IMPACT OF TECHNOGENIC AIR POLLUTION FACTORS ON THE IMMUNE SYSTEM IN RESPIRATORY DISEASES

Lyudmila V. Veremchuk; Tatyana I. Vitkina; Elena V. Kondratyeva

doi:10.12731/2658-6649-2024-16-2-723

Lyudmila V. Veremchuk Владивостокский филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» – Научно-исследовательский институт медицинской климатологии и восстановительного лечения http://orcid.org/0000-0001-6372-6560
Tatyana I. Vitkina Владивостокский филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» – Научно-исследовательский институт медицинской климатологии и восстановительного лечения http://orcid.org/0000-0002-1009-9011
Elena V. Kondratyeva Владивостокский филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» – Научно-исследовательский институт медицинской климатологии и восстановительного лечения http://orcid.org/0000-0002-3024-9873

DOI: https://doi.org/10.12731/2658-6649-2024-16-2-723

Ключевые слова: твердые взвешенные частицы, тяжелые металлы атмосферного воздуха, бронхолегочная патология, иммунная система

Аннотация

Обоснование. Твердые взвешенные частицы (ТВЧ) атмосферного воздуха способствуют развитию и прогрессированию заболеваний органов дыхания. Одним из приспособительных механизмов, осуществляющих адаптацию при воздействии патогенных факторов окружающей среды, является иммунная система.

Цель. Выявление триггерных микротоксикантов приземного слоя атмосферного воздуха г. Владивостока на иммунную систему населения при бронхолегочной патологии.

Материалы и методы. В исследование включено 360 человек (105 практически здоровые, 130 с бронхиальной астмой (БА), 125 с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ)). В приземном слое атмосферного воздуха оценивали процентное содержание фракций ТВЧ и содержание абсорбированных тяжелых металлов (Pb, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn). Интегральные показатели отклика иммунной системы (D_п%, D_ин%, ∑N_р) определяли с использованием модуля «Множественная корреляция».

Результаты. Максимальный интегральный отклик (D_ин%=1,74) отмечается в группе лиц с ХОБЛ при минимальной суммарной активности иммунных реакций (∑N_р=28), в группе с БА D_ин% составляет 1,54 (∑N_р=31). Наименьший иммунный ответ выявлен у здоровых лиц (D_ин%=1,22) при максимальной суммарной активности иммунных реакций (∑N_р=32).

Заключение. Микротоксиканты приземного слоя атмосферного воздуха г. Владивостока негативно влияют на состояние иммунной системы всех исследованных когорт населения. У лиц с бронхолегочной патологией наблюдается более выраженный иммунный ответ. В результате анализа выделены триггерные факторы (фракции 0-1 мкм, 50-100 мкм, Fe, Mn, Cr, Cu, Co) атмосферного воздуха г. Владивостока и диапазоны их воздействия на иммунную систему здорового населения и лиц с бронхолегочной патологией, что позволяет прогнозировать утяжеление экологозависимой бронхолегочной патологии и задействовать профилактические мероприятия.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Lyudmila V. Veremchuk, Владивостокский филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» – Научно-исследовательский институт медицинской климатологии и восстановительного лечения

д.б.н., вед.н.с. лаборатории медицинской экологии и рекреационных ресурсов

Tatyana I. Vitkina, Владивостокский филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» – Научно-исследовательский институт медицинской климатологии и восстановительного лечения

д.б.н., профессор РАН, заведующая лабораторией медицинской экологии и рекреационных ресурсов

Elena V. Kondratyeva, Владивостокский филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» – Научно-исследовательский институт медицинской климатологии и восстановительного лечения

к.б.н., с.н.с. лаборатории биомедицинских исследований

Литература

References

Veremchuk L.V., Yankova V.I., Vitkina T.I., Golokhvast K.S., Barskova L.S. The atmospheric pollution in urbanized territories as a system process of the interaction of environmental factors. Zdorove. Meditsinskaia ekologiia. Nauka, 2015, vol. 61, no. 3, pp. 35-42.

