Рискометры и маркеры ускоренного старения
- Авторы: Савченко О.А.1,2, Новикова И.И.1, Плотникова О.В.3, Савченко О.А.3
-
Учреждения:
- ФБУН «Новосибирский НИИ гигиены» Роспотребнадзора
- БУЗОО «Территориальный центр медицины катастроф» Министерства здравоохранения Российской Федерации
- ФГБОУ ВО «Омский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации
- Выпуск: Том 4, № 1 (2024)
- Страницы: 17-29
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.eco-vector.com/2782-3024/article/view/631946
- DOI: https://doi.org/10.61634/2782-3024-2024-13-17-29
- ID: 631946
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Цель исследования – провести анализ научных исследований по установлению рискометров и маркеров старения, для принятия комплекса мер по профилактике ускоренного старения и развития профессиональных заболеваний у трудового контингента, в том числе с использованием моделей на лабораторных животных. Материал и методы: аналитические, токсикологические, гигиенические и статистические методы исследования. Объектом исследования явились результаты собственных оригинальных исследований по изучению влияния факторов производственной среды (вибрация, шум, 4-х компонентная смесь углеводородов) на организмах модельных животных, а также опубликованный материал научных исследований по установлению рискометров и маркеров старения. Результаты и их обсуждение. В исследовании определена прямая зависимость между полом, возрастом и длительностью воздействия факторов производственной среды на модельные организмы, подвергнутые 90- дневному воздействию факторов производственной вредности, что позволило установить рискометры и маркеры преждевременного старения у животных опытных групп, в сравнении с группой контроля. Полученные опытным путём результаты будут способствовать принятия мер по здоровьесбережению трудового контингента. Выводы. Определена ведущая роль своевременного принятия комплекса здоровьесберегающих мер по предупреждению развития профессиональных заболеваний у трудового контингента, на основе установленных рискометров и маркеров ускоренного старения с использованием организмов модельных животных.
Полный текст
Введение. Актуальность исследования предопределена национальными целями и стратегическими задачами развития страны на период до 2030 года, связанными с повышением качества и продолжительности активной жизни трудового контингента Российской Федерации (РФ), то есть системой материальных, социокультурных, экологических и демографических компонентов, в целях обеспечения национальной и государственной безопасности [1].
Современная демографическая ситуация, определяющая процесс старения населения страны, ведет к трансформации демографической структуры российского общества, изменению рынка труда и структуры занятости, потребительского спроса на товары и услуги, росту государственных затрат на социальное обеспечение населения. Возрастные коэффициенты смертности сформировали специфические особенности постарения российского населения, связанные не только с увеличением доли пожилых (по календарному возрасту) людей вследствие снижения рождаемости, но и с биологическим постарением лиц, формально не относящихся к категории пожилых, то есть со снижением трудового потенциала не только за счет численности, но и за счет качественного состояния здоровья населения [2].
РФ входит в число пятидесяти государств планеты с худшими значениями по большинству индикаторов старения населения (доля населения старше 65 лет, средний возраст населения, ожидаемая продолжительность жизни, коэффициент демографической нагрузки и т.п.) и определяющих его факторов (в том числе, общий и суммарный коэффициенты рождаемости и т.п.) [3].
Проблемы ускоренного старения трудовых ресурсов в РФ характеризуются увеличением среднего возраста рабочего и количества пожилых рабочих, наличием категорий работ, где отмечается ускоренное профессиональное старение, прекращение труда до наступления пенсионного возраста, связанное с несоответствием требований, предъявляемых к профессии, и снижением функциональных возможностей ускоренно стареющего организма. Отмечается устойчивая тенденция к снижению уровня воздействия факторов производственной среды и трудового процесса на работников, при этом основной вклад в формирование профессиональной патологии вносят физические воздействия (42,17%) и биологические факторы (26,28 %), доля которых существенно возросла в связи с пандемией COVID-19. Кроме того, современный уровень развития промышленности в РФ и введение в строй новых производственных объектов ведет к увеличению контингента лиц, подвергающихся воздействию факторов риска на производстве [4]. Это требует необходимости научного обоснования и разработки мероприятий направленных на профилактику заболеваний, связанных с профессией, в т.ч. у работающих на вредных производствах, а также внедрения дополнительных и совершенствование существующих профилактических мероприятий [5].
Старение является сложным и многофакторным процессом, который характеризуется накоплением дегенеративных процессов в ответ на множественные изменения на молекулярном, клеточном и тканевом уровнях. Эти изменения и повреждения подвергают опасности нормальное функционирование клеток и тканей организма. Как таковой процесс старения является абсолютным фактором риска (ФР) развития практически всех не связанных между собой видов патологии: сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ), рака, диабета, неврологических болезней [6].
Длительный (хронический), в том числе и профессиональный стресс, запускает и ускоряет процессы преждевременного (ускоренного) старения органов и систем человеческого организма, приводящие к изменению его биологического возраста.
Процесс старения представляет собой затянувшийся хронический стресс, который приводит к полному истощению единой гуморальной защитной системы (ЕГЗС) [7]. Кроме того, на преждевременное старение и преждевременную смертность населения от приобретенных неинфекционных заболеваний (НИЗ) влияют профессиональные, социально-экономические, поведенческие, генетические факторы, и факторы окружающей среды, которые провоцируют риски развития и прогрессирования различных заболеваний [8]. Скребневой А.В. с соавторами, установлено, что жизнеспособность органов и систем организма человека более точно определяет биологический возраст (БВ), а не календарный возраст (КВ) [9]. К механизмам, раскрывающим процесс старения и развитие профессионально обусловленных заболеваний связанных с ускоренным старением, относят:
- повреждение структуры ДНК;
- изменения в генах и экспрессии некодирующих микроРНК (миРНК);
- генотоксичность; оксидативный стресс; укорочение теломер.
