Биологические маркеры профессионального здоровья и долголетия работников в сфере железнодорожного транспорта

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-25-10039

НазваниеБиологические маркеры профессионального здоровья и долголетия работников в сфере железнодорожного транспорта

Руководитель Кратасюк Валентина Александровна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" , Красноярский край

Конкурс №76 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-310 - Персонифицированная медицина

Ключевые слова Персонифицированная медицина, биологический паспорт, профессиональное долголетие, профессиональное выгорание, стрессовое состояние, железнодорожный транспорт, здоровьесберегающие биотехнологии, сигнальные системы, слюна, биолюминесценция, факторы стресса, безопасность.

Код ГРНТИ34.17.53

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на развитие научных основ мониторинга профессионального долголетия работников железнодорожного транспорта для решения фундаментальной научной задачи исследования механизмов влияния стрессовых состояний на организм человека. В качестве основного результата проекта предлагается создание персонифицированного паспорта работоспособности каждого человека, позволяющего контролировать состояние организма в норме и при отклонении от нормы, что актуально для предупреждения аварийных ситуаций на транспорте. Для создания такой системы мониторинга необходимо выявить биологические маркеры профессионального здоровья и маркеры стрессовых состояний организма, найти прогностические критерии оценки важности каждого маркера и его вклада в стрессовое состояние, разработать объективные методы оценки функционального состояния организма человека по количеству или активности этих биологических маркеров, оптимизировать количество методов оценки стрессовых состояний работающих в условиях длительных эмоциональных и умственных нагрузок, найти и обосновать интегральные экспрессные методы диагностики. Персонифицированная квалификационная карта-методика оценки физиологического статуса организма работника будет создана на основе биолюминесцентных, спектральных и биохимических методов, количественного анализа активности биомаркеров в функциональных пробах биологической жидкости (смешанная слюна) при стрессовых профессиональных нагрузках и в норме с учетом индивидуальных особенностей организма исследуемых. Такой подход позволит эффективно управлять процессом обучения работников, прогнозировать успешность выполнения ими профессиональной деятельности, а также выявлять наличие признаков нетрудоспособности (острых и/или обострения хронических заболеваний), психотравмирующих ситуаций и других факторов, ухудшающих работоспособность. Актуальность темы обусловлена необходимостью непрерывного мониторинга состояния здоровья оперативных работников и руководителей железной дороги, с целью предотвращения допуска на работу лиц, снижающих безопасность движения и объективной оценкой работоспособности сотрудников для создания человеко-ориентированной рабочей среды.. Научная новизна проекта состоит в выборе и обосновании системы биомаркеров стресса на основе корреляционных зависимостей между результатами экспрессных биолюминесцентных биотестов и стандартных методов обследования организма человека, создании научных основ прогностической системы экспрессного контроля за работоспособностью человека. Не смотря на то, что платформенная биолюминесцентная технология к настоящему времени достаточно хорошо разработана и продемонстрировано ее эффективное применение для экспрессного экологического мониторинга, применение платформенной технологии для контроля стрессовых состояний организма человека является новым направлением и требует проведения специальных новых исследований. В этом направлении научным коллективом проекта пока только обнаружена корреляция результатов биолюминесцентного тестирования слюны от степени физической и эмоциональной нагрузки, что является основанием для настоящего проекта. Для понимания факторов, определяющих изменение интегрального показателя биолюминесцентного тестирования слюнной жидкости, необходимо выявить закономерности влияния ряда биомаркеров в смешанной слюне на информативные характеристики экспрессного интегрального метода в зависимости от показателей ранее используемых параметров медицинского обследования работников, подобрать условия пробоподготовки анализируемых образцов, найти условия анализа, обеспечивающего высокую чувствительность, точность и надежность персонифицированного анализа, а также найти удобный инструмент прогнозирования состояния организма на основе новых компьютерных технологий

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Есимбекова Е.Н., Торгашина И.Г., Немцева Е.В., Кратасюк В.А. Enzymes Immobilized into Starch- and Gelatin-Based Hydrogels: Properties and Application in Inhibition Assay Micromachines, 2023, 14, 2217 (год публикации - 2023)
10.3390/mi14122217

2. В.А. Кратасюк, Е.Н. Есимбекова От ферментативных биотестов до биосенсоров: методы, реагенты и приборы. Материалы X Съезда Российского фотобиологического общества. «Современные проблемы фотобиологии». Шепси, Россия. Пущино: ФИЦ ПНЦБИ РАН, Материалы X Съезда Российского фотобиологического общества. «Современные проблемы фотобиологии». Шепси, Россия. Пущино: ФИЦ ПНЦБИ РАН, 2023-215-216 с. (год публикации - 2023)

