Relationship of bioelemental status and changes in the functional state of the lungs in EMERCOM firefighters of Russia

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Firefighters are characterized by constant interaction with smoke and various combustion products, which, entering the body can, affect the state of the respiratory system.

AIM: To study the relationship of the bioelemental status with alterations in the functional state of the lungs in firefighters of the Ministry of Emergency Situations of Russia.

METHODS: The work analyzed the data of 97 people from the territorial fire departments of the city of Saint Petersburg, directly involved in firefighting. The firefighters underwent a comprehensive medical examination, including an assessment of the bioelemental status in hair samples by inductively coupled plasma mass spectrometry.

RESULTS: As a result of the study, an increase in the content of toxic trace elements in firefighters was revealed in comparison with persons who did not participate in extinguishing the fire. Against the background of an increase in toxic trace elements, there was a decrease in vital ones. The relationship between the concentration of toxic trace elements and the state of the bronchopulmonary system in firefighters was revealed. The interrelation of the concentration of aluminum, silver and cadmium with a decrease in the diffusion capacity of the lungs, broncho obstructive changes and pulmonary fibrosis is shown. A significant increase in the content of silver was found in firefighters with broncho-obstructive changes compared to those with normal bronchial conduction.

CONCLUSION: The study illustrated the relationship between the levels of silver, aluminum, and cadmium and development of functional changes in the lungs..

About the authors

Marija A. Vlasenko

Nikiforov’s All-Russian Center for Emergency and Radiation Medicine (the Nikiforov’s NRCERM)

Email: vlasenkomaria@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2836-6891
SPIN-code: 6649-9224

MD, Cand. Sci. (Biol.), senior research associate

Russian Federation, Saint Petersburg

Maksim V. Sannikov

Nikiforov’s All-Russian Center for Emergency and Radiation Medicine (the Nikiforov’s NRCERM)

Email: smakv@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3969-9501
SPIN-code: 3663-4650

MD, Cand. Sci. (Med.), leader research associate

Russian Federation, Saint Petersburg

Marija V. Yakovleva

Nikiforov’s All-Russian Center for Emergency and Radiation Medicine (the Nikiforov’s NRCERM)

Email: iakorobok@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9709-8299
SPIN-code: 3229-4912

MD, Cand. Sci. (Biol.), leader research associate

Russian Federation, Saint Petersburg

Sergej S. Aleksanin

Nikiforov’s All-Russian Center for Emergency and Radiation Medicine (the Nikiforov’s NRCERM)

Author for correspondence.
Email: medicine@nrcerm.ru
ORCID iD: 0000-0001-6998-1669
SPIN-code: 1256-5967