Для объяснения феномена старения предложено множество теорий, но ни одна из них не может полностью объяснить механизмы старения на фундаментальном уровне [6].
В настоящее время, выделяют 5 основных теорий старения [8]:
1). Молекулярно-генетическая ‒ спонтанное накопление «вредных» мутаций или же под воздействием внешних факторов (стрессов, инфекций), если мутаций накапливается слишком много, это приводит к гибели клеток.
2). Токсическое воздействие свободных радикалов ‒ избыток свободных радикалов приводит к старению, при этом скорость возрастной деградации зависит от количества фермента ‒ супероксиддисмутазы, нейтрализующего свободные радикалы.
3). Самоуничтожение клеток (апоптоз) ‒ в онтогенезе процессы обновления клеток снижаются, в результате вновь образованных клеток в организме становится меньше, чем погибших, что приводит к развитию старения.
4). Укорочение теломер (длина теломер – один из способов определения биологического возраста) ‒ при каждом делении клеток теломерные участки укорачиваются. В определенный момент длина теломер становится критической, клетки перестают делиться и, в некоторых случаях, отмирают приблизительно после 50 делений и проявляют признаки старения при приближении к этой границе (предел или лимит Леонарда Хейфлика, 1965 г).
5). Нейроэндокринная теория ‒ в результате накопления токсических продуктов обмена в головном мозге, постепенно утрачиваются мозговые функции, так как снижаются уровни многих гормонов, регулирующих функции организма, что постепенно приводит к деградации и старению.
В понимании процесса старения за последние годы исследователями сделаны некоторые выводы, указывающие, что старение представляет собой мультифакторный процесс взаимодействия между биологическими и молекулярными механизмами [10].
В настоящее время, в мировой медицинской практике не существует единого набора биомаркеров, которые было бы легко выявить и применить для корректной оценки естественного или ускоренного старения. Однако, установление таких биомаркеров (параметров и характеристик организма отражающих функциональное состояние организма лучше, чем хронологический возраст) – важнейшая задача, решение которой обеспечило бы возможность анализа состояния здоровья трудового контингента в процессе старения и прогнозирования нарушений на самых ранних этапах их развития [10], особенно в условиях действия факторов производственной вредности на эти процессы (характеристики).
Современными биомаркерами старения являются:
1). Билирубин – тетрапиррол (белок из 4 пиррольных колец, связанных метановыми мостиками), происходящий из гема – составной части гемоглобина. Билирубин изучается как потенциальный биомаркер резистентности к хроническим неинфекционным заболеваниям. По некоторым данным, небольшое увеличение концентрации билирубина в сыворотке крови ассоциируется с пониженным риском смерти от ССЗ. Следовательно, есть все основания полагать, что билирубин в будущем сможет рассматриваться как биомаркер низкого риска развития хронических заболеваний, а также как новый биомаркер здорового старения [11].
2). Конечные продукты гликации (КПГ, или Advanced Glycation End products – AGEs), которые тоже относятся к потенциальным биомаркерам здорового старения. Образование после неферментативного гликирования белковых модификаций – нормальное посттрансляционное изменение, возникающее в результате взаимодействия между глюкозой и белковыми аминогруппами. Данный механизм известен также как реакция Майера. Он приводит к образованию КПГ. Примечательно, что КПГ таких долгоживущих белков, как коллаген, накапливаются при нормальном процессе старения и могут участвовать в развитии ССЗ, заболеваний почек и нейро-дегенеративных изменений непосредственно либо опосредованно – через взаимодействия со своими специфическими AGE-рецепторами [12].
3).Гликирование (неферментативное гликозилирование, реакция Майера) – процесс взаимодействия сахаров с белками или липопротеинами, который приводит к образованию КПГ. Последние могут служить ФР развития множества дегенеративных заболеваний, таких как атеросклероз, хроническая почечная недостаточность и болезнь Альцгеймера, также играют ключевую роль в процессе старения. КПГ влияют практически на все виды клеток организма и рассматриваются как один из ФР развития хронических заболеваний в процессе старения. Считается, что КПГ играют также важную роль в возникновении осложнений со стороны сердечно-сосудистой системы при сахарном диабете (СД) типа 2. Под влиянием определенных патологических условий, например под действием оксидативного стресса, у пациентов с гипергликемией и гиперлипидемией образование КПГ может значительно превышать допустимый уровень. Известно также, что КПГ выступают в роли провоспалительных медиаторов при гестационном СД [12, 13]. Образование и накопление КПГ запускает механизмы развития заболеваний, связанных с процессом старения. КПГ инициируют внутриклеточные повреждения путем образования поперечных (межмолекулярных) связей (cross linking) и вызывают апоптоз, образуют фотосенсибилизаторы в хрусталике глаза, что объясняет их участие в развитии катаракты. Сниженная функция мышечной ткани также ассоциирована с КПГ. КПГ вызывают повышенную проницаемость сосудов, повышение АД, ингибируют сосудистую дилатацию при взаимодействии с оксидом азота (NO), запускают процесс окисления липопротеидов низкой плотности в стенках артерий (главный фактор риска развития атеросклероза), связываются с эндотелиальными и мезангиальными клетками и вызывают секрецию цитокинов, усиливают влияние оксидативного стресса на клетку [14]. Белки подвергаются гликированию под действием остатков лизина. В ядрах клеток располагаются гистоны, наиболее богатые лизином. Рецепторы КПГ (RAGE) обнаруживаются во многих клетках (эндотелиальные клетки, клетки гладкой мускулатуры, иммунной системы) тканей легких, печени и почек. Связывание рецепторов с КПГ приводит к развитию хронических воспалительных заболеваний, сопровождающих процесс старения (атеросклероз, артрит, инфаркт миокарда, нефропатия, ретинопатия, нейропатия и др.). Их патогенез обусловлен активацией ядерного фактора каппа-би (NF-κB) после присоединения КПГ к специфическим рецепторам RAGE. NF-κB, в свою очередь, контролирует экспрессию нескольких генов, отвечающих за воспалительный процесс в организме [15].
