medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2022-101-8-904-909medlit-2496Research ArticleМЕДИЦИНА ТРУДАOCCUPATIONAL HEALTHВлияние сочетанного воздействия шума и вибрации на уровни гормонов стресса и поведенческие реакции животныхEvaluation of the combined effects of noise and vibration on the levels of stress hormones and behavioral responses in animalshttps://orcid.org/0000-0002-1530-4598КрийтВладимир ЕвгеньевичKriytVladimir E.

Канд. хим. наук, руководитель отд. комплексной гигиенической оценки физических факторов ФБУН «СЗНЦ гигиены и общественного здоровья» Роспотребнадзора, 191036, Санкт-Петербург.

e-mail: v.kriit@s-znc.ru

MD, PhD, head of the Department of Complex Hygienic Assessment of Physical Factors. North-West Public Health Research Center, St. Peterburg, 191036, Russian Federation.

e-mail: v.kriit@s-znc.ru

v.kriit@s-znc.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1745-2663СладковаЮ. Н.SladkovaYuliya N.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4472-6546РейнюкВ. Л.ReinyukVladimir L.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6285-1132ПятибратА. О.PyatibratAleksandr O.noemail@neicon.ruФБУН «северо-западный научный центр гигиены и общественного здоровья» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаРоссияNorth-West Public Health Research CenterRussian FederationФГБУ «научно-клинический центр токсикологии имени академика С.Н. Голикова» Федерального медико-биологического агентстваРоссияResearch Center of the FMBA of RussiaRussian FederationФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет»РоссияSt. Petersburg State Pediatric Medical UniversityRussian Federation2022140920221018904909Copyright © Крийт В.Е., Сладкова Ю.Н., Рейнюк В.Л., Пятибрат А.О., 20222022Крийт В.Е., Сладкова Ю.Н., Рейнюк В.Л., Пятибрат А.О.Kriyt V.E., Sladkova Y.N., Reinyuk V.L., Pyatibrat A.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/2496Введение

Введение. Профессия пожарных относится к экстремальным видам деятельности. При выполнении профессиональных задач пожарные подвергаются комбинированному и сочетанному воздействию комплекса неблагоприятных факторов, среди которых важное место занимают шум и вибрация, при этом вибрация значительно усиливает негативное воздействие шума. Шум относится и к наиболее часто встречающимся стресс-факторам, характеризующим экстремальные условия деятельности пожарных. Большое значение в изучении этих факторов имеют результаты эксперимента на животных, являющихся простейшей биомоделью человека.

Цель исследования — изучение уровней гормонов стресса и поведенческой активности животных при сочетанном воздействии шума и вибрации.

Материалы и методы

Материалы и методы. Исследование выполнено на 86 беспородных белых крысах-самцах 3-месячного возраста массой 230–250 г. Крысы были разделены на 2 группы: первая группа (43 крысы) подвергалась однократному воздействию шума и вибрации, вторая группа (43 крысы) подвергалась ежедневному воздействию в течение 14 дней. Процедуру виброакустического воздействия выполняли ежедневно по 4 ч при уровнях шума и вибрации, максимально приближенных к нагрузкам, встречающимся в реальных условиях при выполнении пожарными профессиональных задач. Проводили оценку изменений уровней трёх основных гормонов стресса (адреналин, норадреналин, кортизол) и особенностей поведения животных с помощью методик «Открытое поле», «Приподнятый крестообразный лабиринт», тест Порсолта.

Результаты

Результаты. Полученные данные свидетельствуют о том, что виброакустическое воздействие на животных вызывает изменение уровней гормонов и показателей поведенческих реакций, выражающееся повышением уровня тревожности, снижением двигательной и исследовательской активности, развитием депрессивноподобных состояний. В группе однократного виброакустического воздействия эти показатели через сутки восстанавливаются до фоновых, в то время как в группе многократного виброакустического воздействия остаются изменёнными.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Исследование было ограничено изучением основных показателей поведенческих реакций с использованием 3 методик и 3 основных гормонов стресса у 86 животных, произвольно разделённых на группы однократного и многократного виброакустического воздействия.

