medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2024-103-9-1044-1049cnagdomedlit-4366Research ArticleПРОФИЛАКТИЧЕСКАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ И ГИГИЕНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕPREVENTIVE TOXICOLOGY AND HYGIENIC STANDARTIZATIONВоздействие торфяного дыма как фактор риска нарушения постнатального развитияPeat smoke exposure as a risk factor for deterioration of postnatal developmenthttps://orcid.org/0000-0002-6012-0173ПанковаАнна АлександровнаPankovaAnna A.

Мл. науч. сотр. лаб. биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ ВСИМЭИ, 665826, Ангарск, Россия

e-mail: anna.tropnikova.96@bk.ru

Researcher of the Laboratory of biomodelling and translation medicine of the East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research, Angarsk, 665826, Russian Federation

e-mail: anna.tropnikova.96@bk.ru

anna.tropnikova.96@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8165-8052ВокинаВера АлександровнаVokinaVera A.

Канд. биол. наук, ст. науч. сотр. лаб. биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ ВСИМЭИ, 665826, Ангарск, Россия

e-mail: vokina.vera@gmail.com

MD, PhD, researcher of the Laboratory of biomodelling and translation medicine of the East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research, Angarsk, 665827, Russian Federation

e-mail: vokina.vera@gmail.com

vokina.vera@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-1052-4601СоседоваЛариса МихайловнаSosedovaLarisa M.

Доктор мед. наук, профессор, зав. лаб. биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ ВСИМЭИ, 665826, Ангарск, Россия

e-mail: sosedlar@mail.ru

MD, PhD, DSci., professor, head of the Laboratory of biomodelling and translation medicine of the East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research, Angarsk, 665827, Russian Federation

e-mail: sosedlar@mail.ru

sosedlar@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2536-1550РукавишниковВиктор СтепановичRukavishnikovViktor S.

Научный руководитель ФГБНУ ВСИМЭИ, 665826, Ангарск, Россия

e-mail: rvs_2010@mail.ru

Scientific supervisor of the East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research, Angarsk, 665827, Russian Federation

e-mail: rvs_2010@mail.ru

rvs_2010@mail.ruФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований»РоссияEast-Siberian Institute of Medical and Ecological ResearchRussian Federation202416102024103910441049Copyright © Панкова А.А., Вокина В.А., Соседова Л.М., Рукавишников В.С., 20242024Панкова А.А., Вокина В.А., Соседова Л.М., Рукавишников В.С.Pankova A.A., Vokina V.A., Sosedova L.M., Rukavishnikov V.S.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/4366Введение

Введение. В связи с ростом числа и масштабов природных пожаров проблема токсического действия продуктов горения биомассы является актуальной как в России, так и за рубежом. Данные о последствиях воздействия дыма природных пожаров в различные этапы онтогенеза малочисленны. Присутствие в составе дыма веществ, обладающих наряду с общетоксическим действием репротоксическими, гонадотоксическими и генотоксическими эффектами, определяет необходимость исследования его влияния на репродуктивный потенциал и здоровье потомства.

Цель исследования — оценка постнатального развития белых крыс, родители которых были экспонированы торфяным дымом в период полового созревания.

Материалы и методы

Материалы и методы. Воздействие дымом торфяного пожара проводили однократно в течение 4 ч на 35-й день жизни самок и на 45-й день жизни самцов. Средние концентрации монооксида углерода в экспозиционных камерах составляли 29,3 ± 11,1 мг/м3, а ультрадисперсных частиц РМ2,5 — 0,39 ± 0,61 мг/м3. В половозрелом возрасте экспонированных опытных животных спаривали с интактными партнёрами. У крысят из полученного потомства изучали динамику прироста массы тела, оценивали физическое развитие и сенсорно-двигательные рефлексы.