4). Кислород очень важен для синтеза биологически активных веществ (например, гормонов и аденозинтрифосфата). Кислород активирует множество внутриклеточных ферментов, вовлекая их в разные стороны жизнедеятельности клетки. Несмотря на то, что кислород – необходимый элемент нормальной жизнедеятельности клетки, активные формы кислорода (АФК) иногда повреждают такие внутриклеточные молекулы, как ДНК и белки (оксидативный стресс). АФК появляются в результате метаболизма, под воздействием ионизирующей радиации и канцерогенов, которые непосредственно взаимодействуют со структурой ДНК и приводят к ее повреждению. В процессе метаболизма небольшая часть кислорода преобразуется в супероксид-анионы (высокотоксичные кислородные радикалы) из-за потери 1 электрона; затем супероксиданион последовательно превращается в кислород и пероксид водорода под действием супероксиддисмутазы (СОД). Пероксид водорода восстанавливается до воды с помощью каталазы или глутатионпероксидазы. Однако если ферменты не справляются со своей функцией, ионы железа (II) окисляются пероксидом водорода с образованием крайне реактивного гидрокcильного радикала, что вызывает разрушение многих органических веществ клетки (реакция Фентона). Гидроксильный радикал образуется также под воздействием на организм ультрафиолетового облучения или ионизирующей радиации. Гидроксильный радикал взаимодействует с липидами, образуя липидный пероксид. NО, известный также как эндотелиальный фактор релаксации (EDRF), образуется с помощью NO-синтетазы. NО и супероксид-анион могут взаимодействовать с образованием цитотоксичного пироксинитрита [16]. В последнее время оксидативный стресс активно изучался. Целями таких исследований являлись расширение знаний о механизмах защиты и взаимосвязи между оксидативным повреждением и процессом старения. Разработано множество методов обнаружения веществ, относящихся к АФК (супероксид-анионы, СОД, глутатионы, глутатионредуктаза, глутатионпероксидаза и др.) [].
5). Оксид азота (NO) - играет роль нейротрансмиттера в отношении нейтрофилов и цитотоксического вещества в активированных макрофагах, взаимодействует с супероксид-анионом с образованием высокотоксичного пироксинитрита, известен также как эндотелиальный фактор релаксации и антиагрегатное вещество. Скорость реакции между NO и супероксиданионом больше таковой при взаимодействии последнего с СОД в 3 раза. Главная роль NO – активация гуанилатциклазы. NO является свободным радикалом, и проявляет высокую нестабильность, все его метаболиты обладают высокой активностью [18-20].
6). Металлотионеины – низкомолекулярные белки, богатые цистеином. Их функция значительно снижена у пожилых людей. Металлотионеины играют жизненно важную роль в цинковой регуляции транскрипции генов, ответственных за рост, пролиферацию, дифференцировку множества клеток, а также за развитие ключевых молекулярных путей, активизирующихся при нервной деятельности. Есть экспериментальные доказательства того, что защитные механизмы, инициированные металлотионеинами, активизируются по мере старения мозга и приводят к смягчению последствий оксидативного и нитративного стресса. Металлотионеины могут также выступать в роли акцепторов свободных радикалов и ингибировать формирование телец Чарноли (Charnoly body), сохраняя таким образом защитную функцию митохондрий и их положительное влияние на защиту нервных клеток в процессе старения головного мозга [21].
7). Модель «эпигенетических часов», дополненная анализом мононуклеарных клеток, выделенных из периферической крови долгожителей и их потомков. представляет собой мультивариантный способ оценки хронологического возраста по уровню метилирования 353 динуклеотидных маркеров, известных также как CpG-островки. Протяженность и структура CpG-островков независимо коррелирует с хронологическим возрастом и смертностью.
8). Молекулярный маркер p16NK4a, известный своей способностью ингибировать циклинзависимую киназную активность. Длительная экспрессия p16NK4a способствует физиологическому старению клетки вследствие угнетения ее регенеративной способности и инициации необратимого ареста клеточного цикла. Однако p16NK4a играет важную роль в поддержании гомеостаза, контролируя супрессию опухолевого роста и биологические процессы старения. Сейчас p16NK4a изучается в разных популяциях с использованием разных видов клеток; результаты исследований в дальнейшем позволят использовать его как один из биомаркеров естественного процесса старения [22].
