Воздействие торфяного дыма как фактор риска нарушения постнатального развития

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. 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 РМ_2,5 — 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. 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. Исследование было ограничено изучением постнатального развития потомства, полученного от белых крыс, экспонированных торфяным дымом в период полового созревания.

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

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

1. О 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/

2. 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.2023.100482

3. Adetona 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/10.3109/08958378.2016.1145771

4. Grant 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.2021.100110

5. Чеботарева 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/vxdvjq

6. 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/s41467-018-07617-9

7. van 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.2016.07.001

8. 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

9. Хабриев Р.У. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ. М.: Медицина; 2005. https://elibrary.ru/qciiob

10. 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.2018-00220

11. Gore 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.2015-1093

12. Ly 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.2015.07.006

13. Svanes 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/ioab158

14. Alberts 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/10.1037/0735-7036.118.2.123

15. Ni 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.2015.03.012

16. Briggs 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.12424

17. Yamashita 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/s00213-013-3009-9

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. Champagne 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.2008.03.003

20. Symonds 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.2009.195

21. Anway 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.2006-0640

22. Filkowski 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/bgp300

23. Anderson 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.2005.09.006

24. Ng 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/nature09491

25. Павлов 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/pfrwjb

26. 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/a0031219

27. Bessa 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/s13148-018-0581-1

28. Bale 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