Влияние дыма лесных пожаров на состояние центральной нервной системы крыс

Введение. Негативное воздействие дыма природных пожаров на здоровье человека представляет собой уникальную междисциплинарную проблему для современного научного сообщества. В работе представлены результаты исследования влияния дыма лесного пожара на двигательную активность, когнитивные показатели и параметры биоэлектрической активности головного мозга экспонированных крыс.

Материалы и методы. Экспериментальные исследования проведены на беспородных белых крысах-самцах. Животных опытной группы подвергали ингаляционному воздействию дыма лесного пожара в течение 1 сут. Сразу после окончания экспозиции проводили обследование животных, включающее в себя тестирование в открытом поле и водном лабиринте Морриса, а также проведение электроэнцефалографического обследования.

Результаты. При круглосуточном воздействии дыма лесного пожара в модельных условиях выявлено повышение двигательной и исследовательской активности крыс-самцов на фоне повышения уровня тревожности. Нарушения показателей пространственной памяти и навигационного научения не выявлено. На энцефалограмме экспонированных животных по сравнению с группой контроля преобладал диапазон δ-ритма, более выраженный в отведениях правого полушария. Выявлено снижение мощности спектра и средней амплитуды β1-ритма, а также тенденция к снижению средней амплитуды θ-ритма. Индексы основных ритмов ЭЭГ не имели статистически значимых отличий при сравнении с контрольной группой.

Заключение. Результаты настоящего исследования показали, что круглосуточное задымление дымом лесного пожара приводит к изменениям биоэлектрической активности головного мозга и дисрегуляции структуры индивидуального поведения у животных, что в совокупности может свидетельствовать о формировании повышенного уровня стрессированности, выходящего за рамки физиологической адаптации.

Участие авторов:
Соседова Л.М. — концепция, поиск литературы, написание, оформление статьи, ответственность за целостность всех частей статьи;
Вокина В.А. — концепция, поиск литературы, проведение эксперимента, написание, оформление статьи;
Новиков М.А. — поиск и перевод литературных источников, проведение эксперимента, написание текста;
Андреева Е.С. — проведение эксперимента, обработка результатов;
Рукавишников В.С. — руководство, аналитическая работа, обсуждение актуальности и результатов.

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

Финансирование. Работа выполнялась по плану НИР в рамках государственного задания. 

Заключение локального этического комитета ФГБНУ ВСИМЭИ: работа выполнена с соблюдением правил гуманного отношения к животным в соответствии с требованиями «Международных рекомендаций по проведению медико-биологических исследований с использованием животных» (ВОЗ, Женева, 1985) и «Правилами лабораторной практики» (Приказ Минздравсоцразвития России от 23 августа 2010 г. № 708н). На проведение экспериментов получено разрешение Локального этического комитета (Протокол ЛК ФГБНУ ВСИМЭИ № Е32/19 от 10.09.2019 г.).

Поступила: 12.05.2021 / Принята к печати: 28.09.2021 / Опубликована: 30.11.2021

1. Суркова Г.В., Блинов Д.В., Кирсанов А.А., Ревокатова А.П., Ривин Г.С. Моделирование распространения шлейфов воздушных загрязнений от очагов лесных пожаров с использованием химико-транспортной модели COSMO-Ru7-ART. Оптика атмосферы и океана. 2014; 27(1): 75-81

2. Global Forest Watch. 2015. New satellite data reveal massive tree cover loss in Russia and Canada. Available at: https://www.wri.org/news/release-new-satellite-data-reveal-massive-tree-cover-loss-russia-and-canada

3. Волков С. Н., Борисов В.А., Фокина Е.А. Лесные пожары - глобальная мировая проблема. Int. J. Adv. Stud. Med. Biomed. Sci. 2018; (1): 69-76

4. Simoneit B.R.T., Rogge W.F., Mazurek M.A., Standley L.J., Hildemann L.M., Cass G.R. Lignin pyrolysis products, lignans, and resin acids as specific tracers of plant classes in emissions from biomass combustion. Environ. Sci. Technol. 1993; 27(12): 2533-41. https://doi.org/10.1021/es00048a034

5. Mazzoleni L.R., Zielinska B., Moosmüller H. Emissions of levoglucosan, methoxy phenols, and organic acids from prescribed burns, laboratory combustion of wildland fuels, and residential wood combustion. Environ. Sci. Technol. 2007; 41(7): 2115-22. https://doi.org/10.1021/es061702c

6. Freeborn P.H., Wooster M.J., Roy D.P., Cochrane M.A. Quantification of MODIS fire radiative power (FRP) measurement uncertainty for use in satellite-based active fire characterization and biomass burning estimation. Geophys. Res. Lett. 2014; 41: 1988-94. https://doi.org/10.1002/2013GL059086