9). миРНК – одноцепочечные некодирующие молекулы РНК, состоящие из 21–23 нуклеотидов, которые регулируют огромный спектр биологических процессов; они также рассматриваются в качестве маркеров старения.
миРНК вовлечены в ряд биологически значимых процессов (контроль клеточного цикла, апоптоз, процесс дифференцировки стволовых клеток, гематопоэз, гипоксия, развитие скелетной и сердечной мышц, нейрогенез, секреция инсулина, метаболизм холестерина, механизм старения, иммунный ответ и др.). Помимо этого, высокая ткань специфическая экспрессия и регуляция экспрессии в строго определенные временны е интервалы в ходе эмбриогенеза показывают, что миРНК играют ключевую роль в процессах дифференцировки и обеспечения жизнедеятельности различных тканей [22, 23].
К факторам риска (рискометрам позволяющим визуализировать потенциальный риск преждевременного старения трудового контингента с целью его предотвращения) способствующим старению, относят факторы производственной среды, генетические, эпигенетические, патологические и экзогенные факторы:
1). Факторы производственной среды, а также тяжесть и напряжённость трудового процесса:
- химические (ксилол, толуол, свинец, кадмий, кобальт, мышьяк, бензин, ацетон, угарный газ, пестициды, соединения кремния, кальция и углерода, оксиды железа, магния, марганца и др.);
- физические: шум, ультразвук, инфразвук (частота звуковых колебаний, уровень шума), вибрация (частота колебаний и их скорость), неионизирующее излучение (частота электромагнитных излучений), световая среда; коэффициент естественной освещенности;
- биологические (вирусные гепатиты, туберкулез, covid-19 и др.);
2). Генетические и эпигенетические факторы:
- образование свободных радикалов (окислительный стресс);
- накопление повреждений в митохондриальной ДНК (мутации);
- укорочение длины теломер (ограничение числа клеточного деления);
- метилирование и гликозилирование ДНК (модификация молекулы ДНК);
- гиперинсулинемия (нарушение уровней гормона инсулина).
3). Патологические факторы:
- болезнь Альцгеймера (дегенеративное заболевание центральной нервной системы);
- болезнь Паркинсона (поражение экстрапирамидной системы);
- синдром Дауна (хромосомная патология);
- сахарный диабет (нарушение производства или взаимодействия инсулина);
- атеросклероз (поражение сосудов и артерий);
4) Экзогенные факторы:
- стресс (нарушения в работе нервной, эндокринной и иммунной систем);
- табакокурение (влияние табачного дыма и его составляющих: азота, оксид азота, углекислого и угарного газа, смол, никотина, нафталена, фенола и крезола, N- нитрозаминов, аргона, метана, углеводородов, синильной кислоты, сероводорода, аммиака, пиренов, альдегидов, неорганических соединений (свинец, никель), ароматических аминов и др);
- алкоголизм (хроническая алкогольная интоксикация, вплоть до сопора и коллапса);
- нарушение режимов труда и отдыха (бессонница, эмоциональное выгорание);
- нарушения в питании (нарушения липидного и белкового обмена, язвенная болезнь желудка и 12 перстной кишки);
- экологические факторы (влияние наночастиц частиц пыли и металлов, аэрозолей химически активных веществ).
Лабораторные животные позволяют смоделировать и изучить действие факторов производственной вредности на характеристики физиологических и клинических параметров органов и систем в сравнении с контрольной группой, и установить маркеры ускоренного старения и развития профессиональных заболеваний (при наличии одновременных патологии в двух и более органах).
Цель исследования – провести анализ научных исследований по установлению рискометров и маркеров старения, для принятия комплекса мер по профилактике ускоренного старения и развития профессиональных заболеваний у трудового контингента, в том числе с использованием моделей на лабораторных животных.
Материал и методы: аналитические, токсикологические, гигиенические и статистические методы исследования.
Токсиколого-гигиеническое исследование проведено в химической лабораторией НИИ гигиены Роспотребнадзора с декабря 2022 г. по май 2023 г. в соответствии с действующими Российскими правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных [24, 25], и международными правилами Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и иных целей «Guideforthe Careand Useanimals» (Страсбург, 1986) [26-35].
Объектом исследования являлись результаты собственных оригинальных исследований по изучению влияния факторов производственной среды (вибрация, шум, 4-х компонентная смесь углеводородов) выполненные на организмах аутбредных разнополых лабораторных мышах JSR (n=130), приобретенных в сертифицированном питомнике ФГБУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора, в декабре 2022 г за 2-3 месяца до начала экспериментальной части работы (массой 35-50 г, дата рождения 20.09.2022 г). После прохождения 10-ти дневного карантина животные содержались в стандартных условиях вивария (температура помещения – 22-24°С, режим освещения 12L:12D) в клетках размером 50 × 30 × 20 см по 5 особей одного пола на клетку (с постепенным выбытием животных по 5 особей на 30, 60, 90 дни эксперимента, и размещением в клетке по 1-2 особи) на стандартном пищевом рационе ad libitum, а также опубликованный материал научных исследований по установлению рискометров и маркеров старения. Молекулярно-генетическое исследование выполнено в лаборатории молекулярно-генетических исследований терапевтических заболеваний (НИИТПМ - филиал ИЦиГ СО РАН).