Результаты

Результаты. Острое воздействие торфяного дыма в период полового созревания белых крыс негативно влияет на развитие их потомства. Выявлено значительное отставание физического и сенсорно-моторного развития крысят из потомства экспонированных дымом животных по сравнению с крысятами контрольной группы.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Исследование было ограничено изучением постнатального развития потомства, полученного от белых крыс, экспонированных торфяным дымом в период полового созревания.

Заключение

Заключение. Воздействие торфяного дыма в период полового созревания приводит к отставанию физического и соматосенсорного развития потомства в период раннего постнатального онтогенеза.

Соблюдение этических стандартов. На проведение экспериментальных исследований получено заключение локального этического комитета ФГБНУ ВСИМЭИ (№ 32 от 10.01.2023 г.). Все манипуляции с животными проведены в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (ETS 123).

Участие авторов

Участие авторов: Панкова А.А. — проведение эксперимента и обследования, проведение опроса, статистическая обработка, структурирование статьи; Вокина В.А. — концепция и дизайн исследования, проведение эксперимента, анализ и интерпретация данных, написание текста, поиск литературы, редактирование; Соседова Л.М. — концепция и дизайн исследования, написание текста, редактирование; Рукавишников В.С. — руководство, аналитическая работа. Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Работа выполнялась по плану НИР в рамках государственного задания, а также в рамках гранта № 075-15-2020-787 Минобрнауки России на выполнение крупного научного проекта по приоритетным направлениям научно-технологического развития.

Поступила

Поступила: 05.06.2024 / Принята к печати: 31.07.2024 / Опубликована: 16.10.2024

Introduction

Introduction. In connection with the growing number and scale of wildfires, the problem of the toxic effect of biomass combustion products is relevant both in Russia and abroad. Data on the consequences of wildfire smoke exposure at various stages of ontogenesis are extremely scarce. The presence in smoke substances that, in addition to general toxic effects, have reprotoxic, gonadotoxic, and genotoxic effects, determines the need to study its effect on the reproductive potential and health of offspring.

The purpose of the study was to assess the postnatal development of the offspring, the parent generation of which was exposed to peat smoke during puberty.

Materials and methods

Materials and methods. Exposure to peat smoke was carried out once for four hours on the 35th day of life for female and on the 45th day for male rats. The average concentrations of carbon monoxide in the exposure chambers were 29.3±11.1 mg/m3, and ultrafine PM2.5 particles — 0.39±0.61 mg/m3. At puberty, peat smoke exposed rats were mated with intact partners. In rat pups from the offspring there was studied the trend in body weight gain, physical development, and sensory-motor reflexes were assessed.

Results

Results. Acute exposure to peat smoke during puberty in white rats adversely affects the development of their offspring. A significant lag in the physical and sensory-motor development of rat pups from the offspring of animals exposed to smoke was revealed in comparison with rat pups from the control group.

Limitations

Limitations. The study was limited to the study of postnatal development of offspring obtained from rats exposed to peat smoke during puberty.

Conclusion

Conclusion. Exposure to peat smoke during puberty leads to a delay in the physical and somatosensory development of the offspring during early postnatal ontogenesis.

Compliance with ethical standards. The conclusion of the local ethics committee (No. 32 dated January 10, 2023) was received for conducting experimental studies. All manipulations with animals were carried out in accordance with the European Convention for the Protection of Vertebrate Animals Used for Experimental or Other Scientific Purposes (ETS 123).

Contribution

Contribution: Pankova A.A. — experiment, writing, statistical processing, conducting a survey, structuring the article; Vokina V.A. — concept and design of the study, literature search, experiment, statistical processing, writing text, editing; Sosedova L.M. — concept and design of the study, writing text, editing; Rukavishnikov V.S. — leadership, analytical work. 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.

Acknowledgment

Acknowledgment. The work was carried out according to the research plan within the framework of the state assignment, as well as within the framework of grant No. 075-15-2020-787 of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation for the implementation of a major scientific project in priority areas of scientific and technological development.