Заключение

Заключение. Полученные данные могут быть применены при изучении отдалённых последствий воздействия вибрации и шума на организм пожарных.

Соблюдение этических стандартов. Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФБУН «СЗНЦ гигиены и общественного здоровья» Роспотребнадзора, проведено в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (ETS N 123), директивой Европейского парламента и Совета Европейского союза 2010/63/EC от 22.09.2010 г. о защите животных, использующихся для научных целей.

Участие авторов

Участие авторов: Крийт В.Е. — концепция и дизайн исследования, сбор материала и обработка данных, статистическая обработка, написание текста; Сладкова Ю.Н. — сбор материала и обработка данных, написание текста; Рейнюк В.Л. — редактирование; Пятибрат А.О. — сбор материала и обработка данных, статистическая обработка. Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело финансовой поддержки.

Поступила

Поступила: 17.05.2022 / Принята к печати: 04.08.2022 / Опубликована: 14.09.2022

Introduction

Introduction. The occupation of firefighters refers to extreme activities. When performing professional tasks, firefighters are exposed to the combined effects of a complex of adverse factors, among which noise and vibration occupy an important place, while vibration significantly promotes the negative effect of noise. Noise is also one of the most common stress factors that characterize extreme conditions for firefighters. The results of experiments on animals, which are the simplest human biomodel, are of great importance in their study.

Materials and methods

Materials and methods. The study was carried out on 86 outbred white male rats of 3 months of age, weighing 230–250 g. The rats were divided into 2 groups: the first group (43 rats) was exposed to a single exposure to noise and vibration, the second group (43 rats) was exposed to daily exposure for 14 days. The procedure for vibroacoustic exposure was performed daily for 4 hours at noise and vibration levels as close as possible to the loads encountered in real conditions when firefighters perform occupational tasks. Changes in the levels of the three main stress hormones (adrenaline, noradrenaline, cortisol) and behavioral characteristics of animals were assessed using the Open Field, Elevated Plus Maze, and Porsolt Test methods.

Limitations

Limitations. The number of animals in the study groups should be at least 10 individuals, the spread in the initial body weight should not exceed 10%. The study was limited to the study of the main indicators of behavioral responses using 3 methods and 3 main stress hormones.

Results

Results. The data obtained indicate the vibroacoustic effect on animals to cause a change in hormone levels and indicators of behavioral reactions, which is manifested by an increase in the level of anxiety, a decrease in motor and exploratory activity, and the development of depressive-like states. In the group of a single vibroacoustic exposure, these indicators are restored to the background values in a day, while in the group of multiple vibroacoustic exposure, they remain changed.

Conclusion

Conclusion. The data obtained make it possible to study the long-term effects of vibration and noise on the body of firefighters.

Compliance with ethical standards. The Local ethics committee of the North-West Public Health Research Center of the Federal Service for Supervision in Protection of the Rights of Consumer and Man Wellbeing approved this study carried out under the European Convention for the Protection of Vertebrate Animals Used for Experiments or Other Scientific Purposes (ETS Nо. 123), Directive of the European Parliament and Council of the European Union 2010/63/EU of 22.09.2010 on the protection of animals used for scientific purposes.

Contribution

Contribution: Kriyt V.E. — the concept and design of the study, collection and processing of material, statistical processing, writing a text; Sladkova Yu.N. — collection and processing of material, writing a text; Reinyuk V.L. — editing;Pyatibrat A.O. — collection and processing of material, statistical processing. All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version. 

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest. 

Acknowledgement

Acknowledgement. The study had no sponsorship. 

Received

Received: May 17, 2022 / Accepted: August 4, 2022 / Published: September 14, 2022