Животные опытных групп после моделирования воздействия факторов производственной вредности подвергались изучению характеристик физиологических и патологических реакций, потенцируемых от воздействия физических (шум, вибрация) и химических факторов (ксилол, толуол, бензин, ацетон) производственной среды в модельных условиях (с изучением физиологических характеристик, поведенческих реакций, биохимических и клинических показателей состава крови, мочи, гормонов), а затем подвергались эвтаназии (на 30, 60, 90 сутки), с последующим изучением морфологии органов и длины теломер.
Экспериментальные группы формировали методом случайных чисел, принимая за ведущий признак массу тела и эмоционально-поведенческие реакции животных. В фоновых доклинических исследованиях (до воздействия факторов производственной среды) использовались 5 особей с равным соотношением полов (n=10), из этих же групп для проведения анализа общего и биохимического состава крови, морфологического исследования внутренних органов лабораторных животных (миокарда, легких, печени, почек, селезенки), молекулярно-генетического исследования ДНК из поперечно-полосатой мышечной ткани. Для решения задач эксперимента было сформировано 4 группы (120 разнополых особей) следующего назначения: 3 опытные группы (группа №1 – воздействие вибрации 40-200 Гц в вибрационной камере по 0,5 часа, с 9.30 до 10 часов утра, 5 дней в неделю, и выбывающих из эксперимента на 30, 60 и 90 дни; группа №2 – воздействие шума 75-90 дБА в шумовой камере по 0,5 часа, с 9.30 до 10 часов утра, 5 дней в неделю, и выбывающих из эксперимента на 30, 60 и 90 дни; группа №3– химическое воздействие 4-х компонентной смесью ароматических углеводородов в концентрации 1,5 ПДК: ксилол- 225 мг/м3, бензин - 225 мг/м3, толуол - 450 мг/м3, ацетон - 1200 мг/м3) и 1 контрольная группа по 30 разнополых животных в каждой группе.
Для определения концентраций комплекса углеводородов использовали портативный газоанализатор «ГАНК-4». Пробы воздуха отбирались из зоны дыхания животных с помощью пробоотборного зонда газоанализатора. Пределы основной относительной погрешности метода измерений составляют ±20%.
Контрольных животных содержали в том же помещении лаборатории, но не подвергали экспериментальным манипуляциям. Перед началом эксперимента у всех животных измеряли фоновые биохимические и гематологические показатели, массу тела, объём выпитой воды и съеденного корма, проводили тестирование в черно-белой камере. На следующий день после завершения каждого цикла (30, 60, 90 дней) воздействий животных взвешивали, проводили лабораторный анализ проб крови и мочи, так же при визуальном осмотре выявляли наличие ран и других повреждений. При лабораторном анализе проб оценивались следующие показатели:
- биохимический анализ крови: глюкоза, пигментные вещества (билирубин), липидограмма (общий холестерол, ЛПНП, триглицериды), белки (общий белок), азотистые соединения (мочевина, мочевая кислота, креатинин);
- концентрации глюкокортикоидов - кортизол, половых гормонов – тестостерона, эстрадиола,
- общий анализ мочи: белок, мочевина, креатинин, мочевая кислота, глюкоза, билирубин, кислотно-щелочной баланс.
Гистологические и морфологические исследования образцов тканей и органов лабораторных животных (миокарда, легких, печени, почек, селезенки) основных и контрольной групп, осуществляли после эвтаназии на 30, 60 и 90-дни эксперимента или самостоятельной гибели животных с обязательным определением весовых коэффициентов внутренних органов [36].
Экстракции ДНК из биологических образцов поперечнополосатых тканей модельных животных (на 30, 60 и 90-дни эксперимента) с последующим измерением относительной длины теломер с помощью количественной РТ-ПЦР в лаборатории молекулярно-генетических исследований терапевтических заболеваний (НИИТПМ - филиал ИЦиГ СО РАН). Каждому образцу мышечной ткани мышей ICR был присвоен лабораторный номер. Исследование на изменение относительной длины теломер (ОДТ) выполнено с помощью количественной ПЦР (qPCR) в реальном времени на основе методики Lee RS с соавторами (2021) [37] с модификациями [38]. ДНК выделена методом фенолхлороформной экстракции [39].
Статистический анализ данных производили с использованием стандартных методов вариационной статистики (пакет StatSoft, доступные версии 6-12) [40].
Для определения различий между показателями у мышей в ежемесячном разрезе использован критерий Краскела-Уоллиса. Данный критерий предназначен для проверки равенства средних в нескольких выборках в случаях, когда изучаемый признак не удовлетворяет критериям нормального распределения. Критерий Краскела-Уоллиса является много выборочным обобщением критерия Уилкоксона-Манна-Уитни. Критерий Краскела-Уоллиса (известен так же под названиями: критерий Крускала-Уоллиса, H-критерий Краскела-Уоллиса, Kruskal-Wallis one-way analysis of variance, Kruskal-Wallis test) является ранговым, поэтому он инвариантен по отношению к любому монотонному преобразованию шкалы измерения.
Статистический анализ полученных данных в ходе исследования проводился по следующим этапам: 1) расчет показателей описательной статистики; 2) оценка статистической значимости различий в рамках одной группы (контрольной, экспериментальных) проводилось с применением T-критерия Вилкоксона (на 30, 60 и 90 день исследования). Различия показателей между группами проводилось с помощью U-критерий Манна-Уитни. Уровень значимости в исследовании принят при p< 0,05.
