И.Н. Лебедев, Л.П. Назаренко, В.П. Пузырёв ГУ НИИ медицинской генетики Томского научного центра СО РАМН, г. Томск Исследования параметров генетического здоровья работников Сибирского химического комбината, жителей г. Северска и прилегающих территорий ЦМСЧ-81

Биологические последствия влияния ионизирующего излучения на человека Соматические поражение соматических клеток Ранние(Острые) Отдаленные Генетические поражение половых клеток Ранние(Острые)Отдаленные Лучевая болезнь Местные лучевые поражения Лучевой канцерогенез Лучевое старение Гибель потомства, ВПР Нарушение фертильности КанцерогенезКанцерогенез Физиологическая неполноценность потомства

Исследования ГУ НИИ медицинской генетики ТНЦ СО РАМН по проблемам генетического здоровья работников Сибирского химического комбината и населения прилегающих территорий Назаренко С.А., Попова Н.А., Назаренко Л.П., Пузырёв В.П. Ядерно-химическое производство и генетическое здоровье // Томск: Печатная мануфактура, – 272 с. 1) гг. «Сравнительный анализ параметров генетического здоровья жителей г. Северска и прилегающих территорий Томской области». 2) гг. «Генетическое здоровье работников СХК, профессионально контактирующих с плутонием-239, и членов их семей». 3) гг. «Комплексный анализ структурно-функциональных изменений генома при комбинированном воздействии факторов радиационной и химической природы у работников СХК».

Уровни исследований генетических эффектов ионизирующего облучения 1. Популяционный. Исследование частоты врожденных пороков развития и груза наследственной патологии у жителей г. Северска, по сравнению с жителями г. Томска, населением ряда городов России и европейских стран. 2. Клеточный. Анализ спектра и частоты хромосомных нарушений в клетках работников СХК, жителей г. Северска и прилегающих территорий. 3. Молекулярный. Оценка частоты мутаций отдельных последовательностей ДНК в половых клетках работников СХК, контактирующих в ходе своей профессиональной деятельности с факторами ядерно-химического производства.

Три способа регистрации ВПР: 1. Регистрация у новорожденных 9 «легко» диагностируемых форм ВПР, однозначно выявляемых врачами всех специальностей (анэнцефалия, спиномозговая грыжа, расщелины губы и неба, полидактилия, редукционные пороки конечностей, атрезия пищевода, атрезия ануса, синдром Дауна и МВПР). 2. Стандартизованная система регистрации у детей в возрасте до 1 года 19 форм ВПР по правилам Европейского международного регистра EUROCAT. 3. Выявление у детей в возрасте до 1 года всех форм ВПР. За период с 1972 по 1998 гг. в г. Северске было проанализировано истории родов и развития новорожденных, а также протоколов анатомических вскрытий. Популяционный уровень: Анализ частоты врожденных пороков развития

Примечание : 1 – Назаренко С.А. с соавт., 2004; 2 - Назаренко Л.П., 1998; 3 - Иванов с соавт., 1997; 4 - Лурье, 1984; 5 - Каюпова, Куандыков, Частота 9 форм ВПР у новорожденных детей в городских популяциях Европы и Азии Тип ВПРЧастота ВПР (1:1000 новорожденных) Северск 1 Томск 2 Курск 3 Белоруссия 4 Казахстан 5 1) Синдром Дауна 0,781,711,261,281,24 2) МВПР 1,843,283,802,612,68 3) Анэнцефалия 0,080,290,110,310,33 4) Спинномозговая грыжа 0,370,640,340,540,47 5) Расщелина губы и/или неба 1,070,790,941,061,08 6) Полидактилия 0,940,520,490,580,45 7) Редукционные пороки конечностей 0,370,200,140,280,21 8) Атрезия ануса 0,080,160,260,130,17 9) Атрезия пищевода 0,320,140,230,150,22 Всего: 5,857,667,586,946,85

Динамика частот 9 форм ВПР (1:1000) у новорожденных г. Северска за три периода наблюдений * P = 0,01 * 1 сл. 2 случая

Средняя частота 19 форм ВПР (1:1000) у детей в возрасте до 1 года в России и по данным европейского регистра EUROCAT 1) Синдром Дауна 2) МВПР 3) Анэнцефалия 4) Спинномозговая грыжа 5) Расщелина губы 6) Расщелина неба 7) Полидактилия 8) Редукционные пороки конечностей 9) Атрезия ануса 10) Атрезия пищевода 11) Энцефалоцеле 12) Гидроцефалия 13) Микротия 14) Врожденные пороки сердца 15) Гипоспадия 16) Диафрагмальные грыжи 17) Агенезия и дисгенезия почек 18) Грыжа пупочного канатика 19) Гастрошизис