Received

Received: June 5, 2024 / Accepted: July 31, 2024 / Published: October 16, 2024

торфяной дымпотомство крыспостнатальное развитиеpeat smokeoffspring of ratspostnatal developmentReferencesО санитарно-эпидемиологическом состоянии территорий, пострадавших от пожара и мерах принимаемых Роспотребнадзором по состоянию на 4 августа 2010 года. Доступно: https://37.rospotrebnadzor.ru/document/1176/On the sanitary and epidemiological condition of the territories affected by the fire and the measures taken by Rospotrebnadzor as of August 4, 2010. Available at: https://37.rospotrebnadzor.ru/document/1176/ (in Russian)Hwang J., Chong N.S., Zhang M., Agnew R.J., Xu C., Li Z., et al. Face-to-face with scorching wildfire: potential toxicant exposure and the health risks of smoke for wildland firefighters at the wildland-urban interface. Lancet Reg. Health Am. 2023; 21: 100482. https://doi.org/10.1016/j.lana.2023.100482Hwang J., Chong N.S., Zhang M., Agnew R.J., Xu C., Li Z., et al. Face-to-face with scorching wildfire: potential toxicant exposure and the health risks of smoke for wildland firefighters at the wildland-urban interface. Lancet Reg. Health Am. 2023; 21: 100482. https://doi.org/10.1016/j.lana.2023.100482Adetona O., Reinhardt T.E., Domitrovich J., Broyles G., Adetona A.M., Kleinman M.T., et al. Review of the health effects of wildland fire smoke on wildland firefighters and the public. Inhal. Toxicol. 2016; 28(3): 95–139. https://doi.org/10.3109/08958378.2016.1145771Adetona O., Reinhardt T.E., Domitrovich J., Broyles G., Adetona A.M., Kleinman M.T., et al. Review of the health effects of wildland fire smoke on wildland firefighters and the public. Inhal. Toxicol. 2016; 28(3): 95–139. https://doi.org/10.3109/08958378.2016.1145771Grant E., Runkle J.D. Long-term health effects of wildfire exposure: A scoping review. J. Clim. Change Health. 2022; 6: 100110. https://doi.org/10.1016/j.joclim.2021.100110Grant E., Runkle J.D. Long-term health effects of wildfire exposure: A scoping review. J. Clim. Change Health. 2022; 6: 100110. https://doi.org/10.1016/j.joclim.2021.100110Чеботарева Ю.Ю., Овсянников В.Г., Родина М.А., Подгорный И.В., Хутиева М.Я. Современные аспекты биологического моделирования нарушений полового развития. Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2021; 65(4): 128–36. https://doi.org/10.25557/0031-2991.2021.04.128-136 https://elibrary.ru/vxdvjqChebotareva Yu.Yu., Ovsyannikov V.G., Rodina M.A., Podgornyi I.V., Khutieva M.Ya. Modern aspects of biological modeling of sexual development disorders. Patologicheskaya fiziologiya i eksperimental’naya terapiya. 2021; 65(4): 128–36. https://doi.org/10.25557/0031-2991.2021.04.128-136 https://elibrary.ru/vxdvjq (in Russian)Vågerö D., Pinger P.R., Aronsson V., van den Berg G.J. Paternal grandfather’s access to food predicts all-cause and cancer mortality in grandsons. Nat. Commun. 2018; 9(1): 5124. https://doi.org/10.1038/s41467-018-07617-9Vågerö D., Pinger P.R., Aronsson V., van den Berg G.J. Paternal grandfather’s access to food predicts all-cause and cancer mortality in grandsons. Nat. Commun. 2018; 9(1): 5124. https://doi.org/10.1038/s41467-018-07617-9van den Berg G.J., Pinger P.R. Transgenerational effects of childhood conditions on third generation health and education outcomes. Econ. Hum. Biol. 2016; 23: 103–20. https://doi.org/10.1016/j.ehb.2016.07.001van den Berg G.J., Pinger P.R. Transgenerational effects of childhood conditions on third generation health and education outcomes. Econ. Hum. Biol. 2016; 23: 103–20. https://doi.org/10.1016/j.ehb.2016.07.001Вокина В.