Ecological geneticsEcological geneticsЭкологическая генетика1811-09322411-9202Eco-Vector2064510.17816/ecogen20645Human ecological geneticsЭкологическая генетика человекаResearch ArticleThe frequency of chromosomal aberrations in individuals chronically in contact with excess dosages of fluoridesЧастота хромосомных аберраций у лиц хронически контактирующих с фактором промышленного воздействия алюминиевого заводаhttps://orcid.org/0000-0001-7355-98822805-5700VolobaevValentin P.ВолобаевВалентин Павлович
Russian Federation

Junior Researcher

младший научный сотрудник

volobaev.vp@gmail.comLytkinaEkaterina S.ЛыткинаЕкатерина Сергеевна
Russian Federation

Master degree

магистрант

katya.serdyukova.1997@mail.ruSchetnikovaEkaterina A.ЩетниковаЕкатерина Андреевна
Russian Federation

Student

Студент

schetnikovakat@gmail.comVdovinaEvgenia D.ВдовинаЕвгения Дмитриевна
Russian Federation

Student

Студент

vdovina_ed@gkl-kemerovo.ruMikheevaEkaterina E.МихееваЕкатерина Эдуардовна
Russian Federation

Teacher

Учитель

Ekaterina.Eduardovna@yandex.ruGurevichElena B.ГуревичЕлена Борисовна
Russian Federation

Head of the Center for Professional Pathology

заведующая центром профессиональной патологии

elenagurevich1968@gmail.comMishchenkoElena P.МищенкоЕлена Петровна
Russian Federation

Deputy Chief Physician

заместитель главного врача

pol2@kb22.ruLarionovAlexey V.ЛарионовАлексей Викторович
Russian Federation

PhD, Cand. Ci. (Med.), Associate Professor, Department of Genetics

канд. биол. наук, доцент кафедры генетики

alekseylarionov09@gmail.comKemerovo State UniversityФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Кемеровский государственный университет»National Research Tomsk State UniversityФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет»Municipal Budgetary Educational Institution Lyceum No. 62Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Лицей № 62Novokuznetsk city clinical hospital №1Государственное автономное учреждение здравоохранения Кемеровской области «Новокузнецкая городская клиническая больница № 1»Novokuznetsk City Clinical Hospital №22Государственное бюджетное учреждение здравоохранения Кемеровской области «Новокузнецкая городская клиническая больница № 22»180120211503202119159662002202018012021Copyright ©; 2021, Volobaev V., Ekaterina S., Shchetninikova E., Korotkova A., Vdovina E.D., Mikheeva E.E., Gurevich E.B., Mishchenko E.P., Larionov A.V.Copyright ©; 2021, ООО "Эко-Вектор"2021Volobaev V., Ekaterina S., Shchetninikova E., Korotkova A., Vdovina E.D., Mikheeva E.E., Gurevich E.B., Mishchenko E.P., Larionov A.V.ООО "Эко-Вектор"https://journals.eco-vector.com/ecolgenet/article/view/20645

BACKGROUND: Chronic excess human exposure to fluorides is an underestimated problem. There is information that fluorides are capable of exerting a genotoxic effect in vitro and in vivo. The data obtained on human populations are limited and contradictory. More research is needed.

MATERIALS AND METHODS: The material for the study was peripheral venous blood taken from residents of the city of Novokuznetsk. The material was selected in four groups: workers of the Novokuznetsk Aluminum Plant (NkAZ) with fluorosis, NkAZ workers without pathology, residents of the area adjacent to NkAZ, residents of the city living away from the industrial zone. The frequency of chromosomal abnormalities in blood leukocytes was estimated using the method of accounting for metaphase chromosomal aberrations, as well as the concentration of fluoride ion in blood plasma by direct potentiometry.

RESULTS: A significant increase in the frequency of aberrant metaphases in blood leukocytes was observed among workers at an aluminum smelter compared to control, workers with fluorosis compared to workers without pathology, and residents of the area adjacent to the plant compared to residents of the city living far from the industrial zone. A correlation of the frequency of chromosomal aberrations with the concentration of fluoride ion in blood plasma was noted.