Vitkina T.I., Veremchuk L.V., Gvozdenko T.A., Mineeva E.E. Regression analysis to estimate the response of the respiratory organs to exposure of air microtoxicants in chronic obstructive pulmonary disease. Bulletin Physiology and Pathology of Respiration, 2021, no. 82, pp. 45-52. https://doi.org/10.36604/1998-5029-2021-82-45-52

Kaitmazova N.K. Dynamics of indicators of cytokines of children with obstructive bronchitis when using immunomodulators in therapy. Sovremennye voprosy biomeditsiny, 2022, vol. 6, no. 1, pp. 39-44. https://doi.org/10.51871/2588-0500202206012

Yankova V.I., Veremchuk L.V., Vitkina T.I., Gvozdenko T.A., Golokhvast K.S. The response of the lipid peroxidation - antioxidant protection system on the complex impact of the environmental factors in respiratory diseases. Sibirskii nauchnyi meditsinskii zhurnal, 2016, vol. 36, no. 3, pp. 94-102.

Arias-Perez R.D., Taborda N.A., Gomez D.M., Narvaez J.F., Porras J., Hernandez J.C. Inflammatory effects of particulate matter air pollution. Environ Sci Pollut Res Int, 2020, vol. 27, no. 34, pp. 42390-42404. https://doi.org/10.1007/s11356-020-10574-w

Bai L., Wang J., Ma X., Lu H. Air Pollution Forecasts: An Overview. Int J Environ Res Public Health, 2018, vol. 15, no. 4, 780. https://doi.org/10.3390/ijerph15040780

Bala G.P., Rajnoveanu R.M., Tudorache E., Motișan R., Oancea C. Air pollution exposure-the (in)visible risk factor for respiratory diseases. Environ Sci Pollut Res Int, 2021, vol. 28, no. 16, pp. 19615-19628. https://doi.org/10.1007/s11356-021-13208-x

Barskova L.S., Vitkina T.I., Gvozdenko T.A., Kondratyeva E.V., Veremchuk L.V. Mechanism of Response of Alveolar Macrophages in Wistar Rats to the Composition of Atmospheric Suspensions. Atmosphere, 2022; vol.13, no. 9, 1500. https://doi.org/10.3390/atmos13091500

Barskova L.S., Vitkina T.I., Gvozdenko T.A., Veremchuk L.V., Golokhvast K.S. Assessment of air pollution by small-sized suspended particulate matter in urbanized territories with various technogenic load (on the example of Vladivostok, Russia). Russian Open Medical Journal, 2019, vol. 8, no. 3, 304. https://doi.org/10.15275/rusomj.2019.0304

Corradi M., Mutti A. Metal ions affecting the pulmonary and cardiovascular systems. Met Ions Life Sci, 2011, no. 8, pp. 81–105.

Dunn R.M., Busse P.J., Wechsler M.E. Asthma in the elderly and late-onset adult asthma. Allergy, 2018, vol. 73, no. 2, pp. 284-294. https://doi.org/10.1111/all.13258

Forman H.J., Finch C.E. A critical review of assays for hazardous components of air pollution. Free Radic Biol Med, 2018, vol. 117, pp. 202-217. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2018.01.030

Glencross D.A., Ho T.R., Camina N., Hawrylowicz C.M., Pfeffer P.E. Air pollution and its effects on the immune system. Free Radic Biol Med, 2020, no. 151, pp. 56-68. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2020.01.179

Honda A., Fukushima W., Oishi M., Tsuji K., Sawahara T., Hayashi T., Kudo H., Kashima Y., Takahashi K., Sasaki H., Ueda K., Takano H. Effects of Components of PM2.5 Collected in Japan on the Respiratory and Immune Systems. Int J Toxicol, 2017, vol. 36, no. 2, pp.153-164. https://doi.org/10.1177/1091581816682224

Jacquet A. Characterization of Innate Immune Responses to House Dust Mite Allergens: Pitfalls and Limitations. Front Allergy, 2021, no. 2, 662378. https://doi.org/10.3389/falgy.2021.662378

Manisalidis I., Stavropoulou E., Stavropoulos A., Bezirtzoglou E. Environmental and Health Impacts of Air Pollution: A Review. Front Public Health, 2020, vol. 8, 14. https://doi.org/10.3389/fpubh.2020.00014

Nanda A., Baptist A.P., Divekar R., Parikh N., Seggev J.S., Yusin J.S., Nyenhuis S.M. Asthma in the older adult. J Asthma, 2020, vol. 57, no. 3, pp. 241-252. https://doi.org/10.1080/02770903.2019.1565828