А., Новиков М.А., Елфимова Т.А., Богомолова Е.С., Алексеенко А.Н., Соседова Л.М. Исследование воздействия эмиссии от лесных пожаров на морфофункциональное состояние центральной нервной системы белых крыс. Гигиена и санитария. 2019; 98(11): 1245–50. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-11-1245-1250Vokina V.A., Novikov M.A., Elfimova T.A., Bogomolova E.S., Alekseenko A.N., Sosedova L.M. Study of the impact of emissions from forest fires on the morphofunctional state of the central nervous system of white rats. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2019; 98(11): 1245–50. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-11-1245-1250 (in Russian)Хабриев Р.У. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ. М.: Медицина; 2005. https://elibrary.ru/qciiobKhabriev R.U. Guidelines for Experimental (Preclinical) Study of New Pharmacological Substances [Rukovodstvo po eksperimental’nomu (doklinicheskomu) izucheniyu novykh farmakologicheskikh veshchestv]. Moscow: Meditsina; 2005. https://elibrary.ru/qciiob (in Russian)Bell M.R. Comparing postnatal development of gonadal hormones and associated social behaviors in rats, mice, and humans. Endocrinology. 2018; 159(7): 2596–613. https://doi.org/10.1210/en.2018-00220Bell M.R. Comparing postnatal development of gonadal hormones and associated social behaviors in rats, mice, and humans. Endocrinology. 2018; 159(7): 2596–613. https://doi.org/10.1210/en.2018-00220Gore A.C., Chappell V.A., Fenton S.E., Flaws J.A., Nadal A., Prins G.S., et al. Executive summary to EDC-2: the endocrine society’s second scientific statement on endocrine-disrupting chemicals. Endocr. Rev. 2015; 36(6): 593–602. https://doi.org/10.1210/er.2015-1093Gore A.C., Chappell V.A., Fenton S.E., Flaws J.A., Nadal A., Prins G.S., et al. Executive summary to EDC-2: the endocrine society’s second scientific statement on endocrine-disrupting chemicals. Endocr. Rev. 2015; 36(6): 593–602. https://doi.org/10.1210/er.2015-1093Ly L., Chan D., Trasler J.M. Developmental windows of susceptibility for epigenetic inheritance through the male germline. Semin. Cell Dev. Biol. 2015; 43: 96–105. https://doi.org/10.1016/J.SEMCDB.2015.07.006Ly L., Chan D., Trasler J.M. Developmental windows of susceptibility for epigenetic inheritance through the male germline. Semin. Cell Dev. Biol. 2015; 43: 96–105. https://doi.org/10.1016/J.SEMCDB.2015.07.006Svanes C., Bertelsen R.J., Accordini S., Holloway J.W., Júlíusson P., Boateng E., et al. Exposures during the prepuberty period and future offspring’s health: evidence from human cohort studies. Biol. Reprod. 2021; 105(3): 667–80. https://doi.org/10.1093/biolre/ioab158Svanes C., Bertelsen R.J., Accordini S., Holloway J.W., Júlíusson P., Boateng E., et al. Exposures during the prepuberty period and future offspring’s health: evidence from human cohort studies. Biol. Reprod. 2021; 105(3): 667–80. https://doi.org/10.1093/biolre/ioab158Alberts J.R., Motz B., Schank J.C. Positive geotaxis in infant rats (Rattus norvegicus): a natural behavior and a historical correction. J. Comp. Psychol. 