CONCLUSION: The results obtained confirm the ability of the industrial factor of the aluminum smelter to exert a genotoxic load on the human population. The presence of an association of fluoride factor with chromosomal abnormalities in blood leukocytes is likely.

Введение. Хроническое сверхнормативное воздействие фторидов на человека — недооцененная проблема. Нет информации, что фториды способны оказывать генотоксическое воздействие in vitro и in vivo. Данные, полученные на человеческих популяциях, ограниченны и противоречивы. Необходимы дополнительные исследования.

Материалы и методы. Материалом для исследования послужила периферическая венозная кровь, взятая у жителей города Новокузнецка. Отбирали материал в четырех группах: работники Новокузнецкого алюминиевого завода (НкАЗ) больные флюорозом; работники НкАЗ без патологии; жители района, прилегающего к НкАЗ; жители города, проживающие в отдалении от промышленной зоны. Оценивали частоту хромосомных нарушений в лейкоцитах крови с помощью метода учета метафазных хромосомных аберраций, а также концентрацию фторид-иона в плазме крови методом прямой потенциометрии.

Результаты. Отмечено значимое повышение частоты аберрантных метафаз в лейкоцитах крови у работников алюминиевого завода по сравнению с контролем, у работников с флюорозом по сравнению с работниками без патологии и у жителей района, прилегающего к заводу, по сравнению с жителями города, проживающими в отдалении от промышленной зоны. Отмечена корреляция частоты хромосомных аберраций с концентрацией фторид-иона в плазме крови.

Выводы. Полученные результаты подтверждают способность промышленного фактора алюминиевого завода оказывать генотоксическую нагрузку на популяции человека. Вероятно наличие ассоциации фтористого фактора с хромосомными нарушениями в лейкоцитах крови.

