patients with and without Diabetes Mellitus. J Clin Diagnost Res. 2014; 8 (6): ZC19–ZC21.Hirano T., Akira S., Taga T., Kishimoto T. Biological and clinical aspects of interleukin 6. Trends Immunol. 1990; 11 (12): 443–9.Kishimoto T. IL-6 – from laboratory to bedside. Clin Rev Allerg Immun. 2005; 28 (3): 177–85.Cobzac S.C., Casoni D., Balabanova B., Ruzdik N.M. Ultraviolet-visible spectroscopy and cluster analysis as a rapid tool for classification of medicinal plants. Studia UBB Chemia. 2019; 64 (4): 191–203.Khan H.L., Bhatti S., Abbas S., Khan Y.L., Gonzalez R.M. et al. Longer trinucleotide repeats of androgen receptor are associated with higher testosterone and low oxytocin levels in diabetic premature ejaculatory dysfunction patients. Basic Clin Androl. 2018; 28: 3. https://doi.org/10.1186/s12610-018-0068-0Xu S.J., Xie Y.P., Xu C.X. Routine classification of food pathogens Staphylococcus and Salmonella by ATR-FT-IR spectroscopy. Spectroscopy. 2011; 26 (1): 53–8.Rachev N. Students’ concepts of intelligence: prototypes and implicit theories. Bulg J Psychol. 2009; 1: 1–10.Papanicolaou D.A., Vgontzas A.N. Interleukin-6: the endocrine cytokine. J Clin Endocrinol Metab. 2000; 85: 1331–3.Rotter V., Nagaev I., Smith U. Interleukin-6 induces insulin resistance in 3T3-L1 adipocytes and is, like IL-8 and Tumor Necrosis Factor-α, overexpressed in human fat cells from insulin-resistant subjects. J Biol Chem. 2003; 278 (46): 45777–84.Nielsen A.R., Pedersen B.K. The biological roles of exercise-induced cytokines IL-6, IL-8 and IL-15. Appl Physiol Nutr Metab. 2007; 32 (5): 833–9.Nava-Castro K.E., Méndez-García L.A., Solleiro-Villavicencio H., Morales-Montor J. The cytokine Interleukin 6 (IL-6) as a neural and endocrine regulator. Adv Neuroimm Biol. 2018; 7 (11): 1–14.Formanek M., Knerer B., Temmel A., Thurner D., Millesi W., Kornfehl J. Oral keratinocytes derived from the peritonsillar mucosa express the proinflammatory cytokine IL-6 without prior stimulation. J Oral Pathol Med. 1998; 27: 202–6.Winkler O., Hadnagy W., Idel H. Cytokines detectable in saliva of children as appropriate markers of local immunity of the oral cavity – an approach for the use in air pollution studies. Int J Hyg Environ Health. 2001; 204: 181–4.Knerer B., Formanek M., Temmel A., Martinek H., Schickinger B., Kornfehl J. The role of fibroblasts from oropharyngeal mucosa in producing proinflammatory and mitogenic cytokines without prior stimulation. Eur Arch Otorhinolaryngol. 1999; 256: 266–70.Cvikl B., Lussi A., Moritz A., Sculean A., Gruber R. Sterile-filtered saliva is a strong inducer of IL-6 and IL-8 in oral fibroblasts. Clin Oral Investig. 2015; 19 (2): 385–99.Tamassia N., Bianchetto-Aguilera F., Arruda-Silva F., Gardiman E., Gasperini S. et al. Cytokine production by human neutrophils: Revisiting the “dark side of the moon”. Eur J Clin Invest. 2018; 48 (Suppl 2): e12952. https://doi.org/10.1111/eci.12952Boyaka P.N., Marinaro M., Jackson R.J., Menon S., Kiyono H. et al. IL-12 is an effective adjuvant for induction of mucosal immunity. J Immunol. 1999; 162: 122–8.Boyaka P.N., McGhee J.R., Czerkinsky C., Mestecky J. Mucosal vaccines: an overview. In: Mestecky J., Lamm M.E. et al., eds. Mucosal immunology: 3rd edit. Elsevier Science: Academic Press; 2005: 855–74.Boyaka P.N., McGhee J.R. Cytokines as adjuvants for the induction of mucosal immunity. Adv Drug Deliv Rev. 2001; 51 (1–3): 71–9.