3. А. В. Зеньков Г. В. Жукова Е. В. Смирнова В. А. Кратасюк Применение статистических методов для поиска биологических маркеров профессионального долголетия на основе биолюминесцентного тестирования Материалы XIX Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «ПРОСПЕКТ СВОБОДНЫЙ – 2023», Красноярск, Материалы XIX Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «ПРОСПЕКТ СВОБОДНЫЙ – 2023», 2023-1099-1101с. (год публикации - 2023)

4. С. К. Митрофанова, Г. В. Жукова О. С. Сутормин Подбор условий для биолюминесцентного ферментативного тестирования нефтепродуктов в почве Материалы XIX Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «ПРОСПЕКТ СВОБОДНЫЙ – 2023», Красноярск, Материалы XIX Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «ПРОСПЕКТ СВОБОДНЫЙ – 2023», 2023-1107-1110с. (год публикации - 2023)

5. Л.В. Степанова, В.А. Кратасюк, О.А. Коленчукова, Г.В. Жукова. Биолюминесцентный анализ слюны работников железнодорожного транспорта для мониторинга состояния организма при трудовой нагрузке. Материалы X Съезда Российского фотобиологического общества. «Современные проблемы фотобиологии». Шепси, Россия. Пущино: ФИЦ ПНЦБИ РАН, Материалы X Съезда Российского фотобиологического общества. «Современные проблемы фотобиологии». Шепси, Россия. Пущино: ФИЦ ПНЦБИ РАН 2023. - 240-241 с. (год публикации - 2023)

6. Жукова Г.В. Новый подход в прогнозировании профессиональной пригодности работника железнодорожного транспорта Сборник трудов междисциплинарной конференции молодых учёных ФИЦ КНЦ СО РАН, 18 апреля 2024 г., г. Красноярск (год публикации - 2024)

7. Степанова Л.В., Коленчукова О.А., Жукова Г.В., Сутормин О.С. , Кратасюк В.А. Применение биолюминесцентного ферментативного биотеста для анализа слюны работников железнодорожного транспорта с целью мониторинга функционального состояния организма в условиях трудовой деятельности БИОФИЗИКА/Biophysics, 2024, том 69, № 3, с. 674–683 (год публикации - 2024)
10.31857/S0006302924030224

8. Малышева В.В., Степанова Л.В., Вышедко А.М., Бельская Л.В. ,Сарф Е.А. ,Халджанова З. ,Коленчукова О.А., Кратасюк В.А. Влияние компонентного состава слюны на направленность биферментного биолюминесцентного анализа в зависимости от вида физической нагрузки БИОФИЗИКА/Biophysics, 2024, том 69, № 3, с. 664–673 (год публикации - 2024)
10.31857/S0006302924030215

9. Жукова Г.В., Кратасюк В.А., Мазняк Н.В. Способ неинвазивной диагностики и контроля физической нагрузки спортсменов Материалы ХIX международной научной конференции Актуальные вопросы биологической физики и химии БФФХ – 2024 г. Севастополь, 16-20 сентября 2024 г. (год публикации - 2024)

10. Жукова Г.В., Сутормин О.С, Степанова Л. В. и Кратасюк В. А. Прогнозирование профессиональной успешности работника в условиях воздействия трудовых нагрузок: новый подход ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА/Human Physiology, том 50, № 5, 2024, с. 87–94 (год публикации - 2024)
10.31857/S0131164624050092

11. Афер Е.Р., Жукова Г.В. Подбор метода обработки данных биолюминесцентного анализа Материалы юбилейной XX Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Проспект свободный – 2024" г. Красноярск 15 – 20 апреля 2024 г. (год публикации - 2024)