fluoridegenotoxicfluorine concentration in blood plasmaaluminum factory workersresidents of an industrial cityФторгенотоксичностьконцентрация фтора в плазме кровирабочие алюминиевого заводажители промышленного городаРоссийский фонд фундаментальных исследованийRussian Foundation for Basic Research№ 18-44-420012 р_аадминистрация Кемеровской областиadministration of the Kemerovo regionСоглашение с АКО № 8, 28 июня 2018 г.совет по грантам президента Российской Федерацииgrants council of the president of the Russian FederationСП-2310.2018.4Российский фонд фундаментальных исследований и администрация Кемеровской области (№ 18-44-420012 р_а, соглашение с АКО № 8, 28 июня 2018 г.); Совет по грантам Президента Российской Федерации (Стипендия президента РФ - СП-2310.2018.4)Suzuki M, Bandoski C, Bartlett JD. Fluoride induces oxidative damage and SIRT1/autophagy through ROS-mediated JNK signaling. Free Radic Biol Med. 2015;89:369–378. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2015.08.015.Suzuki M., Bandoski C., Bartlett J.D. Fluoride induces oxidative damage and SIRT1/autophagy through ROS-mediated JNK signaling // Free Radic Biol Med. 2015. Vol. 89. P. 369–378. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2015.08.015.Scott D. Cytogenetic effects of sodium fluoride in cultured human fibroblasts. Proceedings of the 4th International Conference on Environmental Mutagens; 1985 Jun 24-28, Stockholm; Amstedam: Elsiver, 1985.Scott D. Cytogenetic effects of sodium fluoride in cultured human fibroblasts. Proceedings of the 4th International Conference on Environmental Mutagens; 1985 Jun 24-28, Stockholm. Amstedam: Elsiver, 1985.Pant HH, Rao MV. Evaluation of in vitro anti-genotoxic potential of melatonin against arsenic and fluoride in human blood cultures. Ecotoxicol Environ Saf. 2010;73(6):1333–1337. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2010.05.004.Pant H.H., Rao M.V. Evaluation of in vitro anti-genotoxic potential of melatonin against arsenic and fluoride in human blood cultures // Ecotoxicol Environ Saf. 2010. Vol. 73. No. 6. P. 1333–1337. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2010.05.004.Kleinsasser NH, Weissacher H, Wallner BC, et al. Cytotoxicity and genotoxicity of fluorides in human mucosa and lymphocytes. Laryngo. 2001;80(4):187–190. DOI: 10.1055/s-2001- 13760.Kleinsasser N.H., Weissacher H., Wallner B.C., et al. Cytotoxicity and genotoxicity of fluorides in human mucosa and lymphocytes // Laryngorhinootologie. 2001. Vol. 80. No. 4. P. 187–190. DOI: 10.1055/s-2001-13760.Wang A, Xia T, Chu Q, et al. Effects of fluoride on lipid peroxidation, DNA damage and apoptosis in human embryo hepatocytes. Biomed Environ Sci. 2004;17:217–222.Wang A., Xia T., Chu Q., et al. Effects of fluoride on lipid peroxidation, DNA damage and apoptosis in human embryo hepatocytes // Biomed Environ Sci. 2004. Vol. 17. P. 217–222.Anuradha CD, Kanno S, Hirano S. Fluoride induces apoptosis by caspase-3 activation in human leukemia HL-60 cells. Arch Toxicol. 2000;74:226–230. DOI: 10.1007/s002040000132.Anuradha C.D., Kanno S., Hirano S. Fluoride induces apoptosis by caspase-3 activation in human leukemia HL-60 cells // Arch Toxicol. 2000. Vol. 74. P. 226–230. DOI: 10.1007/s002040000132.Sinha S, Ghosh M, Mukherjee A. Evaluation of multi-endpoint assay to detect genotoxicity and oxidative stress in mice exposed to sodium fluoride. Mutat Res. 2013;751(1):59–65. DOI: 10.1016/j.mrgentox.2012.11.006.Sinha S., Ghosh M., Mukherjee A. Evaluation of multi-endpoint assay to detect genotoxicity and oxidative stress in mice exposed to sodium fluoride // Mutat Res. 2013. Vol. 751. No. 1. P. 59–65. DOI: 10.1016/j.mrgentox.2012.11.006.Song GH, Huang FB, Gao JP, et al. Effects of fluoride on DNA damage and caspase-mediated apoptosis in the liver of rats. Biol Trace Elem Res. 2015;166(2):173–182. DOI: 10.1007/s12011-015-0265-z.Song G.H., Huang F.B., Gao J.P., et al. Effects of fluoride on DNA damage and caspase-mediated apoptosis in the liver of rats // Biol Trace Elem Res. 2015. Vol. 166. No. 2. P. 173–182. DOI: 10.1007/s12011-015-0265-z.Song GH, Gao JP, Wang CF, et al. Sodium fluoride induces apoptosis in the kidney of rats through caspase-mediated pathways and DNA damage. J Physiol Biochem. 