2004; 118(2): 123–32. https://doi.org/10.1037/0735-7036.118.2.123Alberts J.R., Motz B., Schank J.C. Positive geotaxis in infant rats (Rattus norvegicus): a natural behavior and a historical correction. J. Comp. Psychol. 2004; 118(2): 123–32. https://doi.org/10.1037/0735-7036.118.2.123Ni H., Sun Q., Tian T., Feng X., Sun B.L. Prophylactic treatment with melatonin before recurrent neonatal seizures: Effects on long-term neurobehavioral changes and the underlying expression of metabolism-related genes in rat hippocampus and cerebral cortex. Pharmacol. Biochem. Behav. 2015; 133: 25–30. https://doi.org/10.1016/j.pbb.2015.03.012Ni H., Sun Q., Tian T., Feng X., Sun B.L. Prophylactic treatment with melatonin before recurrent neonatal seizures: Effects on long-term neurobehavioral changes and the underlying expression of metabolism-related genes in rat hippocampus and cerebral cortex. Pharmacol. Biochem. Behav. 2015; 133: 25–30. https://doi.org/10.1016/j.pbb.2015.03.012Briggs S.W., Mowrey W., Hall C.B., Galanopoulou A.S. CPP-115, a vigabatrin analogue, decreases spasms in the multiple-hit rat model of infantile spasms. Epilepsia. 2014; 55(1): 94–102. https://doi.org/10.1111/epi.12424Briggs S.W., Mowrey W., Hall C.B., Galanopoulou A.S. CPP-115, a vigabatrin analogue, decreases spasms in the multiple-hit rat model of infantile spasms. Epilepsia. 2014; 55(1): 94–102. https://doi.org/10.1111/epi.12424Yamashita M., Sakakibara Y., Hall F.S., Numachi Y., Yoshida S., Kobayashi H., et al. Impaired cliff avoidance reaction in dopamine transporter knockout mice. Psychopharmacology. 2013; 227(4): 741–9. https://doi.org/10.1007/s00213-013-3009-9Yamashita M., Sakakibara Y., Hall F.S., Numachi Y., Yoshida S., Kobayashi H., et al. Impaired cliff avoidance reaction in dopamine transporter knockout mice. Psychopharmacology. 2013; 227(4): 741–9. https://doi.org/10.1007/s00213-013-3009-9Sosedova L.M., Vokina V.A., Novikov M.A., Rukavishnikov V.S., Andreeva E.S., Zhurba O.M., et al. Paternal biomass smoke exposure in rats produces behavioral and cognitive alterations in the offspring. Toxics. 2021; 9(1): 3. https://doi.org/10.3390/toxics9010003Sosedova L.M., Vokina V.A., Novikov M.A., Rukavishnikov V.S., Andreeva E.S., Zhurba O.M., et al. Paternal biomass smoke exposure in rats produces behavioral and cognitive alterations in the offspring. Toxics. 2021; 9(1): 3. https://doi.org/10.3390/toxics9010003Champagne F.A. Epigenetic mechanisms and the transgenerational effects of maternal care. Front. Neuroendocrinol. 2008; 29(3): 386–97. https://doi.org/10.1016/j.yfrne.2008.03.003Champagne F.A. Epigenetic mechanisms and the transgenerational effects of maternal care. Front. Neuroendocrinol. 2008; 29(3): 386–97. https://doi.org/10.1016/j.yfrne.2008.03.003Symonds M.E., Sebert S.P., Hyatt M.A., Budge H. Nutritional programming of the metabolic syndrome. Nat. Rev. Endocrinol. 2009; 5(11): 604–10. https://doi.org/10.1038/nrendo.2009.195Symonds M.E., Sebert S.P., Hyatt M.A., Budge H. Nutritional programming of the metabolic syndrome. Nat. Rev. Endocrinol. 2009; 5(11): 604–10. https://doi.org/10.1038/nrendo.2009.195Anway M.D., Leathers C., Skinner M.K. Endocrine disruptor vinclozolin induced epigenetic transgenerational adult-onset disease. Endocrinology. 2006; 147(12): 5515–23. https://doi.org/10.1210/en.2006-0640Anway M.D., Leathers C., Skinner M.K. Endocrine disruptor vinclozolin induced epigenetic transgenerational adult-onset disease. Endocrinology. 