Частота всех форм ВПР у новорожденных в г. Северска, Томска в сравнении с некоторыми городскими популяциями России (1:1000 новорожденных)

Динамикачастот ВПР у новорожденных Динамика частот ВПР у новорожденных г. Северска с 1972 по 1998 гг. 1. Частота 9 форм ВПР, в этиологии которых наибольший удельный вес занимает мутационная компонента, в течение удельный вес занимает мутационная компонента, в течение 27-летнего периода наблюдения, т.е. на протяжении жизни одного 27-летнего периода наблюдения, т.е. на протяжении жизни одного поколения, не изменилась. поколения, не изменилась. 2. При регистрации 19 форм ВПР в г. Северске до 1993 г и после обнаружено достоверное повышение их сумарной частоты с 11,96 до 18,65 (p

Вывод: Уровень генетического груза в популяциях г. Северска и Томска сопоставим с другими популяциями России, проживающими на не загрязненных радионуклидами территориях. Популяционный уровень: Оценка груза наследственной патологии За период обследования в г. Северске было выявлено 114 семей со 138 больными с моногенными наследственными заболеваниями

РазрывывДНК Разрывы в ДНК Повреждение веретена клеточного деления Структурные хромосомные аберрации, генные мутации Числовые хромосомные нарушения: анеуплоидия, полиплоидия Клеточный уровень: Исследование частоты и спектра хромосомных нарушений

Структура и объем исследованного цитогенетического материала в отношении эффектов γ-облучения * - Реконструированная доза по ЭПР-спектрометрии эмали зубов (Федосеев, Смиренная, 1996); Материалсобранв период гг. Материал собран в период гг. Обследованная группа Число обследованных лиц Возраст (лет) Интегральная доза внешнего -облучения (бэр) Число изученных метафаз СХК СХК СЕВ САМ *4527 TOM КАР Всего:

Процент аберрантных метафаз у работников СХК с внешним -облучением, жителей г. Северска и прилегающих территорий Томской области * * * * - p < 0,05 - по сравнению с контролем (критерий Манна-Уитни) %

Двухударные хромосомные аберрации - дицентрические и кольцевые хромосомы (маркеры радиационного воздействия)

* * - p < 0,05 Частота дицентрических и кольцевых хромосом (маркеров радиационного воздействия) у работников СХК, жителей г.Северска и прилегающих территорий Томской области Спонтанная частота %

Структурныехромосомныенарушения у жителей г. Северска Структурные хромосомные нарушения у жителей г. Северска АБ ВГ А - одиночныйразрыв А - одиночный разрыв Б - парныйразрыв Б - парный разрыв В, Г - хроматидные обмены (маркеры химического мутагенеза)

* * * - p < 0,05 Частота хроматидных обменов (маркеров химического мутагенеза) у работников СХК, жителей г.Северска и прилегающих территорий Томской области * Вывод : Общая частота хромосомных аберраций у работников СХК и жителей г.Северска повышена за счет аберраций хроматидного типа, что свидетельствуют о воздействии мутагенов нерадиационной природы.

Сестринские хроматидные обмены (СХО) Тест на СХО более специфичен для выявления эффектов химического мутагенеза, чем эффектов радиактивного облучения, и особенно пригоден для выявления химических мутагенов, индуцирующих аберрации хроматидного типа. Поэтому он позволяет проверить предположение о наличии в пределах г. Северска мутагенных агентов нерадиационной природы, сделанный на основании анализа частоты и типов хромосомных нарушений у обследованных лиц.

Среднее число СХО на клетку у работников СХК, жителей г.Северска и прилегающих территорий * - р

Принцип флюоресцентной гибридизации in situ

Трисомия 12 Нормальные клетки с дисомией 11 и 16 Моносомия 7 Нуллисомия Х Дисомия Y Тетраплоидия Интерфазная цитогенетика

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Контроль Работники ядерно- химического производства 23% р=0,25 23% р=0,25 52% р=0,01 52% р=0,01 - Некультивированные лейкоциты- Культивированные лейкоциты (1 цикл репликации ДНК) Суммарная частота анеуплоидии по 6 исследованным хромосомам у контрольных лиц и работников ядерно- химического производства в некультивированных и культивированных клетках Назаренко, Тимошевский, 2005

Тест-система определения мутагенного влияния Обнаруженные закономерности могут быть положены в основу нового способа оценки мутагенного потенциала различных физических, химических и биологических факторов на основе технологии интерфазного цитогенетического анализа. Тимошевский В.А., Лебедев И.Н., Назаренко С.А. Биологическая индикация мутагенных воздействий: анализ числовых хромосомных нарушений в интерфазных клетках человека // Томск г. 40 с. Тимошевский В.А., Лебедев И.Н., Назаренко С.А. Биологическая индикация мутагенных воздействий: анализ числовых хромосомных нарушений в интерфазных клетках человека // Томск г. 40 с.