Результаты и их обсуждение. В результате 90-дневного исследования организмов модельных животных подвергавшихся негативному воздействию производственных факторов выделен перечень маркеров воздействия направленных на предотвращение негативных изменений здоровья и ускоренного старения модельных организмов:
1) Повышение уровня мочевой кислоты – маркер воспаления;
2) Уровень холестерина и глюкозы – оценка метаболического статуса;
3) Повышение уровня триглицеридов и снижение общего белка – маркер нарушений функции печени и почек;
4) Уровень ALT и AST – маркер поражения гепатоцитов;
5) Уровень креатинина – функции почек;
6) Повышение или снижение Индекса Ритиса – маркер нарушений сердечно-сосудистой системы и печени;
7) Укорочение ОДТ – маркер ускоренного старения органов и систем лабораторных животных;
8) Морфологические изменения в исследуемых органах животных опытных групп– маркеры развития заболеваний, связанных с профессией, по сравнению с группой контроля (не подвергавшихся воздействию неблагоприятных факторов производственной среды (комфортные условия содержания на протяжении 90-дневного эксперимента);
8.1) Миокард под влиянием факторов производственной среды: неравномерное кровенаполнение, в сосудах эритроцитарные тромбы, отек межуточной ткани, дистрофия кардиомиоцитов, очаги склероза вплоть до некроза;
8.2) Печень под влиянием факторов производственной среды: неравномерное кровенаполнение, в сосудах эритроцитарные тромбы, синусоиды расширены, выраженная дистрофия гепатоцитов вплоть до некроза, жировой гепатоз печени;
8.3) Легкое под влиянием факторов производственной среды - неравномерное кровенаполнение, участки эмфиземы и ателектазов, кровоизлияний, утолщение и гиалиноз стенок сосудов, умеренная очаговая периваскулярная лимфоцитарная инфильтрация, очаговое утолщение межальвеолярных перегородок с очаговой умеренной (или выраженной) инфильтрацией лимфоцитами, плоскоклеточная метаплазия эпителия единичных бронхиол. На отдельных участках с формированием лимфоидных фолликулов, частично стенки бронхов разрушены воспалительным инфильтратом, стенки артерий инфильтрированы лейкоцитами;
8.4) Почки под влиянием факторов производственной среды: неравномерное кровенаполнение, тромбы в просвете сосудов, очаговая лимфоцитарная инфильтрация стромы, выраженная дистрофия и некроз эпителия извитых канальцев, с полным его отсутствием на стенках канальцев, в других - на фоне выраженной дистрофии набухание и отек эпителия с перекрытием просветов, гломерулы полнокровны с отеком и расширением мочевого пространства, другие сдавлены окружающими их набухшими канальцами, эпителий выводных протоков уплощен, атрофичен. Клубочки различных размеров, часть из них с отеком и расширенным мочевым пространством и полнокровием капилляров, другие сдавлены извне отечными набухшими канальцами;
8.5) Селезёнка под влиянием факторов производственной среды: неравномерное кровенаполнение, участки кровоизлияний, в сосудах эритроцитарные тромбы, лимфоидные фолликулы с четкими центрами размножения различных размеров, расположены неравномерно, часть из них гиперплазированы, в красной пульпе обилие мегакариоцитов;
9) Выраженные физические изменения у животных опытных групп по сравнению с группой контроля – маркер старения, признаки поседение и/или выпадение волос, поседение волос, снижение массы тела, хрупкость костей скелета, снижение репродуктивной функции, слабость мускулатуры и снижение общей и познавательной подвижности;
10) Снижение уровней половых гормонов (тестостерона у самцов и эстрогена у самок) и гормона стресса (кортизола, как у самок, так и у самцов) у животных опытных групп по сравнению с группой контроля – маркер старения;
11) Снижение когнитивных функции у животных опытных групп по сравнению с группой контроля – маркер старения;
12). Сокращение продолжительности жизни животных опытных групп по сравнению с группой контроля – маркер старения, увеличение смертности и сокращение средней продолжительности жизни.
В исследовании определена прямая зависимость между полом, возрастом и длительностью воздействия факторов производственной среды на модельные организмы, подвергнутые 90- дневному воздействию факторов производственной вредности, что позволило установить рискометры и маркеры преждевременного старения у животных опытных групп, в сравнении с группой контроля.
В мировой медицинской практики ожидается, что с помощью метаболомики, протеомики и геномики удастся собрать воедино все необходимые знания и выбрать новые, высокоинформативные биомаркеры старения. Новое направление ускоренного старения: определение чувствительности тканей к инсулину. Однако, чтобы окончательно доказать неэффективность классических методов для определения состояния здоровья в процессе старения, может потребоваться дополнительное время. В будущем предстоит выяснить, какие именно маркеры получат статус надежных предикторов биологически нормального старения и помогут выявить оптимальный метод оценки состояния здоровья, связанного со старением.
Полученные опытным путём результаты будут способствовать принятия мер по здоровьесбережению трудового контингента. Применение модельных животных в исследованиях по установлению преждевременного старения на фоне воздействия факторов производственной вредности, позволяет более подробно изучать рискометры и маркеры старения и их влияние на здоровье и долголетие. Наиболее выраженные морфологические, биохимические и генетические изменения наблюдались у животных опытных групп на 90-день эксперимента, по сравнению с группой контроля.
Выводы. Определена ведущая роль своевременного принятия комплекса здоровьесберегающих мер по предупреждению развития профессиональных заболеваний у трудового контингента, на основе установленных рискометров и маркеров ускоренного старения с использованием организмов модельных животных. Наличие патология двух и более органов у животных опытных групп резко повышает степень старения организма, по сравнению с животными в группе контроля.