2006; 147(12): 5515–23. https://doi.org/10.1210/en.2006-0640Filkowski J.N., Ilnytskyy Y., Tamminga J., Koturbash I., Golubov A., Bagnyukova T., et al. Hypomethylation and genome instability in the germline of exposed parents and their progeny is associated with altered miRNA expression. Carcinogenesis. 2010; 31(6): 1110–5. https://doi.org/10.1093/carcin/bgp300Filkowski J.N., Ilnytskyy Y., Tamminga J., Koturbash I., Golubov A., Bagnyukova T., et al. Hypomethylation and genome instability in the germline of exposed parents and their progeny is associated with altered miRNA expression. Carcinogenesis. 2010; 31(6): 1110–5. https://doi.org/10.1093/carcin/bgp300Anderson L.M., Riffle L., Wilson R., Travlos G.S., Lubomirski M.S., Alvord W.G. Preconceptional fasting of fathers alters serum glucose in offspring of mice. Nutrition. 2006; 22(3): 327–31. https://doi.org/10.1016/j.nut.2005.09.006Anderson L.M., Riffle L., Wilson R., Travlos G.S., Lubomirski M.S., Alvord W.G. Preconceptional fasting of fathers alters serum glucose in offspring of mice. Nutrition. 2006; 22(3): 327–31. https://doi.org/10.1016/j.nut.2005.09.006Ng S.F., Lin R.C., Laybutt D.R., Barres R., Owens J.A., Morris M.J. Chronic high-fat diet in fathers programs β-cell dysfunction in female rat offspring. Nature. 2010; 467(7318): 963–6. https://doi.org/10.1038/nature09491Ng S.F., Lin R.C., Laybutt D.R., Barres R., Owens J.A., Morris M.J. Chronic high-fat diet in fathers programs β-cell dysfunction in female rat offspring. Nature. 2010; 467(7318): 963–6. https://doi.org/10.1038/nature09491Павлов К.А., Дубова Е.А., Щеголев А.И. Фетоплацентарный ангиогенез при нормальной беременности: роль сосудистого эндотелиального фактора роста. Акушерство и гинекология. 2011; (3): 11–6. https://elibrary.ru/pfrwjbPavlov K.A., Dubova E.A., Shchegolev A.I. Fetoplacental angiogenesis during normal pregnancy: a role of vascular endothelial growth factor. Akusherstvo i ginekologiya. 2011; (3): 11–6. https://elibrary.ru/pfrwjb (in Russian)Pena C.J., Champagne F.A. Implications of temporal variation in maternal care for the prediction of neurobiological and behavioral outcomes in offspring. Behav. Neurosci. 2013; 127(1): 33–46. https://doi.org/10.1037/a0031219Pena C.J., Champagne F.A. Implications of temporal variation in maternal care for the prediction of neurobiological and behavioral outcomes in offspring. Behav. Neurosci. 2013; 127(1): 33–46. https://doi.org/10.1037/a0031219Bessa D.S., Maschietto M., Aylwin C.F., Canton A.P.M., Brito V.N., Macedo D.B., et al. Methylome profiling of healthy and central precocious puberty girls. Clin. Epigenetics. 2018; 10(1): 146. https://doi.org/10.1186/s13148-018-0581-1Bessa D.S., Maschietto M., Aylwin C.F., Canton A.P.M., Brito V.N., Macedo D.B., et al. Methylome profiling of healthy and central precocious puberty girls. Clin. Epigenetics. 2018; 10(1): 146. https://doi.org/10.1186/s13148-018-0581-1Bale T.L. Lifetime stress experience: transgenerational epigenetics and germ cell programming. Dialogues Clin. Neurosci. 2014; 16(3): 297–305. https://doi.org/10.31887/DCNS.2014.16.3/tbaleBale T.L. Lifetime stress experience: transgenerational epigenetics and germ cell programming. Dialogues Clin. Neurosci. 2014; 16(3): 297–305. https://doi.org/10.31887/DCNS.2014.16.3/tbale

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