Зав. лабораторией биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований», д-р мед. наук, проф.
e-mail: sosedlar@mail.ru
The Head of the Department Laboratory of Biomodeling and Translational Medicine at the East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research, Dr. of Sci. (Med.), Professor
e-mail: sosedlar@mail.ru
Введение. Увеличение количества природных пожаров, наряду с отсутствием системы химического контроля за качеством атмосферы во время задымления, приводит к риску развития нарушений здоровья спасателей и пожарных, испытывающих воздействие высоких концентраций токсичных компонентов дыма.
Цель исследования — выявление причинно-следственных связей на основе экспериментального моделирования между воздействием дыма природного пожара и функциональным состоянием нервной и репродуктивной систем.
Материалы и методы. Исследования выполнены на белых крысах обоих полов. Животных помещали в ингаляционные камеры и подвергали воздействию дыма природных пожаров в различных концентрациях и длительности воздействия. Обследовали функциональное состояние нервной (метод «открытое поле», тест Морриса, электроэнцефалография, гистология нервной ткани), репродуктивной систем (количество клеток Лейдига, среднее число сперматогониев, индекс сперматогенеза) наличие генотоксичности (метод ДНК-комет), метилирование ДНК и влияние на потомство (постнатальное развитие, видоспецифическое поведение). Рассчитывали суммарную экспозиционную нагрузку в каждой группе животных по показателям содержания в камерах СО и твёрдых частиц (РM2,5).
Результаты. Установлено, что при суммарной экспозиционной нагрузке 0,03–0,22 мг наблюдались первоначальные изменения показателей морфофункционального состояния центральной нервной системы. При увеличении нагрузки до 4 мг нарушения показателей поведения и электрической активности мозга сопровождались значительными изменениями в структуре нервной ткани головного мозга крыс. Репродуктивная функция крыс при воздействии дыма изменялась, начиная с суммарной экспозиционной дозы 10,8 мг, наблюдалось снижение индекса сперматогенеза и изменение циклической функции яичников. Нарушение постнатального развития потомства выявлено уже при суммарной экспозиционной нагрузке от 0,22 до 4 мг. Длительное воздействие дыма в течение 1 месяца сопровождалось выраженным нарушением сперматогенной функции семенников и повышением неонатальной смертности у потомства, а также нарушением в половозрелом возрасте структуры поведения и пространственной памяти. Генотоксическое действие дыма не выявлено, а изменение метилирования ДНК в клетках крови обнаружено при максимальной суммарной дозе компонентов дыма.
Ограничения исследования. Исследование ограничено изучением влияния дыма природных пожаров на показатели нервной и репродуктивной систем беспородных белых крыс-самцов.
Выводы. Полученные результаты являются фундаментальным заделом при решении таких задач как разработка риск-ориентированных профилактических здоровьесберегающих мер для работающих в экстремальных ситуациях в условиях задымления при природных пожарах и принятия эффективных управляющих решений.
Этика. Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований (Протокол ЛК ФГБНУ ВСИМЭИ № 32/19 от 10.09.2019 г.), проведено в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (ETS № 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:Соседова Л.М. — концепция, поиск литературы, написание, оформление статьи, ответственность за целостность всех частей статьи;Вокина В.А. — концепция, поиск литературы, проведение эксперимента, написание, статистическая обработка, оформление статьи;Рукавишников В.С. — руководство, аналитическая работа, обсуждение актуальности и результатов;Андреева Е.С. — обоснование актуальности, поиск литературы, проведение эксперимента, обработка результатов.Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.
Финансирование. Работа выполнялась в рамках гранта № 075-15-2020-787 Министерства науки и высшего образования РФ на выполнение крупного научного проекта по приоритетным направлениям научно-технологического развития (проект «Фундаментальные основы, методы и технологии цифрового мониторинга и прогнозирования экологической обстановки Байкальской природной территории»).
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Дата поступления: 01.12.2023 / Дата принятия к печати: 06.12.2023 / Дата публикации: 29.12.2023
Introduction. An increase in the number of wildfires, along with the lack of a chemical control system for the quality of the atmosphere during smoke, leads to a risk of developing health disorders for rescuers and firefighters exposed to high concentrations of toxic smoke components.
The study aims to identify causal relationships based on experimental modeling between exposure to natural fire smoke and the functional state of the nervous and reproductive systems.
Materials and methods. The authors conducted studies on white rats of both sexes. The animals were placed in inhalation chambers and exposed to forest fire smoke of varying concentrations and duration of exposure. The scientists examined the functional state of the nervous system (open field method, Morris test, electroencephalography, histology of nervous tissue), the reproductive system (number of Leydig cells, average number of spermatogonia, spermatogenesis index), the presence of genotoxicity (DNA comet method), DNA methylation and the effect on offspring (postnatal development, species-specific behavior). We calculated the total exposure limit in each group of animals in accordance with the indicators of CO and PM2.5 content in the chambers.
Results. The researchers found that with a total exposure load of 0.03–0.22 mg, there were initial changes in the morphofunctional state of the central nervous system. With an increase in the load to 4 mg, violations of the indicators of behavior and electrical activity of the brain were accompanied by significant changes in the structure of the nervous tissue of the rat brain. The reproductive function of rats under the influence of smoke changed, starting with a total exposure dose of 10.8 mg. We observed a decrease in spermatogenesis and a change in the cyclic function of the ovaries. A violation of the postnatal development of offspring has already been detected with a total dose of 0.22 to 4 mg. Prolonged exposure to tobacco smoke for one month was accompanied by a pronounced violation of the spermatogenetic function of the testicles and an increase in neonatal mortality in offspring, as well as a violation of the structure of behavior and spatial memory in adulthood. The genotoxic effect of smoke was not detected, and a change in DNA methylation in blood cells was detected at the maximum total dose of smoke components.
Limitation. The study is limited to studying the effect of wildfire smoke on the nervous and reproductive systems of mongrel white male rats.
Conclusion. The results obtained are a fundamental foundation for solving such tasks as the development of risk-oriented preventive health-saving measures for workers in extreme situations in conditions of smoke during wildfires and making effective management decisions.
Ethics. The study was approved by the local Ethics Committee of the East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research (Protocol LK of East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research No. 32/19 dated 09/10/2019), conducted in accordance with the European Convention for the Protection of Vertebrates Used for Experiments or Other Scientific Purposes (ETS No. 123), Directive of the European Parliament and the Council of the European Union 2010/63/EC dated 09/22/2010 on the protection of animals used for scientific purposes.
Contribution:
Sosedova L.M. — concept, literature search, writing, article design, responsibility for the integrity of all parts of the article;Vokina V.A. — concept, literature search, experiment, writing, statistical processing, article design;Rukavishnikov V.S. — leadership, analytical work, discussion of relevance and results;Andreeva E.S. — substantiation of relevance, literature search, experiment, results processing;All co-authors — approval of the final version of the article, responsibility for the integrity of all parts of the article.
Funding. The scientists have carried out the work 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 (the project "Fundamentals, methods and technologies of digital monitoring and forecasting of the ecological situation of the Baikal natural territory").
Conflict of interests. The authors declare no conflict of interests.
Received: 01.12.2023 / Accepted: 06.12.2023 / Published: 29.12.2023
The authors declare that there are no conflicts of interest present.