Биомаркеры и нагрузка на организм

Биомаркеры измеряют агенты, их метаболиты или их биологические эффекты внутри организма, предоставляя информацию о внутренней дозе, которую невозможно получить с помощью внешнего мониторинга. Нагрузка на организм (body burden) относится к общему количеству стойкого агента, накопленного в организме в данный момент времени, интегрируя воздействие, которое могло накапливаться годами.

Definition

Биомаркер — это характеристика, измеряемая в биологическом образце, которая указывает на воздействие, эффект или восприимчивость к агенту; нагрузка на организм — это общее количество вещества, присутствующего в организме, отражающее баланс поступления, распределения и выведения.

Scope

Тема охватывает основные классы биомаркеров, связанных с экологическим здоровьем, — воздействия, эффекта и восприимчивости, — концепцию нагрузки на организм для стойких агентов, а также вопросы интерпретации периода полувыведения, физиологической нормализации и того, что внутреннее измерение показывает и не показывает о внешнем воздействии. Это справочный материал, а не руководство по клиническому тестированию или интерпретации.

Core questions

• Что раскрывает внутренний биомаркер, чего не может измерение внешнего воздействия?
• Чем отличаются биомаркеры воздействия, эффекта и восприимчивости?
• Как период полувыведения агента влияет на значение единичного измерения?
• Как следует нормализовать концентрации биомаркеров для учета физиологических вариаций?

Key concepts

• Биомаркер воздействия
• Биомаркер эффекта
• Биомаркер восприимчивости
• Нагрузка на организм
• Внутренняя (доставленная) доза
• Биологический период полувыведения
• Нормализация по креатинину и удельному весу

Mechanisms

После абсорбции агент распределяется, метаболизируется и выводится; измерение исходного соединения или метаболита в крови, моче или других матрицах позволяет оценить фактически полученную внутреннюю дозу. Интерпретация зависит от биологического периода полувыведения агента: короткоживущие агенты отражают недавнее воздействие и сильно варьируются изо дня в день, в то время как стойкие, липофильные агенты накапливаются до нагрузки на организм, которая интегрирует долгосрочное поступление. Биомаркеры эффекта (такие как изменения ферментов или аддукты) отражают последующие биологические реакции, а биомаркеры восприимчивости индексируют межиндивидуальные различия в обработке агента (Biomarkers Definitions Working Group 2001). Точечные измерения, особенно в моче, должны быть скорректированы на разведение с использованием креатинина или удельного веса, чтобы быть сопоставимыми между людьми (Barr 2005).

Clinical relevance

Измерения биомаркеров и нагрузки на организм служат основой для исследований связи воздействия и заболевания с внутренней дозой и лежат в основе программ популяционного биомониторинга. Представленный здесь материал объясняет, как такие измерения интерпретируются в исследованиях; он не является основой для индивидуальной диагностической проверки, интерпретации результатов или лечения, которые требуют клинического контекста и референтных значений.

Epidemiology

Популяционный биомониторинг показывает широко распространенные обнаруживаемые нагрузки на организм многими экологическими агентами и выявляет, как концентрации варьируются в зависимости от возраста, пола и физиологического состояния, поэтому корректировка на разведение важна при сравнении популяций (Barr 2005). Концепция экспозома рассматривает комплексное измерение биомаркеров как способ охвата всей совокупности внутреннего воздействия, имеющего отношение к заболеванию (Wild 2005; Rappaport & Smith 2010).

Evidence & guidelines

Трехсторонняя классификация биомаркеров на биомаркеры воздействия, эффекта и восприимчивости, а также различие между биомаркерами и суррогатными конечными точками, следуют широко цитируемой концептуальной рамке Рабочей группы по определениям биомаркеров (Biomarkers Definitions Working Group, 2001); методы нормализации мочи задокументированы в крупных популяционных исследованиях (Barr 2005).

History

Биологический мониторинг развился из медицины труда, где измерения свинца и других агентов в крови и моче долгое время служили для оценки воздействия на работников. Национальные обследования биомониторинга с конца двадцатого века распространили этот подход на целые популяции, а концептуальная рамка определений 2001 года и концепция экспозома 2005 года закрепили биомаркеры как центральный инструмент экологической эпидемиологии.

Debates

Насколько хорошо концентрация биомаркера отражает внешнее воздействие?

Единичное внутреннее измерение отражает токсикокинетику в той же степени, что и поступление, поэтому для короткоживущих агентов оно фиксирует только недавнее воздействие и может искажать обычное воздействие; интерпретация биомаркеров как метрик воздействия требует учета периода полувыведения и физиологической нормализации.

Key figures

• Dana Boyd Barr
• Christopher Wild
• Stephen Rappaport

Seminal works

• biomarkers-wg-2001
• barr-2005
• wild-2005

Frequently asked questions

В чем разница между биомаркером воздействия и биомаркером эффекта?

Биомаркер воздействия измеряет агент или его метаболит в организме, чтобы показать, что абсорбция произошла, в то время как биомаркер эффекта измеряет результирующее биологическое изменение, такое как изменение фермента, которое находится на пути между воздействием и заболеванием.

Почему период полувыведения агента важен при интерпретации биомаркера?

Для быстро выводящихся агентов единичное измерение отражает только недавнее воздействие и может сильно варьироваться изо дня в день, тогда как для стойких агентов измерение отражает накопленную нагрузку на организм, интегрирующую долгосрочное воздействие.