Обзор современного состояния науки о биомаркерах металлов

Цель обзора: Биомаркеры широко используют в эпидемиологических исследованиях для оценки воздействия металлов и металлоидов и определения внутренней дозы, поскольку они интегрируют воздействие из различных источников и разными путями. Исследователи всё чаще применяют панели для одновременного определения нескольких металлов и современные статистические методы, чтобы понять, как воздействие реальных смесей металлов влияет на здоровье человека. Металлы имеют общие и уникальные источники и пути воздействия, а также различные пути биотрансформации и выведения. Развитие многоэлементных аналитических технологий позволяет исследовать широкий спектр металлов, однако интерпретация результатов сложна: биомаркеры могут отражать разные периоды воздействия, а ряд из них имеет существенные ограничения. В настоящем обзоре, основанном более чем на 500 научных публикациях, обсуждаются основные источники воздействия, биотрансформация и выведение, а также биомаркеры воздействия и внутренней дозы для 12 металлов и металлоидов, включая 8 неэссенциальных элементов (мышьяк, барий, кадмий, свинец, ртуть, никель, олово и уран) и 4 эссенциальных элемента (марганец, молибден, селен и цинк), которые часто включают в многоэлементные анализы.

Последние результаты: Мы пришли к выводу, что не все биомаркеры металлов адекватно отражают воздействие и что для их интерпретации необходимо понимать метаболическую биотрансформацию и выведение металлов. Например, цельная кровь является хорошим биомаркером воздействия мышьяка, кадмия, свинца, ртути и олова, но не подходит для оценки воздействия бария, никеля и урана. Интерпретация биомаркеров эссенциальных металлов в цельной крови для некоторых элементов остаётся неясной. Моча — наиболее часто используемый биоматериал для оценки воздействия различных металлов, однако её не следует использовать для оценки воздействия свинца. Эссенциальные металлы, такие как цинк и марганец, находятся под строгим контролем гомеостатических механизмов; поэтому повышенное содержание этих элементов в моче может отражать их потери из организма и метаболические процессы, а не избыточное воздействие. Общая концентрация мышьяка в моче может отражать воздействие как органических, так и неорганических соединений мышьяка, поэтому в популяциях, употребляющих морепродукты, необходимо определять химические формы мышьяка и учитывать содержание арсенобетаина. Волосы и ногти преимущественно отражают воздействие органической ртути, за исключением групп населения, подвергающихся воздействию высоких концентраций неорганической ртути, например в производственных и природоохранных условиях. При выборе биомаркеров также крайне важно учитывать интересующий период воздействия. Большинство людей длительно подвергаются воздействию металлов в низких или умеренных концентрациях, тогда как многие биомаркеры отражают недавнее воздействие. В этом отношении ногти на ногах становятся перспективными биомаркерами. Они надёжно отражают длительное воздействие мышьяка, ртути, марганца и селена. Однако для понимания роли ногтей как биомаркеров воздействия других металлов необходимы дальнейшие исследования. Зубы также всё чаще используют для оценки воздействия ряда эссенциальных и неэссенциальных металлов на протяжении всей жизни, включая свинец и воздействие в пренатальный период. По мере того как эпидемиология воздействия металлов переходит к изучению нескольких металлов и их смесей и расширяет панели за счёт менее изученных элементов, исследователям важно хорошо понимать свойства включённых в анализ биомаркеров металлов. Этот обзор призван помочь исследователям, изучающим воздействие металлов, при планировании анализа, принятии обоснованных аналитических решений, а также корректном понимании и интерпретации результатов.