пожаротушениепожарныйшумвибрациякрысыповеденческие реакциигормоны стрессаfirefightingfiremannoisevibrationratsbehavioral reactionsstress hormonesReferencesПакулев М.В., Федотов Я.О., Рыбин В.А. Влияние шума и вибраций на человека и окружающую среду. Наука и безопасность. 2015; (3): 2-7.Pakulev M.V., Fedotov Ya.O., Rybin V.A. Impact of noise and vibration on humans and the environment. Nauka i bezopasnost’. 2015; (3): 2–7. (in Russian)Абдрахманов Н.Х., Федосов А.В., Хамитова А.Н., Бадртдинова И.И., Матузов Г.Л. Основные аспекты оценки виброакустических факторов. Безопасность техногенных и природных систем. 2021; (3): 13-22. https://doi.org/10.23947/2541-9129-2021-3-13-22Abdrakhmanov N.Kh., Fedosov A.V., Khamitova A.N., Badrtdinova I.I., Matuzov G.L. Main aspects of vibroacoustic factors assessment. Bezopasnost’ tekhnogennykh i prirodnykh sistem. 2021; (3): 13–22. https://doi.org/10.23947/2541-9129-2021-3-13-22 (in Russian)Васильев А.В. Проблемы оценки сочетанного влияния шума и других физических факторов на здоровье человека. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012; 14(6-1): 158-65.Vasil’ev A.V. Problems of estimation of joint influence of noise and other physical factors on the human’s health. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Rossiyskoy akademii nauk. 2012; 14(6-1): 158–65. (in Russian)Аполлонский С.М. Особенности сочетанного воздействия на техносферу физических факторов волновой природы на электрифицированном железнодорожном транспорте. Транспортные системы и технологии. 2017; 3(1): 69-90.Apollonskiy S.M. Features of combined effects of physical factors of wave nature on electrified railway transport on technosphere. Transportnye sistemy i tekhnologii. 2017; 3(1): 69–90. (in Russian)Авалиани Т.В., Клюева Н.Н., Апраксина Н.К., Цикунов С.Г. Гендерные особенности поведения и липидного спектра у крыс в отдаленном периоде после вибрационного шума. Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2018; 54(2): 109-15.Avaliani T.V., Klyueva N.N., Apraksina N.K., Tsikunov S.G. Gender-dependent features of behavior and lipid spectrum in rats at a remote period after exposure to vibrational noise. Zhurnal evolyutsionnoy biokhimii i fiziologii. 2018; 54(2): 109–15. (in Russian)Ляшенко В.Н. Оценка адаптационной реактивности организма крыс при действии вибрации. Новая наука: Стратегии и векторы развития. 2016; (118-3): 11-4.Lyashenko V.N. Assessment of the adaptive reactivity of the rat organism under the action of vibration. Novaya nauka: Strategii i vektory razvitiya. 2016; (118–3): 11–4. (in Russian)Панков В.А., Кулешова М.В., Катаманова Е.В., Картапольцева Н.В. Влияние вибрации на функциональную активность нервной системы у животных в эксперименте. Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра Сибирского отделения Российской академии медицинских наук. 2013; (3-2): 113-9.Pankov V.A., Kuleshova M.V., Katamanova E.V., Kartapoltseva N.V. Vibration influence on functional activity of nervous system in experimental animals. Byulleten’ Vostochno-Sibirskogo nauchnogo tsentra Sibirskogo otdeleniya Rossiyskoy akademii meditsinskikh nauk. 2013; (3–2): 113–9. (in Russian)Тенетилова Л.А. Вредные факторы среды обитания в современных условиях. Вестник Орловского государственного аграрного университета. 2016; (5): 100-10.Tenetilova L.A. Harmful factors of the environment in modern conditions. Vestnik Orlovskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2016; (5): 100–10. (in Russian)Саматова И.М., Склянов Ю.И., Дубинина Н.Н., Попп Е.А., Саломеина Н.В. Структурная характеристика коры надпочечников беременных крыс при вибрационном воздействии разной продолжительности. Медицина и образование в Сибири. 2014; (3): 8.Samatova I.M., Sklyanov Yu.I., Dubinina N.N., Popp E.A., Salomeina N.V. Structural characteristic of adrenal cortex at pregnant rats at vibratory influence of different duration. Meditsina i obrazovanie v Sibiri. 2014; (3): 8. (in Russian)Якимова Н.Л., Панков В.