MD, Dr. Sci. (Med.), professor, associate member of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Engelsman M, Toms LML, Banks A, et al. Biomonitoring in firefighters for volatile organic compounds, semivolatile organic compounds, persistent organic pollutants, and metals: a systematic review. Environ Res. 2020;188:109562. doi: 10.1016/j.envres.2020.109562
  2. Hu X, Chandler JD, Park S, et al. Low-dose cadmium disrupts mitochondrial citric acid cycle and lipid metabolism in mouse lung. Free Radic Biol Med. 2019;131:209–217. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2018.12.005
  3. Jing Y, Liu LZ, Jiang Y, et al. Cadmium increases HIF-1 and VEGF expression through ROS, ERK, and AKT signaling pathways and induces malignant transformation of human bronchial epithelial cells. Toxicol Sci. 2012;125(1):10–19. doi: 10.1093/toxsci/kfr256
  4. Sannikov MV, Aleksanin SS. Epidemiological analysis of results of in-depth medical examinations of professional rescuers of the EMERCOM of Russia. Medicо-Biological and Socio-Psychological Problems of Safety in Emergency Situations. 2009;(4):5–9. (In Russ).
  5. Kimura K, Nakano Y, Sugizaki T, et al. Protective effect of polaprezinc on cadmium-induced injury of lung epithelium. Metallomics. 2019;11(7):1310–1320. doi: 10.1039/c9mt00060g
  6. Vlasenko MA. Elementnyi status, pokazateli svobodnoradikal'nogo okisleniya i antioksidantnoi sistemy u sotrudnikov Federal'noi protivopozharnoi sluzhby MChS Rossii [dissertation]. Saint Petersburg, 2012. 24 p. Available from: https://www.dissercat.com/content/elementnyi-status-pokazateli-svobodnoradikalnogo-okisleniya-i-antioksidantnoi-sistemy-u-sotr (In Russ).
  7. Shantyr II, Yakovleva MV, Vlasenko MA, et al. Changes in the bioelemental state of firemen of the north-west region. Russian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology. 2018;(4):33–37. (In Russ).
  8. Cheng X, Zhou YC, Zhou B, et al. Systematic analysis of concentrations of 52 elements in tumor and counterpart normal tissues of patients with nonsmall cell lung cancer. Cancer Med. 2019;8(18):7720–7727. doi: 10.1002/cam4.2629
  9. Go YM, Orr M, Jones DP. Actin cytoskeleton redox proteome oxidation by cadmium. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2013;350(11):L831–L843. doi: 10.1152/ajplung.00203.2013
  10. Hu X, Fernandes J, Jones DP, Go YM. Cadmium stimulates myofibroblast differentiation and mouse lung fibrosis. Toxicology. 2017;383:50–56. doi: 10.1016/j.tox.2017.03.018
  11. Li FJ, Surolia R, Li H, et al. Low-dose cadmium exposure induces peribronchiolar fibrosis through site-specific phosphorylation of vimentin. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2017;313(1):L80–L91. doi: 10.1152/ajplung.00087.2017
  12. Tao C, Pei Y, Zhang L, Zhang Y. Microbial communities respond to microenvironments in lungs of mice under simulated exposure to cadmium aerosols. Sci Total Environ. 2020;710:136300. doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.136300
  13. Assad N, Sood A, Campen MJ, Zychowski KE. Metals-induced pulmonary fibrosis. Curr Environ Health Rep. 2018;5(4):486–498. doi: 10.1007/s40572-018-0219-7
  14. Braakhuis HM, Cassee FR, Fokkens PH, et al. Identification of the appropriate dose metric for pulmonary inflammation of silver nanoparticles in an inhalation toxicity study. Nanotoxicology. 2016;10(1):63–73. doi: 10.3109/17435390.2015.1012184
  15. Ma W, He S, Ma H, et al. Silver nanoparticle exposure causes pulmonary structural damage and mitochondrial dynamic imbalance in the rat: protective effects of sodium selenite. Int J Nanomedicine. 2020;15:633–645. doi: 10.2147/IJN.S232986
  16. Cao DJ, Aldy K, Hsu S, et al. Review of health consequences of electronic cigarettes and the outbreak of electronic cigarette or vaping product use-associated lung injury. J Med Toxicol. 2020;16(3):295–310. doi: 10.1007/s13181-020-00772-w
  17. Guo C, Buckley A, Marczylo T, et al. The small airway epithelium as a target for the adverse pulmonary effects of silver nanoparticle inhalation. Nanotoxicology. 2018;12(6):539–553. doi: 10.1080/17435390.2018.1465140
  18. Feng W, Huang X, Zhang C, et al. The dose–response association of urinary metals with altered pulmonary function and risks of restrictive and obstructive lung diseases: a population-based study in China. BMJ Open. 2015;5(5):e007643. doi: 10.1136/bmjopen-2015-007643

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The proportion of surveyed firefighters with reduced, nominal and increased concentrations of toxic elements.

Download (164KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The proportion of surveyed firefighters with reduced, normal and increased values of vital elements, %.

Download (169KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The proportion of firefighters with an increased content of toxic trace elements in hair samples among persons with or without bronchial obstruction, %.

Download (160KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The proportion of firefighters with an increased toxic trace elements concentration in hair samples among persons with reduced and normal lung diffusion capacity, %.

Download (183KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. The proportion of firefighters with an increased toxic trace elements concentration in hair samples among persons with the presence and absence of radiological changes in the lungs, %.

Download (166KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».