Imbalance of Barium, Strontium, and Manganese Levels in the Human Body in Breast Cancer

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Among the multifactorial nature of environmental pollution, one of the significant concerns is the impact of heavy metals, as their imbalance in the body is potentially hazardous, and elevated concentrations may lead to the development of serious diseases, including cancer.

AIM: The work aimed to analyze the association between salivary levels of heavy metals (strontium, manganese, and barium) and occupational conditions, as well as the presence of cancer, using breast cancer as a model.

METHODS: A single-center, cross-sectional, observational study was conducted. Inclusion criteria for the main study group included female sex; age 30–70 years; confirmed diagnosis of invasive breast cancer (subgroup 1) or benign breast disease (subgroup 2); no prior treatment at the time of study, including surgery, chemotherapy, or radiotherapy; absence of signs of active infection, including purulent processes; and completed oral cavity sanitation. The inclusion criteria: healthy women without occupational hazards for the control group, and women working at a thermal power plant for the comparison group. The concentrations of strontium, barium, and manganese in saliva were determined in all women using capillary electrophoresis.

RESULTS: Subgroup 1 of the main group included 110 patients with breast cancer (mean age 58.4±9.38 years). Subgroup 2 comprised 62 patients with fibroadenoma (46.7 ± 13 years). The control group consisted of 97 healthy women (48.2±7.95 years), and the comparison group included 41 women employed at a thermal power plant (47.5±9.88 years). Elevated salivary levels of strontium and manganese were observed in subgroup 1. Manganese levels were significantly higher in subgroup 1 compared with the control group (+117%, p=0.045) and the comparison group (+105.2%). Strontium was not detected in the saliva of the control group, whereas its concentration in subgroup 1 was 3.5 times higher than in the comparison group (p <0.001). No significant differences in barium levels were found between the groups. A significant increase in salivary manganese and strontium concentrations was observed with advancing stage and aggressiveness of breast cancer.

CONCLUSION: Comparison with saliva samples from women exposed to occupational hazards suggests that the source of heavy metal accumulation is not environmental exposure but an internal imbalance of trace elements. Consequently, salivary accumulation of strontium and manganese appears to be associated with breast cancer progression.

About the authors

Elena A. Sarf

Omsk State Pedagogical University

Email: nemcha@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4918-6937
SPIN-code: 9161-0264
Russian Federation, Omsk

Lyudmila V. Bel’skaya

Omsk State Pedagogical University

Author for correspondence.
Email: belskaya@omgpu.ru
ORCID iD: 0000-0002-6147-4854
SPIN-code: 4189-7899

Cand. Sci. (Chemistry)