7. Виноградова А.А., Смирнов Н.С., Коротков В.Н. Аномальные пожары 2010 и 2012 гг. на территории России и поступление черного углерода в Арктику. Оптика атмосферы и океана. 2016; 29(6): 482-7. https://doi.org/10.15372/AOO20160606

8. Wang X., Thai P.K., Mallet M., Desservettaz M., Hawker D.W., Keywood M. Emissions of selected semivolatile organic chemicals from forest and savannah fires. Environ. Sci. Technol. 2017; 51(3): 1293-302. https://doi.org/10.1021/acs.est.6b03503

9. Горчаков Г.И., Ситнов С.А., Карпов А.В., Горчакова И.А., Гущин Р.А., Даценко О.И. Крупномасштабные дымки Евразии летом 2016 г. Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2019; 55(3): 41-51. https://doi.org/10.31857/S0002-351555341-51

10. Макоско А.А., Матешева А.В. Загрязнение атмосферы и качество жизни населения в XXI веке: угрозы и перспективы. М.; 2020.

11. Johnston F.H., Henderson S.B., Chen Y., Randerson J.T., Marlier M., DeFries R.S., et al. Estimated global mortality attributable to smoke from landscape fires. Environ. Health Perspect. 2012; 120(5): 695-701. https://doi.org/10.1289/ehp.1104422

12. Reid C.E., Brauer M., Johnston F.H., Jerrett M., Balmes J.R., Elliott C.T. Critical review of health impacts of wildfire smoke exposure. Environ. Health Perspect. 2016; 124(9): 1334-43. https://doi.org/10.1289/ehp.1409277

13. Sun X., Luo X., Zhao C., Zhang B., Tao J., Yang Z., et al. The associations between birth weight and exposure to fine particulate matter (PM2.5) and its chemical constituents during pregnancy: A meta-analysis. Environ. Pollut. 2016; 21: 38-47. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2015.12.022

14. Abdo M., Ward I., O’Dell K., Ford B., Pierce J.R., Fischer E.V., et al. Impact of Wildfire Smoke on Adverse Pregnancy Outcomes in Colorado, 2007-2015. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2019; 16(19): 3720. https://doi.org/10.3390/ijerph16193720

15. Вокина 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/10.18821/0016-9900-2019-98-11-1245-1250

16. Kulikov A.V., Tikhonova M.A., Kulikov V.A. Automated measurement of special preference in the open field test with transmitted lighting. J. Neurosci. Meth. 2008; 170(2): 345-51. https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2008.01.024

17. Вокина В.А., Новиков М.А., Алексеенко А.Н., Соседова Л.М., Капустина Е.А., Богомолова Е.С. и соавт. Экспериментальная оценка влияния дыма лесных пожаров на репродуктивную функцию мелких млекопитающих и их потомство. Известия Иркутского государственного университета. Серия: Биология. Экология. 2019; 29: 88-98. https://doi.org/10.26516/2073-3372.2019.29.88

18. Sosedova 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/toxics9010003

19. Свидерская Н.Е. Синхронная электрическая активность мозга. М.: Наука; 1987

20. Pfurtscheller G., Neuper Ch. Simultaneous EEG 10 Hz desynchronization and 40 Hz synchronization during finger movements. Neuroreport. 1992; 3(12): 1057-60. https://doi.org/10.1097/00001756-199212000-00006

21. Desmedt J.D., Tomberg C. Transient phase-locking of 40 Hz oscillation in prefrontal and parietal human cortex reflects the process of conscious somatic perception. Neurocsi. Lett. 1994; 168(1-2): 126-9. https://doi.org/10.1016/0304-3940(94)90432-4

22. Кожечкин С.Н., Свидерская Н.Е., Коштоянц О.Х., Середенин С.Б. Влияние этанола в различных дозах на ЭЭГ крыс. Многопараметрический анализ. Экспериментальная и клиническая фармакология. 2004; 67(5): 46-50. https://doi.org/10.30906/0869-2092-2004-67-5-46-50

23. Woolcock T.E., Murkin Y.M., Farrar J.K., Tweed A., Guiraudon G.M., McKenzie F.N. Pharmacologic EEG suppression during cardiopulmonary bypass: cerebral hemodinamic and metabolic effects of thiopental or isoflurane during hypothermia and normothermia. Anesthesiology. 1987; 67(2): 218-24.

24. Hu H., Vervaeke K., Graham L.J., Storm J.F. Complementary theta resonance filtering by two spatially segregated mechanisms in CA1 hippocampal pyramidal neurons. J. Neuroscience. 2009; 29(46): 14472-83. https://doi.org/10.1523/jneurosci.0187-09.2009

25. Каркищенко Н.Н. Через критерии подобия и аллометрии к валидации и экстраполяции в биомедицине. Биомедицина. 2007; (1): 5-28