12. Мартыщук П.А., Жукова Г.В., Шуваев А.Н. Использование алгоритмов машинного обучения для определения факторов, влияющих на результаты биолюмисцентного тестирования Материалы юбилейной XX Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Проспект свободный – 2024" Красноярск 15 – 20 апреля 2024 г. (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Для разработки методики определения профессионального долголетия работника впервые был предложен и обоснован комплексный подход, включающий одновременную количественную оценку показателей слюнной жидкости с биолюминесцентным методом и последующей их обработкой методами многомерной статистики, а так же учитывающий стандартный медицинский профильный осмотр, на основе этого подхода была предложена и обоснована методики для определения количественных показателей состава слюны, изменяющихся под влиянием трудовой нагрузки и трудового стресса. Для анализа физиологического состояния организма работников во время трудовой нагрузки под влиянием внешних случайных факторов (половозрастные особенности, стаж работы, питание, режим сна, режим работы и переработки, вредные привычки и др.) была создана электронная квалификационная карта работников железнодорожного транспорта с использованием программного сервиса Multiforms, которая упростила получение информации о суточных изменениях организма работников в процессе рабочего дня, обеспечила быструю обратную связь с участниками экспериментов. Программный продукт Multiforms наиболее соответствует задачам проекта, адаптирован к персонифицированной информации, обеспечивает наполнение сервиса информацией, выбраны и оптимизированы условия для этого. Создана база данных, содержащая полную информацию об исследуемых, позволяющая проводить анализ информации с целью определения корреляции между разными характеристиками и результатами биолюминесцентного теста. Показана необходимость внесения в базу данных аминокислотных профилей слюны в норме и при стрессовых нагрузках. Показана возможность обновления базы данных на основе новых данных. На основе корреляционной зависимости между показателем биолюминесцентного тестирования, биохимического и ферментативного составов слюнной жидкости, а также медико-физиологического статуса организма выявлены закономерности влияния ряда биомаркеров в смешанной слюне на информативные характеристики экспрессного интегрального метода в зависимости от показателей ранее используемых параметров медицинского обследования работников. Для корректной интерпретации результатов персонифицированных тестов выбран метод анализа биомедицинских данных Random Forest. Для создания профиля организма человека методом кросс-валидации в паспорте выбран минимум характеристик. Показана перспективность ансамблевых алгоритмов машинного обучения Random Forest для решения 2 типов задач: классификационной (Random Forest Classifier библиотеки scikit-learn) и регрессионной (Random Forest Regressor библиотеки scikit-learn). При этом определялись точность прогноза, значимость каждого из факторов влияния на ЛИ, наиболее важными оказались концентрация лактата, уровень глюкозы и холестерина и pH в крови, фактор курения. Метод Random Forest может быть составной частью персонифицированного биолюминесцентного биосенсора для оценки влияния стрессовых и трудовых нагрузок на организм человека. По результатам биотеста относительно здоровые сотрудники разделились на 2 подгруппы: для первой - характерно устойчивое повышение уровня ЛИ после рабочего дня, для второй - устойчивое понижение ЛИ после рабочего дня. Различия в реакции здоровых испытуемых на трудовые нагрузки объясняются особенностями окислительно-восстановительного метаболизма организма: анаэробного или аэробного. В группе риска было выявлено как повышение, так и понижение величины ЛИ после трудового дня из-за малого опыта работы в профессии, курения, употребления кофе, привычки не завтракать перед сменой и др. Механизмы снижения влияния рабочей нагрузки на работников, необходимы для создания условий для профилактики трудовых перегрузок, когда нужно учитывать особенности окислительно-восстановительного метаболизма организма и минерального обмена. Разработан регламент определения уровня работоспособности диспетчеров железнодорожного транспорта. Выявлены факторы, вызывающие хроническое утомление для создания профилактических условий (временные интервалы для отдыха во время смены, диспансерное наблюдение и т.п.). Выявление группы риска указывает на воспалительные заболевания, нарушение режима дня и питания, стрессовые эмоциональные или физические перегрузки во внерабочее время и другие неблагоприятные факторы. Разработаны методические рекомендации по использованию биолюминесцентного экспресс-анализа слюны для оценки профессиональной пригодности работников железнодорожного транспорта, описывающие условия, снижающие стрессовую нагрузку на работников (временные интервалы для отдыха во время смены, обеспечение завтраком, освещенность рабочего места, температура и кондиционирование, психологическая совместимость и т.п.).

Публикации

Возможность практического использования результатов
В проекте были разработаны научные основы нового метода оценки состояния организма работников, находящихся в условиях тяжелой психоэмоциональной и физической нагрузки. Очевидна не только научная, но и практическая значимость такого исследования. Возможность практического использования результатов проекта в экономике и социальной сфере довольно широкие. Практически сформирован научный задел для инновационной технологии, который может быть реализован как технологический задел, обеспечивающий экономический рост и социальное развитие Российской Федерации, который может быть широко внедрен после проведения НИОКР, обеспечения анализа собственным инженерным блоком (в виде портативной лабратории или биосенсора), аттестации и сертификации методики и реагента. Создана новая технология, на основе которой может быть развито новое технологическое направление. Эта технология полностью отечественная, нельзя ее даже охарактеризовать как импортозамещение, потому что аналогичных технологий нет в других странах.