Russian Federation, Omsk

References

  1. 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. doi: 10.18821/0016-9900-2019-98-6-591-596 EDN: QLAQMS
  2. Kumar S, Prasad S, Yadav KK, et al. Hazardous heavy metals contamination of vegetables and food chain: Role of sustainable remediation approaches − A review. Environmental Research. 2019;179:108792. doi: 10.1016/j.envres.2019.108792
  3. Malofeevskaja NA, Rubcova OV. Environmental situation as a factor in the formation of malignant neoplasms in Russia. Society. Environment. Development. 2016;41(4):158–264. (In Russ.) EDN: YHMNZD
  4. Kazimov MA, Alieva NV. Examination and hygienic assessment of health risk depending on heavy metals content in foods. Kazan medical journal. 2014;95(5):706–709. doi: 10.17816/KMJ2220 EDN: STAJQH
  5. Voronkova IP, Mikhaylova IV, Boev VM, et al. Characteristics of the content of toxic trace elements in the hair and blood of children from various districts of Orenburg oblast. International Research Journal. 2021;107(5):12–16. doi: 10.23670/IRJ.2021.107.5.036 EDN: BUGCOT
  6. Skugoreva SG, Ashikhmina TYa, Fokina AI, Lyalina EI. Chemical grouns of toxic effect of heavy metals (review). Theoretical and Applied Ecology. 2016;(1):4–13. EDN: VXCBRP
  7. Lamas GA, Navas-Acien A, Mark DB, Lee KL. Heavy metals, cardiovascular disease, and the unexpected benefits of chelation therapy. Journal of the American College of Cardiology. 2016;67(20):2411–2418. doi: 10.1016/j.jacc.2016.02.066
  8. Yusupbekov A, Khudaykulov A, Danilova Y. Analysis of the content of microelements in hair in patients with breast cancer. Problems in oncology. 2019;65(1):110–113. doi: 10.37469/0507-3758-2019-65-1-110-113 EDN: AZEHSD
  9. Kresovich JK, Erdal S, Chen HY, et al. Metallic air pollutants and breast cancer heterogeneity. Environmental Research. 2019;177:108639. doi: 10.1016/j.envres.2019.108639
  10. Heer E, Harper A, Escandor N, et al. Global burden and trends in premenopausal and postmenopausal breast cancer: a population-based study. The Lancet Global Health. 2020;8(8):e1027–e1037. doi: 10.1016/S2214-109X(20)30215-1 EDN: JMASFE
  11. Iacoviello L, Bonaccio M, de Gaetano G, Donati MB. Epidemiology of breast cancer, a paradigm of the “common soil” hypothesis. Seminars in Cancer Biology. 2020;72(1):4–10.
  12. Kolpakova AF, Sharipov RN, Volkova OA, Kolpakov FA. The role of particulate matter air pollution in cancer pathogenesis. Siberian journal of oncology. 2021;20(2):102–109. doi: 10.21294/1814-4861-2021-20-2-102-109 EDN: YBCFRO
  13. Liu L, Chen J, Liu C, et al. Relationships between biological heavy metals and breast cancer: a systematic review and meta-analysis. Frontiers in Nutrition. 2022;9:838762. doi: 10.3389/fnut.2022.838762 EDN: HSJWRA
  14. Jabran M, Rangraze I. Unravelling the complex interplay: environmental mixtures and breast cancer risk. Siberian journal of oncology. 2024;23(2):111–118. doi: 10.21294/1814-4861-2024-23-2-111-118 EDN: BPBDAE
  15. Koual M, Tomkiewicz C, Cano-Sancho G, et al. Environmental chemicals, breast cancer progression and drug resistance. Environmental Health. 2020;19(1):117. doi: 10.1186/s12940-020-00670-2 EDN: WOXYHP
  16. Shestova GV, Ivanov TM, Livanov GA, Sizova KV. Manganese toxic properties and magnese toxicity as a threat to public health. Medicine of Extreme Situations. 2014;50(4):59–65. EDN: TCUVMF
  17. Ru X, Yang L, Shen G, et al. Microelement strontium and human health: comprehensive analysis of the role in inflammation and non-communicable diseases (NCDs). Frontiers in Chemistry. 2024;12:1367395. doi: 10.3389/fchem.2024.1367395 EDN: ZHGWIO
  18. Chashchin VP, Ivanova OM, Ivanova MA. Medical and ecological aspects of associations between human exposure to trace concentrations of stable barium and strontium and functional disorders of the body. A review. Ekologiya cheloveka (Human Ecology). 2019;26(4):39–47. doi: 10.33396/1728-0869-2019-4-39-47 EDN: ZDDDRR
  19. Stopnitsky AA, Akalayev RN, Khadzhibayev AM. Features of the clinical course, diagnosis and intensive care of acute barium poisoning (cases report). Russian Sklifosovsky Journal of Emergency Medical Care. 2021;10(4):818–823. doi: 10.23934/2223-9022-2021-10-4-818-823 EDN: BDVVYN
  20. Zaitseva NV, Ustinova OYu, Zvezdin VN, et al. Experience of using subcutaneous interstitial fl uid for biomonitoring a dose load in workers of metallurgic industry. Russian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology. 2016;(8):1–5. EDN: WJHXDF
  21. Soares Nunes LA, Mussavira S, Sukumaran Bindhu O. Clinical and diagnostic utility of saliva as a non-invasive diagnostic fluid: a systematic review. Biochemia Medica. 2015;25(2):177–192. doi: 10.11613/BM.2015.018
  22. Malathi N, Mythili S, Vasanthi HR. Salivary diagnostics: a brief review. ISRN Dentistry. 2014;2014:1–8. doi: 10.1155/2014/158786
  23. Sarf EA, Makarova NA, Bel'skaya LV. Determination of the macro- and microelement composition of the saliva of СHPP workers. Ekologiya cheloveka (Human Ecology). 2022;29(4):285–295. doi: 10.17816/humeco104698 EDN: CMIPYJ
  24. Saptarova LM, Bikmetova ER, Bayburina DE, et al. Activity of manganese-containing superoxide dismutase in breast cancer. Modern Problems of Science and Education. 2024;(2):35–35. doi: 10.17513/spno.33379 EDN: TPPZUQ
  25. Cai Q, Shu XO, Wen W, et al. Genetic polymorphism in the manganese superoxide dismutase gene, antioxidant intake, and breast cancer risk: results from the Shanghai Breast Cancer Study. Breast Cancer Research. 2004;6(6):R647. doi: 10.1186/bcr929 EDN: YYQRQR
  26. Pande D, Karki K, Negi R, et al. NF-κB p65 Subunit DNA-binding activity: association with depleted antioxidant levels in breast carcinoma patients. Cell Biochemistry and Biophysics. 2013;67(3):1275–1281. doi: 10.1007/s12013-013-9645-1 EDN: SSBFAR
  27. Cai Z, Li Y, Song W, et al. Anti-inflammatory and prochondrogenic in situ-formed injectable hydrogel crosslinked by strontium-doped bioglass for cartilage regeneration. ACS Applied Materials & Interfaces. 2021;13(50):59772–59786. doi: 10.1021/acsami.1c20565 EDN: EGYVOA
  28. Dolgikh OV, Dianova DG, Krivtsov AV. Cell death under conditions of haptic contamination of biological media by stable strontium. Ekologiya cheloveka (Human Ecology). 2021;28(10):21–28. doi: 10.33396/1728-0869-2021-10-21-28 EDN: JZVVVL
  29. Dyachenko EI, Bel’skaya LV. Salivary metabolites in breast cancer and fibroadenomas: focus on menopausal status and BMI. Metabolites. 2024;14(10):531. doi: 10.3390/metabo14100531 EDN: PGIENV
  30. Agaeva AV, Gromov DD, Chemakina OV, et al. Impact of surrogate molecular biological subtype on breast cancer survival: in-depth epidemiological analysis based on the Archangelsk regional cancer registry data. Voprosy Onkologii. 2023;69(4):639–647. doi: 10.37469/0507-3758-2023-69-4-639-647 EDN: RSZZPH

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Salivary concentrations of strontium (a) and manganese (b) in women with breast cancer, depending on disease stage.

Download (102KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Salivary concentrations of strontium (a) and manganese (b) in women with breast cancer, depending on molecular subtype. Lum A, luminal A; Lum B (−), luminal B (−); Lum B (+), luminal B (+); Non-lum, non-luminal; TNBC, triple-negative breast cancer.

Download (94KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 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».