Shaw O.M., Sawyer G.M., Hurst R.D., Dinnan H., Martell S. Different immune and functional effects of urban dust and diesel particulate matter inhalation in a mouse model of acute air pollution exposure. Immunol Cell Biol, 2021, vol. 99, no. 4, pp. 419-427. https://doi.org/10.1111/imcb.12425

Veremchuk L. V., Vitkina T. I., Barskova L. S, Gvozdenko T. A., Mineeva E.E. Estimation of the size distribution of suspended particulate matters in the urban atmospheric surface layer and its influence on bronchopulmonary pathology. Atmosphere, 2021, vol. 12, no. 8. https://doi.org/10.3390/atmos12081010

Veremchuk, L.V.; Mineeva, E.E.; Vitkina, T.I.; Gvozdenko, T.A.; Golokhvast, K.S. Impact of atmospheric microparticles and heavymetals on external respiration function of urbanized territory population. Russian Open Medical Journal, 2017, vol. 6, no. 4, 402. https://doi.org/10.15275/rusomj.2017.0402

Veremchuk, L.V.; Yankova, V.I.; Vitkina, T.I.; Nazarenko, A.V.; Golokhvast, K.S. Urban air pollution, climate and its impact on asthma morbidity. Asian Pac. J. Trop. Biomed, 2016, vol. 6, no.1, pp. 76–79. https://doi.org/10.1016/j.apjtb.2015.10.001

Wang Q., Liu S. The Effects and Pathogenesis of PM2.5 and Its Components on Chronic Obstructive Pulmonary Disease. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis, 2023, vol. 6, no. 18, pp. 493-506. https://doi.org/10.2147/COPD.S402122

WHO. Air pollution. 2018. https://www.who.int/health-topics/air-pollution#tab=tab_1

Zhang Y. Toxic effects of heavy metals on the immune system: evidence from population and in vitro studies. (2021). University of Groningen. https://doi.org/10.33612/diss.169979297

Zuo L., Wijegunawardana D. Redox Role of ROS and Inflammation in Pulmonary Diseases. Adv Exp Med Biol, 2021, vol. 1304, pp. 187-204. https://doi.org/10.1007/978-3-030-68748-9_11

Список литературы

Веремчук Л.В., Янькова В.И., Виткина Т.И., Голохваст К.С., Барскова Л.С. Загрязнение атмосферы урбанизированной территории как системный процесс взаимодействия факторов окружающей среды // Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2015. Т. 61, № 3. С. 35-42.

Виткина Т.И., Веремчук Л.В., Гвозденко Т.А., Минеева Е.Е. Регрессионный анализ для оценки ответной реакции органов дыхания на воздействие микротоксикантов воздуха при хронической обструктивной болезни легких / // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2021. №82. С. 45-52. https://doi.org/10.36604/1998-5029-2021-82-45-52

Кайтмазова Н.К. Динамика показателей иммунитета у детей с обструктивным бронхитом // Современные вопросы биомедицины. 2022. Т. 6, № 1. https://doi.org/10.51871/2588-0500202206012

Янькова В.И., Веремчук Л.В., Виткина Т.И., Гвозденко Т.А., Голохваст К.С. Ответная реакция системы "перекисное окисление липидов - антиоксидантная защита" на комплексное воздействие природно-экологических факторов при заболеваниях органов дыхания // Сибирский научный медицинский журнал. 2016. Т. 36, № 3. С. 94-102.

Arias-Perez R.D., Taborda N.A., Gomez D.M., Narvaez J.F., Porras J., Hernandez J.C. Inflammatory effects of particulate matter air pollution // Environ Sci Pollut Res Int, 2020, vol. 27, no. 34, pp. 42390-42404. https://doi.org/10.1007/s11356-020-10574-w

Bai L., Wang J., Ma X., Lu H. Air Pollution Forecasts: An Overview // Int J Environ Res Public Health, 2018, vol. 15, no. 4, 780. https://doi.org/10.3390/ijerph15040780

Bala G.P., Rajnoveanu R.M., Tudorache E., Motișan R., Oancea C. Air pollution exposure-the (in)visible risk factor for respiratory diseases // Environ Sci Pollut Res Int, 2021, vol. 28, no. 16, pp. 19615-19628. https://doi.org/10.1007/s11356-021-13208-x

