Экспериментальное обоснование рисков развития нарушений здоровья при воздействии дыма природных пожаров

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 (РM_2,5).

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

1. Holm S.M., Miller M.D., Balmes J.R. Health effects of wildfire smoke in children and public health tools: a narrative review. J. Expo. Sci. Environ. Epidemiol. 2020; 31(1): 1–20. https://doi.org/10.1038/s41370-020-00267-4

2. Gaughan D.M., Siegel P.D., Hughes M.D., Chang C., Law B.F., Campbell C.R., et. al. Arterial stiffness, oxidative stress, and smoke exposure in wildland firefighters. Am. J. Ind. Med. 2014; 57(7): 748–756. https://doi.org/10.1002/ajim.22331

3. Banes C.J. Firefighters' cardiovascular risk behaviors. Workplace Health Safety. 2014; 62(1): 2734.

4. Чумаева Ю.В., Псядло Э.М., Шафран Л.М. Медико-психологическая реабилитация как система профилактики и коррекции производственно-обусловленных психосоматических нарушений пожарных-спасателей. Актуальные проблемы транспортной медицины. 2010; 19(1): 70–80.

5. Cheong K.H., Ngiam N.J., Morgan G.G., Pek P.P., Tan B.Y.-Q., Lai J.W., et al. Acute health impacts of the southeast Asian transboundary haze problem — a review. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2019; 16: 3286. https://doi.org/10.3390/ijerph16183286

6. Domitrovich J.W., Broyles G.A., Ottmar R.D., Reinhardt T.E., Naeher L.P., Kleinman M.T., et al. Wildland fire smoke health effects on wildland firefighters and the public. Final report: Joint Fire Sciences Program. 2017.

7. Вокина В.А., Андреева Е.С., Новиков М.А., Соседова Л.М. Устройство для моделирования интоксикации у мелких лабораторных животных продуктами горения биомассы: пат. 213283U1 Рос. Федерация: МПК G09B23/28; № 2022107278; 2022.

8. Лемешевская Е.П., Куренкова Г.В., Жукова Е.В. Профессиональный риск здоровью работников промышленных предприятий: учебное пособие для студентов. ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава России, Кафедра гигиены труда и гигиены питания. Иркутск: ИГМУ; 2016; 52.

9. 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: 345–351.

10. Vorhees C.V., Williams M.T. Morris water maze: procedures for assessing spatial and related forms of learning and memory. Nature protocols. 2006; 1(2): 848–858. https://doi.org/10.1038/nprot.2006.116

11. Vokina V.A., Sosedova L.M., Novikov M.A., Titov E.A., Andreeva E.S., Rukavishnikov V.S. Effects of Daily Peat Smoke Exposure on Present and Next Generations. Toxics. 2022; 10: 750. https://doi.org/10.3390/toxics10120750

12. Дурнев А.Д., Жанатаев А.К., Сирота Н.П. и др. Оценка генотоксических свойств методом ДНК-комет in vitro: Методические рекомендации МР 4.2.0014-10. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора; 2010: 15.

13. Wentzel J.F. Assessing the DNA methylation status of single cells with the comet assay. Anal. Biochem. 2010; 400(2): 190–194.

14. Swiston J.R., Davidson W., Attridge S., Li G.T., Brauer M., van Eeden S.F. Wood smoke exposure induces a pulmonary and systemic inflammatory response in firefighters. European Respiratory Journal. 2008; 32: 129–138. https://doi.org/10.1183/09031936.00097707

15. Adetona O., Dunn K., Hall D.B. Achtemeier G., Stock A., Naeher L.P. Personal PM2,5 exposure among wildland firefighters working at prescribed forest burns in Southeastern United States. J. of Occup. and Environ Hygiene. 2011; 8(8): 503–511. https://doi.org/10.1080/15459624.2011.595257

16. Орловский С.Н., Цай Ю.Т. Воздействие температуры и вредных газов на лесного пожарного. Вестник КрасГАУ. 2016; 10. https://clck.ru/374FBn (дата обращения: 27.11.2023).

17. Reisen F., Hansen D., Meyer C.P. Exposure to bushfire smoke during prescribed burns and wildfires: firefighters’ exposure risks and options. Environ. Int. 2011; 37: 314–321.