Статья может представлять интерес для практических специалистов в области гигиены, геронтологии, здравоохранения, образования, а также научных работников и обучающихся вузов.
Об авторах
Олег Андреевич Савченко
ФБУН «Новосибирский НИИ гигиены» Роспотребнадзора; БУЗОО «Территориальный центр медицины катастроф» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Автор, ответственный за переписку.
Email: Savchenkooa1969@mail.ru
к.б.н., ведущий научный сотрудник ФБУН «Новосибирский НИИ гигиены» Роспотребнадзора; врач-методист организационно-методического отдела БУЗОО «Территориальный центр медицины катастроф» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия, Новосибирск; ОмскИрина Игоревна Новикова
ФБУН «Новосибирский НИИ гигиены» Роспотребнадзора
Email: Savchenkooa1969@mail.ru
д.м.н., профессор, директор
Россия, НовосибирскОльга Владимировна Плотникова
ФГБОУ ВО «Омский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Email: Savchenkooa1969@mail.ru
д.м.н., доцент, заведующий кафедрой гигиены труда, профпатологии
Россия, ОмскОльга Анатольевна Савченко
ФГБОУ ВО «Омский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Email: Savchenkooa1969@mail.ru
к.м.н., доцент кафедры госпитальной педиатрии с курсом ДПО
Россия, ОмскСписок литературы
- Костюк И.И., Василина А.А., Кискина Л.Г., Савченко О.А., Ступа С.С. Стратегия безопасности охраны здоровья населения - приоритет национальной безопасности Российской Федерации // Наука и военная безопасность. – 2023. - N 1(32). – C. 145-149.
- Горбунова В.В. Старение населения и его влияние на социально-экономическое развитие современного российского общества // Научное обозрение. Экономические науки. – 2019. – N 1. – С. 11-15; URL: https://science-economy.ru/ru/article/view?id=989 (дата обращения: 13.11.2023).
- Горошко Н.В., Пацала С.В. Старение населения России: страна на фоне мира, регионы на фоне страны // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. – 2020. - №3 (22) июль-сентябрь. [Электронный ресурс]. - URL: https:// e-journal.omgau.ru/issues/2020/3/00852.pdf.-ISSN 2413-4066. (дата обращения 05.10.2023).
- Бутова С.В., Несоленая О.В. Влияние факторов риска на продолжительность периода трудоспособности и производительность труда работников // Управление персоналом и интеллектуальными ресурсами в России. – 2020. - N 6(51). – С. 17-21. doi: 10.12737/2305-7807-2021-17-21.
- Климов В.В., Новикова И.И., Савченко О.А. Модель дополнительных профилактических мероприятий, направленных на предотвращение негативных изменений здоровья курсантов // Медицина труда и промышленная экология. – 2023. – N 63(3). – С. 155-162. DOI: https://doi.org/10.31089/1026-9428-2023-63-3-155-162.
- Хаммад, Е. Современные биомаркеры старения и когнитивных расстройств / Е. Хаммад // Врач. – 2017. – № 6. – С. 30-32. – EDN WGOGQV.
- Кузник Б.И., Чалисова Н.И., Цыбиков Н.Н., Линькова, Н.С., Давыдов С.О. Стресс, старение и единая гуморальная защитная система организма. Эпигенетические механизмы регуляции. Успехи физиологических наук. 2020; 51(3): 51-68. https://doi.org/https://doi.org/10.31857/S030117982002006X EDN: GXRAWT.
- Савченко О.А., Новикова И.И., Чуенко Н.Ф., Александрова Д.А., Одарченко И.В. Рискометры старения. В кн.: Сборник материалов международной научно-практической конференции «Здоровье и окружающая среда». Минск: РУП «Науч.-практ. Центр гигиены», 2022: 52-6. EDN FKZSYW.
- Скребнева А.В., Попов В.И., Буслова А.С. Методика определения биологического возраста в рамках фундаментальной характеристики старения. Здравоохранение Российской Федерации. 2019; 63(1): 22-28. https://doi.org/10.18821/0044-197X-2019-63-1-22-28 EDN ZAZLED.
- Хавинсон В.Х., Линькова Н.С., Трофимов А.В. и др. Морфофункциональные основы пептидной регуляции старения // Успехи соврем. биол. – 2011; 131 (2): 115–21.
- McCarty M. Serum bilirubin may serve as a marker for increased heme oxygenase activity and inducibility in tissues – a rationale for the versatile health protection associated with elevated plasma bilirubin // Med. Hypotheses. – 2013; 81 (4): 607–10.
- Xue J., Ray R., Singer D. et al. The receptor for advanced glycation end products (RAGE) specifically recognizes methylglyoxal-derived AGEs // Biochemistry. – 2014; 53 (20): 3327–35.
- Ashraf J., Ahmad S., Choi I. Recent advances in detection of AGEs: Immunochemical, bioanalytical and biochemical approaches // IUBMB Life. – 2015; 67 (12): 897–913.
- Ashraf J., Ahmad S., Choi I. Recent advances in detection of AGEs: Immunochemical, bioanalytical and biochemical approaches // IUBMB Life. – 2015; 67 (12): 897–913.
- Jahan H., Choudhary M. Glycation, carbonyl stress and AGEs inhibitors: a patent review // Exp. Opin. Ther. Pat. – 2015; 25 (11): 1267-84.
