Application inductively coupled plasma mass spectrometry for assessing the content of essential and toxic elements in whole blood of unexposed adults in the Russian Federation

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Determination of the essential and toxic elements in human blood is an important and urgent task in monitoring, environmental, and hygienic studies accomplished in evidence-based medicine when the population health risks are assessed.

AIM: Biomonitoring of unexposed adult population in the Russian Federation, interpretation of the obtained data taking into account international requirements.

MATERIAL AND METHODS: The contents of V, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, As, Se, Sr, Cd, Tl and Pb were determined in the blood of adults (n=80, aged 45.8±3.7 years) living in rural areas in the Western Urals region of the Russian Federation and in the territory of the North of Eastern Siberia (n=90, age 38.2±7.6 years). The measurements were carried out using Agilent 7500cx quadrupole inductively coupled plasma mass spectrometer (Agilent Technologies, USA) with an octopole reaction-collision cell (ORS) in conformity with the Methodical guidelines 4.1.3230-14 and 4.1.3161-14 (FR.1.31.2014.17064) developed by the authors. We compared the range of P5–P95 values for unexposed groups of the adult population of the Western Urals and the North of Eastern Siberia with data from hygiene studies in Germany, Italy, France, and Canada.

RESULTS: The arithmetic mean content of elements in blood of adults Western Urals region amounted to 0.13 µg/l (V); 4.75 µg/l (Cr); 13.41 µg/l (Mn); 4.06 µg/l (Ni); 827 µg/l (Cu); 5369 µg/l (Zn); 0.42 µg/l (As); 123 µg/l (Se); 22.75 µg/l (Sr); 0.45 µg/l (Cd); 0.04 μg/l (Tl); 14.37 µg/l (Pb). The validity of the results was confirmed by analyzing standard samples of SERONORMTM Whole Blood L1 and SERONORMTM Whole Blood L2 (Norway). The results are presented as basic statistical indicators: minimum and maximum values, arithmetic mean, 5th, 50th, 95th percentiles and are interpreted in accordance with up-to-date international requirements.

CONCLUSION: We compared the range of P5–P95 values for unexposed groups of adults in the Western Urals and the North of Eastern Siberia region with the results produced by several hygienic studies conducted in Germany, Italy, France and Canada. As a result, we established elevated concentrations of chromium, manganese, and nickel in the blood of adults from Russia. The contents of copper, zinc, selenium, and arsenic in the blood of adults living in the Russian Federation were different from the reference values used in such diagnostic laboratories as ALS Scandinavia, SIVR List Italy and in the monograph by Norbert Titz (USA).

About the authors

Nina V. Zaitseva

Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies

Email: znv@fcrisk.ru
ORCID iD: 0000-0003-2356-1145
SPIN-code: 7036-3511

Dr. Sci. (Med.), professor, academician of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, Perm'

Tatyana S. Ulanova

Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies

Email: ulanova@fcrisk.ru
ORCID iD: 0000-0002-9238-5598
SPIN-code: 3377-6293

Dr. Sci. (Biol.)

Russian Federation, Perm'

Anna V. Nedoshitova

Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies

Author for correspondence.
Email: nedoshitova@fcrisk.ru
ORCID iD: 0000-0001-6514-7239
SPIN-code: 5351-7920

research associate

Russian Federation, Perm'

Galina A. Veikhman

Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies

Email: veikhman_ga@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8490-7624
SPIN-code: 3823-3178

Cand.Sci. (Pharm.), leading researcher

Russian Federation, Perm'

Marina V. Volkova

Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies

Email: volkova@fcrisk.ru
ORCID iD: 0000-0002-0600-4075
SPIN-code: 1404-8142

research associate

Russian Federation, Perm'

Elena V. Stenno

Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies

Email: stenno@fcrisk.ru
ORCID iD: 0000-0001-5772-2379
SPIN-code: 2237-1186
Russian Federation, Perm'