А., Лизарев А.В., Рукавишников В.С., Кулешова М.В., Катаманова Е.В. и др. Нейрофизиологические и морфологические эффекты воздействия вибрации в динамике постконтактного периода при экспериментальном моделировании. Медицина труда и промышленная экология. 2019; (5): 284-90. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2019-59-5-284-290Yakimova N.L., Pankov V.A., Lizarev A.V., Rukavishnikov V.S., Kuleshova M.V., Katamanova E.V., et al. Neurophysiological and morphological effects in the post-exposure vibration period during experimental modeling. Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya. 2019; (5): 284–90. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2019-59-5-284-290 (in Russian)Шафран Л.М., Нехорошкова Ю.В. Комплексная гигиеническая оценка условий труда и трудового процесса пожарных-спасателей. Гигиена и санитария. 2015; 94(1): 77-82.Shafran L.M., Nekhoroshkova Yu.V. Hygienic evaluation of working conditions and working process of fire rescue employees. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2015; 94(1): 77–82. (in Russian)Рукавишников В.С., Колычева И.В., Дорогова В.Б., Бударина Л.А. Некоторые подходы к мониторингу условий труда и состояния здоровья пожарных. Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра Сибирского отделения Российской академии медицинских наук. 2005; (2): 7-14.Rukavishnikov V.S., Kolycheva I.V., Dorogova V.B., Budarina L.A. Some approaches to monitoring of work conditions and health state in the fire fighters. Byulleten’ Vostochno-Sibirskogo nauchnogo tsentra Sibirskogo otdeleniya Rossiyskoy akademii meditsinskikh nauk. 2005; (2): 7–14. (in Russian)Рукавишников В.С., Колычева И.В. Медицина труда пожарных: итоги и перспективы исследований. Медицина труда и промышленная экология. 2007; (6): 1-5.Rukavishnikov V.S., Kolycheva I.V. Industrial hygiene for firemen: results and prospects of research. Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya. 2007; (6): 1–5. (in Russian)Абдулкина Н.Г., Зайцев К.В., Жукова О.Б., Гастюхина А.А., Воробьев В.А., Зайцев А.А. Ориентировочно-исследовательское поведение у крыс при вибрационно-шумовом воздействии. Медицина и образование в Сибири. 2015; (6): 52.Abdulkina N.G., Zaytsev K.V., Zhukova O.B., Gastyukhina A.A., Vorobev V.A., Zaytsev A.A. Approximate and research behaviour at rats at vibratory and noise impact. Meditsina i obrazovanie v Sibiri. 2015; (6): 52. (in Russian)Колычева И.В. Актуальные вопросы медицины труда пожарных (обзор литературы). Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра Сибирского отделения Российской академии медицинских наук. 2005; (8): 133-8.Kolycheva I.V. Urgent issues of labour medicine in the fire fighters (literature survey). Byulleten’ Vostochno-Sibirskogo nauchnogo tsentra Sibirskogo otdeleniya Rossiyskoy akademii meditsinskikh nauk. 2005; (8): 133–8. (in Russian)Дьякович М.П., Шевченко О.И. Медикопсихологические последствия воздействия факторов пожара на ОАО «Иркутсккабель» на пожарных ликвидаторов. Медицина труда и промышленная экология. 2008; (1): 29-35.Dyakovich M.P., Shevchenko O.I. Medical-psychological consequences of exposure to fire factors among the fire fighters-liquidators at the company «Irkutskcable». Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya. 2008; (1): 29–35. (in Russian)Смиловенко О.О., Курлович И.Г. Повышение безопасности труда пожарного-спасателя. Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси. 2017; 1(4): 459-67.Smilovenko O.O., Kurlovich I.G. Increasing of the occupational safety of firefighter-rescuer. Vestnik Universiteta grazhdanskoy zashchity MChS Belarusi. 2017; 1(4): 459–67. (in Russian)Валитова Н.Э., Хайретдинов И.А. Влияние стресс-факторов на производительность труда сотрудников подразделений пожарной охраны. Нефтегазовое дело. 2014; 12(1): 168-71.Valitova N.E., Khayretdinov I.A. The influence of stress factors on fire protection employees’ job performance. Neftegazovoe delo. 2014; 12(1): 168–71. (in Russian)Кошкаров В.