- Martin D., Grocott M. Oxygen therapy in critical illness: precise control of arterial oxygenation and permissive hypoxemia // Crit. Care Med. – 2013; 41 (2): 423–32.
- Frijhoff J., Winyard P., Zarkovic N. Clinical Relevance of Biomarkers of Oxidative Stress // Antioxid. Redox. Signal. – 2015; 23 (14): 1144–70.
- Савченко, О. А. Механизмы электромеханического и фармакомеханического сопряжения в гладкомышечных клетках воротной вены морских свинок: специальность 03.00.13 : диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук / Савченко Олег Андреевич. – Омск, 2000. – 199 с. – EDN QDCNPF.
- Савченко, О. А. Механизмы электромеханического и фармакомеханического сопряжения в гладкомышечных клетках воротной вены морских свинок: специальность 03.00.13: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук / Савченко Олег Андреевич. – Омск, 2000. – 20 с. – EDN ZKOGSV
- Avdagić N., Zaćiragić A., Babić N. Nitric oxide as a potential biomarker in inflammatory bowel disease // Bosn. J. Basic Med. Sci. – 2013; 13 (1): 5-9.
- Thirumoorthy N., Shyam Sunder A., Manisenthil Kumar K. A review of metallothionein isoforms and their role in pathophysiology // World J. Surg. Oncol. – 2011; 9: 54–62.
- Pashkovskiy P., Ryazansky S. Biogenesis, evolution, and functions of plant microRNAs // Genetics. – 2013; 13 (5): 1156–9. 15.
- Buermans H., Ariyurek Y., Van Ommen G. New methods for next generation sequencing based microRNA expression profiling // BMC Genomics. – 2010; 11: 716.
- ГОСТ 33216-2014 Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными. Правила содержания и ухода за лабораторными грызунами и кроликами. Введен 2016-07-01. М.: Стандартинформ, 2014; 10. Режим доступа: https://www.academpharm.ru/images/upload/ru/1241/zamenyayuschij_GOST_33216-2014.pdf.
- Приказ Министерства здравоохранения СССР №163 от 10 марта 1966 г. «О нормах кормления лабораторных животных и продуцентов». Сб. инструктивно-методических материалов, регламентирующих работу лабораторий санитарно-эпидемиологических станций (Орг. вопросы). Ч. II. Спецсредства и хозрасчет. Нормы времени работы и нормы расхода. Техника безопасности. М., 1980.
- Европейская конвенция о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях. Страсбург, 18 марта 1986 года. URL: https://docs.cntd.ru/document/901909691.
- Removal of blood from laboratory mammals and birds. First report of the BVA/FRAME/RSPCA/UFAW joint working group on refinement. Laboratory Animals (1993), 27: 1-22.
- Recommendations for euthanasia of experimental animals: Part 1, LaboratoryAnimals (1996), 30: 293-316.
- Recommendations for euthanasia of experimental animals: Part 2, LaboratoryAnimals (1997), 31: 1-32.
- Refining procedures for the administration of substances. Report of the BVAAWF/FRAME/RSPCA/UFAW Joint Working Group on Refinement. Lab Anim. (2001), 35(1): 1-41.
- Institutional Animal Care and Use Committee Guidebook, 2nd edition, ARENA, 2002.
- Recognition and Alleviation of Distress in Laboratory Animals. Washington (DC): National Academies Press (US); 2008.
- Recognition and Alleviation of Pain in Laboratory Animals. Washington (DC): National Academies Press (US); 2009.
- Директива Европейского парламента и Совета Европейского Союза 2010/63/ЕС от 22 сентября 2010 г. о защите животных, использующихся для научных целей. URL: https://base.garant.ru/70350564/
- Guide for the Care and Use of Laboratory Animals: The National Academies Collection: Reports funded by National Institutes of Health / National Research Council (US) Committee for the Update of the Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. – 8th. – Washington (DC): National Academies Press (US), 2011. – URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK54050/
- Рощина Е.А. Референсные интервалы по массовым коэффициентам органов мышей и их абсолютным значениям // Лабораторные животные для научных исследований. – 2022. - № 3. – С. 24–29. - DOI: https://doi.org/ 10.57034/2618723X-2022-03-03.
- Lee R.S., Zandi P.P., Santos A., Aulinas A., et al. Cross-species Association Between Telomere Length and Glucocorticoid Exposure // J Clin Endocrinol Metab. – 2021. – Vol. 106. -№ 12. – Р. e5124-e5135. doi: 10.1210/clinem/dgab519. PMID: 34265046; PMCID: PMC8787853.
- Maximov VN, Malyutina SK, Orlov PS, Ivanoschuk DE, Voropaeva EN, Bobak M, Voevoda MI. [Length telomere leukocytes as ageing markers and risk factors for age-related diseases in humans]. Adv Gerontol. 2016;29(5):702-708. [In Russian]. PMID: 28556637.
- Смит К., Калко С., Кантор Ч. Пульс-электрофорез и методы работы с большими молекулами ДНК // В кн.: Анализ генома / Под ред. К. Дейвиса. М: Мир, 1990. С. 58-94.
- Гудинова Ж.В., Жернакова Г.Н., Толькова Е.И. Дружелюбная статистика // Статистический анализ медицинских баз данных: пошаговые инструкции. – 2014. – № 1. – С. 112.
Дополнительные файлы