2014;70(3):857–868. DOI: 10.1007/s13105-014-0354-z.Song G.H., Gao J.P., Wang C.F., et al. Sodium fluoride induces apoptosis in the kidney of rats through caspase-mediated pathways and DNA damage // J Physiol Biochem. 2014. Vol. 70. No. 3. P. 857–868. DOI: 10.1007/s13105-014-0354-z.Liang S, Nie ZW, Zhao M, et al. Sodium fluoride exposure exerts toxic effects on porcine oocyte maturation. Sci Rep. 2017;7(1):17082. DOI: 10.1038/s41598-017-17357-3.Liang S., Nie Z.W., Zhao M., et al. Sodium fluoride exposure exerts toxic effects on porcine oocyte maturation // Sci Rep. 2017. Vol. 7. No. 1. P. 17082. DOI: 10.1038/s41598-017-17357-3.Wen P, Wei X, Liang G, et al. Long-term exposure to low level of fluoride induces apoptosis via p53 pathway in lymphocytes of aluminum smelter workers. Environ Sci Pollut Res Int. 2019;26(3): 2671–2680. DOI:10.1007/s11356-018-3726-z.Wen P., Wei X., Liang G., et al. Long-term exposure to low level of fluoride induces apoptosis via p53 pathway in lymphocytes of aluminum smelter workers // Environ Sci Pollut Res Int. 2019. Vol. 26. No. 3. P. 2671–2680. DOI:10.1007/s11356-018-3726-z.Pawar AC, Naik, SJK, Kumari SA. Cytogenetic analysis of human lymphocytes of fluorosis-affected men from the endemic fluorosis region in Nalgonda district of Andhra Pradesh, India. Fluoride. 2014; 47(1):78–84.Pawar A.C., Naik S.J.K., Kumari S.A. Cytogenetic analysis of human lymphocytes of fluorosis-affected men from the endemic fluorosis region in Nalgonda district of Andhra Pradesh, India // Fluoride. 2014. Vol. 47. No. 1. P. 78–84.Jackson RD, Kelly SA, Noblitt TW, et al. Lack of Effect of Long-Term Fluoride Ingestion on Blood Chemistry and Frequency of Sister Chromatid Exchange in Human Lymphocytes. Environ Mol Mutagen. 1997;29:265–271. DOI: 10.1002/(SICI)1098-2280(1997)29:3<265:: AID-EM6>3.0.CO;2-B.Jackson R.D., Kelly S.A., Noblitt T.W., et al. Lack of Effect of Long-Term Fluoride Ingestion on Blood Chemistry and Frequency of Sister Chromatid Exchange in Human Lymphocytes // Environ Mol Mutagen. 1997. Vol. 29. P. 265–271. DOI: 10.1002/(SICI) 1098-2280(1997)29:3<265:: AID-EM6>3.0.CO;2-B.Li Y, Liang CK, Katz BP, et al. Long-term exposure to fluoride in drinking water and sister chromatid exchange frequency in human blood lymphocytes. J Dent Res. 1995;74(8):1468–1474. DOI: 10.1177/ 00220345950740080601.Li Y., Liang C.K., Katz B.P., et al. Long-term exposure to fluoride in drinking water and sister chromatid exchange frequency in human blood lymphocytes // J Dent Res. 1995. Vol. 74. No. 8. P. 1468–1474. DOI: 10.1177/00220345950740080601.Tadin A, Gavic L, Govic T, et al. In vivo evaluation of fluoride and sodium lauryl sulphate in toothpaste on buccal epithelial cells toxicity. Acta Odontol Scand. 2019;77(5):386–393. Corrected and republished from: Acta Odontol Scand. 2019;77(6):483. DOI: 10.1080/00016357.2019.1577988.Tadin A., Gavic L., Govic T., et al. In vivo evaluation of fluoride and sodium lauryl sulphate in toothpaste on buccal epithelial cells toxicity // Acta Odontol Scand. 