References

  1. Markova OL, Shilov VV, Kuznetsov AV, Metelitsa ND. Comparative assessment of approaches to human biomonitoring problem by national and foreign researchers (literature review). Hygiene and Sanitation. 2020;99(6): 545–550. (In Russ). doi: 10.33029/0016-9900-2020-99-6-545-550
  2. Shilov VV, Markova OL, Kuznetsov AV. Biomonitoring of influence of harmful chemicals on the basis of the modern biomarkers. Literature review. Hygiene and sanitation. 2019;98(6):591–596. (In Russ). doi: 10.18821/0016-9900-2019-98-6-591-596
  3. Zvereva VV, Trunova VA. Determination of the elemental composition of tissues of the cardiovascular system by atomic spectrometry, mass spectrometry and X-Ray spectrometry methods. Journal of analytical chemistry. 2012;67(7):677–696. (In Russ).
  4. Kaletina NI. Toxicological chemistry. Metabolism and analysis of toxicants. Moscow; 2008. 1016 p. (In Russ).
  5. WHO. Human biomonitoring: facts and figures. WHO european regional office; 2015.
  6. https://www.cdc.gov/ [Internet]. Third national report on human exposure to environmental chemicals: centers for disease control and prevention. Atlanta, Georgia, USA; 2005. [cited 2022 March 22]. Available from: https://www.cdc.gov/exposurereport/data_tables.html
  7. Schulz C, Wilhelm M, Heudorf U, Kolossa-Gehring M; Human Biomonitoring Commission of the German Federal Environment Agency. Update of the reference and HBM values derived by the German Human Biomonitoring Commission. Int J Hyg Environ Health. 2011;215(1):26–35. doi: 10.1016/j.ijheh.2011.06.007
  8. Ewers U, Krause C, Schulz C, Wilhelm M. Reference values and human biological monitoring values for environmental toxins. Report on the work and recommendations of the Commission on Human Biological Monitoring of the German Federal Environmental Agency. Int Arch Occup Environ Health. 1999;72(4):255–260. doi: 10.1007/s004200050369
  9. Saravanabhavan G, Werry K, Walker M, et al. Human biomonitoring reference values for metals and trace elements in blood and urine derived from the Canadian Health Measures Survey 2007–2013. Int J Hyg Environ Health. 2017;220(2 Pt A): 189–200. doi: 10.1016/j.ijheh.2016.10.006
  10. Methodological instructions 2.1.10.2809-10. Population health in connection with the state of the environment and living conditions of the population (approved by Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Wellbeing 28.10.2010). Moscow; 2011. (In Russ).
  11. Ulanova TS, Nurislamova TV, Karnazhitskaya TD, Gileva OV. Methodical peculiarities and guidelines for the determination of chemical compounds and elements in the biological matrices. Hygiene and sanitation. 2016;95(1):112–116. (In Russ). doi: 10.18821/0016-9900-2016-95-1-112-116
  12. Tietz NW. Clinical guide to laboratory tests. 4th edition. USA: W.B. Saunders Compani; 2006.
  13. Reference data biomonitoring. Trace elements in human biological material [Internet]. ALS Scandinavia: 2014 [cited 2022 March 22]. Available from: https://www.alsglobal.se/media-se/pdf/reference_data_biomonitoring.pdf
  14. Egorov AI, Ilchenko IN, Lyapunov SM, et al. Application of a standardized human biomonitoring methodology to assess prenatal exposure to mercury. Hygiene and sanitation. 2014;93(5):10–18. (In Russ).
  15. Seregina IF, Bol'shov MA, Filatova DG, Lanskaya SY, Osipov K. Matrix interference in the determination of elements in biological samples by inductively coupled plasma-mass spectrometry and methods for its elimination. Journal of analytical chemistry. 2019;74(2):136–146. (In Russ). doi: 10.1134/S0044450219020117
  16. Ivanenko NB, Ganeev AA, Solovyev ND, Moskvin LN. Determination of trace elements in biological fluids. Journal of analytical chemistry. 2011;66(9):900–915. (In Russ).