Barskova L.S., Vitkina T.I., Gvozdenko T.A., Kondratyeva E.V., Veremchuk L.V. Mechanism of Response of Alveolar Macrophages in Wistar Rats to the Composition of Atmospheric Suspensions // Atmosphere, 2022; vol.13, no. 9, 1500. https://doi.org/10.3390/atmos13091500

Barskova L.S., Vitkina T.I., Gvozdenko T.A., Veremchuk L.V., Golokhvast K.S. Assessment of air pollution by small-sized suspended particulate matter in urbanized territories with various technogenic load (on the example of Vladivostok, Russia) // Russian Open Medical Journal, 2019, vol. 8, no. 3, 304. https://doi.org/10.15275/rusomj.2019.0304

Corradi M., Mutti A. Metal ions affecting the pulmonary and cardiovascular systems // Met Ions Life Sci, 2011, no. 8, pp. 81–105.

Dunn R.M., Busse P.J., Wechsler M.E. Asthma in the elderly and late-onset adult asthma // Allergy, 2018, vol. 73, no. 2, pp. 284-294. https://doi.org/10.1111/all.13258

Forman H.J., Finch C.E. A critical review of assays for hazardous components of air pollution // Free Radic Biol Med, 2018, vol. 117, pp. 202-217. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2018.01.030

Glencross D.A., Ho T.R., Camina N., Hawrylowicz C.M., Pfeffer P.E. Air pollution and its effects on the immune system // Free Radic Biol Med, 2020, no. 151, pp. 56-68. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2020.01.179

Honda A., Fukushima W., Oishi M., Tsuji K., Sawahara T., Hayashi T., Kudo H., Kashima Y., Takahashi K., Sasaki H., Ueda K., Takano H. Effects of Components of PM2.5 Collected in Japan on the Respiratory and Immune Systems // Int J Toxicol, 2017, vol. 36, no. 2, pp.153-164. https://doi.org/10.1177/1091581816682224

Jacquet A. Characterization of Innate Immune Responses to House Dust Mite Allergens: Pitfalls and Limitations // Front Allergy, 2021, no. 2, 662378. https://doi.org/10.3389/falgy.2021.662378

Manisalidis I., Stavropoulou E., Stavropoulos A., Bezirtzoglou E. Environmental and Health Impacts of Air Pollution: A Review // Front Public Health, 2020, vol. 8, 14. https://doi.org/10.3389/fpubh.2020.00014

Nanda A., Baptist A.P., Divekar R., Parikh N., Seggev J.S., Yusin J.S., Nyenhuis S.M. Asthma in the older adult // J Asthma, 2020, vol. 57, no. 3, pp. 241-252. https://doi.org/10.1080/02770903.2019.1565828

Shaw O.M., Sawyer G.M., Hurst R.D., Dinnan H., Martell S. Different immune and functional effects of urban dust and diesel particulate matter inhalation in a mouse model of acute air pollution exposure // Immunol Cell Biol, 2021, vol. 99, no. 4, pp. 419-427. https://doi.org/10.1111/imcb.12425

Veremchuk L. V., Vitkina T. I., Barskova L. S, Gvozdenko T. A., Mineeva E.E. Estimation of the size distribution of suspended particulate matters in the urban atmospheric surface layer and its influence on bronchopulmonary pathology // Atmosphere, 2021, vol. 12, no. 8. https://doi.org/10.3390/atmos12081010

Veremchuk, L.V.; Mineeva, E.E.; Vitkina, T.I.; Gvozdenko, T.A.; Golokhvast, K.S. Impact of atmospheric microparticles and heavymetals on external respiration function of urbanized territory population // Russian Open Medical Journal, 2017, vol. 6, no. 4, 402. https://doi.org/10.15275/rusomj.2017.0402

Veremchuk, L.V.; Yankova, V.I.; Vitkina, T.I.; Nazarenko, A.V.; Golokhvast, K.S. Urban air pollution, climate and its impact on asthma morbidity // Asian Pac. J. Trop. Biomed, 2016, vol. 6, no.1, pp. 76–79. https://doi.org/10.1016/j.apjtb.2015.10.001

Wang Q., Liu S. The Effects and Pathogenesis of PM2.5 and Its Components on Chronic Obstructive Pulmonary Disease // Int J Chron Obstruct Pulmon Dis, 2023, vol. 6, no. 18, pp. 493-506. https://doi.org/10.2147/COPD.S402122