Тест-система определения мутагенного влияния Мутагенное влияние Отсутствие вредного воздействия Некультивированные и культивированные клетки Разность в частоте числовых хромосомных нарушений Значимое повышение Незначимое повышение Преимущество тест-системы: индивидуализация оценки мутагенного воздействия.

Межиндивидуальнаявариабельностьработников Межиндивидуальная вариабельность работников СХК по частоте хромосомных нарушений 1. У работников СХК, подвергающихся в процессе производственной деятельности облучению сходными дозами ионизирующей радиации, обнаружена выская межиндивидуальная вариабельность частоты хромосомных аберраций. 2. К категории лиц высокого генетического риска (частота хромосомных нарушений в 4 и более раз превышает спонтанный уровень) отнесено около 25% обследованных индивидов. 3. К категории лиц сверхвысокого генетического риска (превышение частоты спонтанного уровня в 10 и более раз) отнесено 8,5% работников. Вывод: Необходим постоянный цитогенетический мониторинг за состоянием хромосомного аппарата работников ядерно-химического производства с целью своевременного выявления групп повышенного генетического риска и дальнейшей профилактики заболеваний, особенно онкологической патологии.

Молекулярный уровень: Анализ частоты гаметических мутаций повторяющихся последовательностей ДНК Гаметические мутации микросателлитных локусов D11S1304 (а – материнского происхождения) и D11S1983 (б – отцовского происхождения), М – маркер молекулярного веса. М а М б

Частота гаметических мутаций повторяющихся последовательностей ДНК в семьях работников СХК и в контрольной группе Проведена оценка частоты мутаций повторяющихся последовательностей ДНК у детей из 60 семей работников СХК, получивших на момент рождения ребенка интеграль- ную дозу внешнего гамма- облучения от 1,5 до 137 бэр. Контрольная выборка состояла из 31 семьи, проживающей в поселке Каргала.Проведена оценка частоты мутаций повторяющихся последовательностей ДНК у детей из 60 семей работников СХК, получивших на момент рождения ребенка интеграль- ную дозу внешнего гамма- облучения от 1,5 до 137 бэр. Контрольная выборка состояла из 31 семьи, проживающей в поселке Каргала. В семьях работников СХК средняя частота мутаций составила 0,035 на локус на гамету на поколение, а в контрольных - 0,025.В семьях работников СХК средняя частота мутаций составила 0,035 на локус на гамету на поколение, а в контрольных - 0,025. Достоверных различий между группами не обнаружено. Достоверных различий между группами не обнаружено.

Выводы: 1)Установлено, что суммарные частоты ВПР в г. Северске, полученные с помощью 3 разных систем регистрации, являются величиной, сопоставимой с частотами ВПР, регистрируемыми в популяциях России и странах Европы. 2)Распространенность 9 форм ВПР, в этиологии которых лежит наибольшая мутационная компонента, в течение обследуемых периодов не изменилась. 3)Общий уровень генетического груза популяции г. Северска (2,07 × ) сопоставим с другими славянскими популяциями, проживающими на не загрязненных радионуклидами территориях.

Выводы: 5)Частота двухударных хромосомных аберраций (маркеров радиационного воздействия) у работников СХК и населения прилегающих территорий статистически значимо не отличается от спонтанного уровня, характерного для большинства популяций стран мира. 6)У работников СХК и жителей г. Северска выявляется повышенный уровень аберраций хроматидного типа и СХО – маркеров химического мутагенеза. 7)Работники ядерно-химического производства имеют высокую межиндивидуальную вариабельность по частоте хромосомных нарушений. Разработан алгоритм цитогенетического мониторинга работников предприятия, а также предложена новая тест-система для индивидуальной оценки мутагенной нагрузки через анализ уровня числовых хромосомных нарушений. 8)Отличий в частоте гаметических мутаций повторяющихся последовательностей ДНК между группами работников СХК и жителями пос. Каргала, обследованными в качестве контрольной группы, не обнаружено.