  17. Patent RUS N 2585369C1. Method for determining the content of cadmium, lead, arsenic, chromium, nickel, copper, zinc, manganese, vanadium, strontium, selenium, thallium in the blood by inductively coupled plasma mass spectrometry. Zajceva NV, Ulanova TS, Vejhman GA, Stenno EV, Gileva OV, Nedoshitova AV. Available from: https://patentimages.storage.googleapis.com/30/20/95/531c5544c0168f/RU2585369C1.pdf (In Russ).
  18. Ulanova TS, Gileva OV, Stenno EV, Veikhman GA, Nedoshitova AV. Determination of strontium content in whole blood and urine by ICP-MS. Biomedical chemistry. 2015;61(5):613–616. (In Russ). doi: 10.18097/PBMC20156105613
  19. Gileva OV, Ulanova TS, Viekhman GA, Nedoshitova AV, Stenno EV. Methodical assurance of the assessment of toxic and essential elements in human biological matrices. Hygiene and sanitation. 2016;95(1):116–121. (In Russ). doi: 10.18821/00169900-2016-95-1-116-121
  20. Ulanova TS, Stenno EV, Veikhman GA, Nedoshitova AV. Methodical and practical aspects related to total mercury determination in whole blood, urine and hair with mass-spectrometry with inductively coupled plasma. Health risk analysis. 2018;(2):119–128. (In Russ). doi: 10.21668/health.risk/2018.2.14
  21. Ulanova TS, Veikhman GA, Nedoshitova AV. Methodical peculiarities and practice of determining aluminum in blood and urine via mass spectrometry with inductively coupled plasma. Health risk analysis. 2019;(4):165–174. (In Russ). doi: 10.21668/health.risk/ 2019.4.18
  22. Zaitseva NV, Ulanova TS, Veikhman GA, Stenno EV, Nedoshitova AV. Features of the elemental composition of whole blood in children’s population of the Western Ural. Hygiene and sanitation. 2019;98(12):1408–1413. (In Russ). doi: 10.47470/0016-9900-2019-98-12-1408-1413
  23. Second report on human biomonitoring of environmental chemicals in Canada. Results of the Canadian health measures survey cycle 2 (2009–2011). [Internet]. Health Canada Ottawa; 2013. [cited 2022 March 22]. Available from: https://www.canada.ca/content/dam/hc-sc/migration/hc-sc/ewh-semt/alt_formats/pdf/pubs/contaminants/chms-ecms-cycle2/chms-ecms-cycle2-eng.pdf
  24. Goullé JP, Mahieu L, Castermant J, et al. Metal and metalloid multi-elementary ICP-MS validation in whole blood, plasma, urine and hair. Reference values. Forensic Sci Int. 2005;153(1):39–44. doi: 10.1016/j.forsciint.2005.04.020
  25. Alimonti A, Bocca B, Mannella E, et al. Assessment of reference values for selected elements in a healthy urban population. Ann Ist Super Sanita. 2005;41(2):181–187.
  26. Heitland P, Köster HD. Biomonitoring of 37 trace elements in blood samples from inhabitants of northern Germany by ICP-MS. J Trace Elem Med Biol. 2006;20(4):253–262. doi: 10.1016/j.jtemb.2006.08.001
  27. SIVR circuit laboratory or literature valuation: 5–95th of reference values in blood of Italian population. 2005.
  28. Sanders T, Liu Y, Buchner V, Tchounwou PB. Neurotoxic effects and biomarkers of lead exposure: a review. Rev Environ Health. 2009;24(1):15–45. doi: 10.1515/reveh.2009.24.1.15
  29. Kutsenko SA. Fundamentals of toxicology. Saint Petersburg: 2004, 720 р. (In Russ).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Arsenic concentration (Р95) in blood adults, µg/l.

Download (44KB)
3. Fig. 2. Manganese concentration (Р95) in blood adults, µg/l.

Download (55KB)
4. Fig. 3. Nickel concentration (Р95) in blood adults, µg/l.

Download (53KB)
5. Fig. 4. Chromium concentracion (Р95) in blood adults, µg/l.

Download (40KB)

Copyright (c) 2022 Zaitseva N.V., Ulanova T.S., Nedoshitova A.V., Veikhman G.A., Volkova M.V., Stenno E.V.

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».