2019. Vol. 77. No. 5. P. 386–393. DOI: 10.1080/00016357.2019.1577988.Kvande H, Drabløs PA. The Aluminum Smelting Process and Innovative Alternative Technologies. J Occup Environ Med. 2014;56(5): S23–S32. DOI: 10.1097/JOM.0000000000000062.Kvande H., Drabløs P.A. The Aluminum Smelting Process and Innovative Alternative Technologies // J Occup Environ Med. 2014. Vol. 56. Sup. 5. P. 23–32. DOI: 10.1097/JOM.0000000000000062.Doklad o sostoyanii okruzhayushchei sredy goroda Novokuznetska za 2019 god. Komitet okhrany okruzhayushchei sredy i prirodnykh resursov administratsii goroda Novokuznetska. Novokuznetsk, 2020. (In Russ.) Available from: https://eko-nk.ru/informaciyaosostoyaniiokruzhayucsheysredy/Доклад о состоянии окружающей среды города Новокузнецка за 2019 год // Комитет охраны окружающей среды и природных ресурсов администрации города Новокузнецка. Новокузнецк, 2020. https://eko-nk.ru/informaciyaosostoyaniiokruzhayucsheysredy/Surzhikov VD, Surzhikov DV, Ibragimov SS, et al. Air pollution as the factor of the influence on the life quality of the population. Acta Biomedica Scientifica. 2013;3–2(91):135–139. (In Russ.)Суржиков В.Д., Суржиков Д.В., Ибрагимов С.С., и др. Загрязнение воздушного бассейна как фактор влияния на качество жизни населения // Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра Сибирского отделения Российской академии медицинских наук. 2013. Т. 3–2. № 91. С. 135–139.Tiwari H, Rao MV. Curcumin supplementation protects from genotoxic effects of arsenic and fluoride. Food Chem Toxicol. 2010;48:1234–1238. DOI: 10.1016/j.fct.2010.02.015.Tiwari H., Rao M.V. Curcumin supplementation protects from genotoxic effects of arsenic and fluoride // Food Chem Toxicol. 2010. Vol. 48. P. 1234–1238. DOI: 10.1016/j.fct.2010.02.015.Jackson R, Kelly S, Noblitt T, et al. The effect of fluoride therapy on blood chemistry parameters in osteoporotic females. Bone Miner. 1994;27:13–23. DOI: 10.1016/S0169-6009(08)80182-1.Jackson R., Kelly S., Noblitt T., et al. The effect of fluoride therapy on blood chemistry parameters in osteoporotic females // Bone Miner. 1994. Vol. 27. P. 13–23. DOI: 10.1016/S0169-6009(08)80182-1.Podder S, Ghoshal N, Banerjee A, et al. Interaction of DNA-lesions induced by sodium fluoride and radiation and its influence in apoptotic induction in cancer cell lines. Toxicol Rep. 2015;2:461–471. DOI: 10.1016/j.toxrep.2015.02.001.Podder S., Ghoshal N., Banerjee A., et al. Interaction of DNA-lesions induced by sodium fluoride and radiation and its influence in apoptotic induction in cancer cell lines // Toxicol Rep. 2015. Vol. 2. P. 461–471. DOI: 10.1016/j.toxrep.2015.02.001.Jothiramajayam M, Sinha S, Ghosh M, et al. Sodium fluoride promotes apoptosis by generation of reactive oxygen species in human lymphocytes. J Toxicol Environ Health A. 2014;77(21): 1269–1280. DOI: 10.1080/15287394.2014.928658.Jothiramajayam M., Sinha S., Ghosh M., et al. Sodium fluoride promotes apoptosis by generation of reactive oxygen species in human lymphocytes // J Toxicol Environ Health A. 2014. Vol. 77. No. 21. P. 1269–1280. DOI: 10.1080/15287394.2014.928658.Dutta M, Rajak P, Khatun S, et al. Toxicity assessment of sodium fluoride in Drosophila melanogaster after chronic sub-lethal exposure. Chemosphere. 2017;166:255–266. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2016.09.112.Dutta M., Rajak P., Khatun S., et al. Toxicity assessment of sodium fluoride in Drosophila melanogaster after chronic sub-lethal exposure // Chemosphere. 2017. Vol. 166. P. 255–266. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2016.09.112.Karube H, Nishitai G, Inageda K, et al. NaF activates MAPKs and induces apoptosis in odontoblast-like cells. J Dent Res. 2009;88(5):461–465. DOI: 10.1177/0022034509334771.Karube H., Nishitai G., Inageda K., et al. NaF activates MAPKs and induces apoptosis in odontoblast-like cells // J Dent Res. 2009. Vol. 88. No. 5. P. 461–465. DOI: 10.1177/0022034509334771.Nguyen NTD, Son YO, Lim SS, et al. Sodium fluoride induces apoptosis inmouse embryonic stem cells through ROS-dependent and caspase-and JNK-mediated pathways. Toxicol Appl Pharmacol. 2012;259(3):329–337. DOI: 10.1016/j.taap. 2012.01.010.Nguyen N.T.D., Son Y.O., Lim S.S., et al. Sodium fluoride induces apoptosis inmouse embryonic stem cells through ROS-dependent and caspase-and JNK-mediated pathways // Toxicol Appl Pharmacol. 2012. Vol. 259. No. 3. P. 329–337. DOI: 10.1016/j.taap.2012.01.010.