С., Трошунин А.В. Влияние стресс-факторов на психику пожарных. В кн.: «Актуальные вопросы современной психологии»: материалы I международной научной конференции. Челябинск; 2011: 53-5.Koshkarov V.S., Troshunin A.V. The influence of stress factors on the psyche of firefighters. In: «Topical Issues of Modern Psychology»: Materials of the I International Scientific Conference [«Aktual’nye voprosy sovremennoy psikhologii»: materialy I mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii]. Chelyabinsk; 2011: 53–5. (in Russian)Самохвалов И.М., Зачиняев Г.В., Андрюков Б.Г., Головко К.П., Апчел В.Я. Динамика эндокринного ответа при стресс-реакциях в хирургическом лечении калькулезного холецистита. Вестник Российской военно-медицинской академии. 2013; (3): 38-42.Samokhvalov I.M., Zachinyaev G.V., Andryukov B.G., Golovko K.P., Apchel V.Ya. Endocrine stress response dynamics in the surgery for calculous cholecystitis. Vestnik Rossiyskoy voenno-meditsinskoy akademii. 2013; (3): 38–42. (in Russian)Ковалев Г.И., Васильева Е.В., Салимов Р.М. Сравнение поведения мышей в тестах открытого поля, закрытого и приподнятого крестообразных лабиринтов с помощью факторного анализа. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2019; 69(1): 123-30. https://doi.org/10.1134/S0044467719010064Kovalev G.I., Vasil’eva E.V., Salimov R.M. Comparison of mouse behavior in the open field, closed and elevated cross-maze tests by the use of factor analysis. Zhurnal vysshey nervnoy deyatel’nosti im. I.P. Pavlova. 2019; 69(1): 123–30. https://doi.org/10.1134/S0044467719010064 (in Russian)Анфилова М.Г., Додонова С.А., Алферова М.Е., Тенькова А.Н., Ворвуль А.О., Музалева Ю.А. и др. Изучение особенностей проведения теста Порсолта и его модификаций при доклинических исследованиях антидепрессантных и адаптогенных средств. В кн.: Материалы девятой международной дистанционной научной конференции, посвящённой 83-летию Курского государственного медицинского университета «Инновации в медицине». Курск; 2018: 7-12.Anfilova M.G., Dodonova S.A., Alferova M.E., Tenkova A.N., Vorvul A.O., Muzaleva Yu.A., et al. Studying the features of the Porsolt test and its modifications in preclinical studies of antidepressant and adaptogenic agents. In: Materials of the Ninth International Remote Scientific Conference Dedicated to the 83rd Anniversary of Kursk State Medical University «Innovations in Medicine» [Materialy devyatoy mezhdunarodnoy distantsionnoy nauchnoy konferentsii, posvyashchennoy 83-letiyu Kurskogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta «Innovatsii v meditsine»]. Kursk; 2018: 7–12. (in Russian)Чайка А.В., Коношенко Е.В., Хусаинов Д.Р., Шахматова В.И., Можаровская И.А., Черетаев И.В. Тест Порсолта как лонгитюдный метод оценки динамики эмоционального состояния крыс в модели хронического непредсказуемого умеренного стресса. Ученые записки Крымского федерального университета им. В.И. Вернадского. Биология. Химия. 2018; 4(2): 133-47.Chayka A.V., Konoshenko E.V., Khusainov D.R., Shakhmatova V.I., Mozharovskaya I.A., Cheretaev I.V. Forced swim test as a longitude method of assessment the dynamics of the emotional state of rats in the model of chronic unpredictable mild stress. Uchenye zapiski Krymskogo federal’nogo universiteta im. V.I. Vernadskogo. Biologiya. Khimiya. 2018; 4(2): 133–47. (in Russian)Горлова А.В., Павлов Д.А., Ушакова В.М., Зубков Е.А., Морозова А.Ю., Иноземцев А.Н. и др. Динамика развития депрессивно-подобного состояния у крыс, стрессированных хроническим воздействием ультразвука переменных частот. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2017; 163(3): 271-4.Gorlova A.V., Pavlov D.A., Ushakova V.M., Zubkov E.A., Morozova A.Yu., Inozemtsev A.N., et al. Dynamics of the development of depressive-like state in rats stressed by chronic exposure of ultrasound of variable frequency. Byulleten’ eksperimental’noy biologii i meditsiny. 2017; 163(3): 296–8. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.