CC BY
5
1967 г. Ставрополь, 1969, с. 17.— Закусов В. В. Экспериментальные данные по фармакологии центральной нервной системы. Л., 1947, с. 7.— Рязанов В. А., Б у ш -0 т у е в а К- А., Н о в и к о в Ю. В. В кн.: Предельно допустимые концентрации ат-
мосферных загрязнений. М., 1957, в. 3, с. 117.— Хачатурян М. X., Гусев М. И., Горлова О. Е. Гиг. и сан., 1968, № 8, с. 101.— Хачатурян М. X., С т я ж -кии В. М. В кн.: Вопросы гигиены атмосферного воздуха и планировки населенных мест. М., 1968, с. 34.
Поступила 27/VI 1973 г.
HYGIENIC ASSESSMENT OF THE REFLEX ACTION ON A BODY OF SMALL CONCENTRATIONS OF BUTYL ALCOHOL IN THE ATMOSPHERE
В. K. Baikov, M. Kh. Khachaturyan
A study of the light sensitivity of an eye adapted to darkness revealed the reflex action of butyl alcohol at a level of its threshold value of smell. Meanwhile the conditioned reflex ^ and the encephalography reactions changed under the action of sensory concentrations. On
the basis of investigations performed the authors recommend maximum single time permissible concentration of butyl alcohol in the atmosphere to be set at a level of 0,1 mg/m3.
УДК 614.71/.73-07:616.831-092.
Проф. А. И. Бокина, Н. Д. Эгкслер
ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДЕЙСТВИЯ НЕКОТОРЫХ АТМОСФЕРНЫХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ НА ЦЕНТРАЛЬНУЮ НЕРВНУЮ
СИСТЕМУ
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. И. Сыснна
* Мы попытались подойти к решению вопроса о критериях неблагоприят-
ного воздействия токсических веществ на центральную нервную систему на примере продуктов фотохимических реакций в атмосферном воздухе — озона и формальдегида. Для выяснения функциональных сдвигов в центральной нервной системе экспериментальных животных под воздействием высоких и низких концентраций указанных токсических веществ был избран метод изучения суммарной электрической активности ряда структур мозга, обеспечивающих сенсорный ответ на применяемые запаховые раздражители (обонятельная луковица, пириформная кора), и образований, осуществляющих реакции адаптивно-поведенческого характера (гиппокамп, миндалина, ретикулярная формация ствола мозга), анализ реакции перестройки ритма в ответ на ритмическое световое раздражение и метод вызванных потенциалов (анализ комплекса первичный ответ — медленная отрицательная волна — поздний ответ).
Биоэлектрическую активность структур головного мозга регистриро-% вали с помощью 16-канального электроэнцефалографа фирмы «Галилео».
Запись вызванных потенциалов вели на двухлучевом универсальном индикаторе «Диза». Бинокулярную световую стимуляцию осуществляли серией апериодических или ритмических коротких вспышек (энергия вспышки 1,4 дж, длительность засвета 1,2 мсек.).
Формальдегид дозировали по общепринятой схеме (В. А. Рязанов и соавт.). Постоянство исследуемых концентраций контролировали при помощи методики М. В. Алексеевой с хромотроповой кислотой. Озон получали из баллонного кислорода, используя озонатор типа ОВ-1. Постоянство концентраций контролировали нейтральным йодидным методом.
На 47 кроликах поставлено около 500 опытов. После окончания опытов проводили морфологический контроль за положением электродов в изучаемых структурах мозга.
Изучение экстренного применения формальдегида и озона в опытах Ь I серии при 10-секундной экспозиции показало, что оба вещества вызыва
ют в зависимости от концентрации два вида реакции в центральной нерв-
ной системе экспериментальных животных — ориентировочно-исследова-тельскую и специфическую обонятельную. Пороги индивидуальной чувствительности животных к запахам формальдегида и озона для ориенти-ровочно-исследовательской реакции оказались на уровне 2—3,5 и 1,4—
2.1 мг/м3, для специфической реакции — на уровне 3,5—6,5 и 3,3—
4.2 мг/м3 соответственно.
Биологический смысл ориентировочной реакции ясен — это павловский рефлекс «что такое?», обеспечивающий ответ центральной нервной системы на постоянно меняющиеся условия внешней среды. Специфическая реакция по классификации Е. Н. Соколова должна быть отнесена к адаптационному типу, т. е. она представляет собой биологически значимую реакцию организма.
Изменения электроэнцефалограммы (ЭЭГ) после экстренных воздействий формальдегида и озона в концентрации на уровне ориентировочной и специфической реакций кратковременны (15—20 сек.) и свидетельствуют о быстром возвращении функционального состояния головного мозга к исходному.
В следующей (II) серии опытов изучено функциональное состояние центральной нервной системы при более длительном непрерывном воздействии веществ (время экспозиции 10 мин.). Опыты показали, что продление действия этих веществ в концентрации на уровне порога ориентировочной реакции вызывает появление во всех изучаемых структурах длительного (до 3—5 мин.) синхронизированного ритма напряжения и дезорганизацию дыхания.
Таким образом, в опытах II серии обнаружены изменения функционального состояния животных при более длительном воздействии веществ, характеризующиеся появлением продолжительных периодов тета-ритма в электрической активности головного мозга. Реакция была ранней, генерализованной и более отчетливой при воздействии формальдегида, что, по-видимому, связано с его тригеминальным характером и отражает влияние афферентации с тройничного нерва на ретикулярную формацию, которая в свою очередь диффузно активирует весь мозг. Функциональное значение тета-ритма на ЭЭГ кролика, по современным общепринятым представлениям, состоит в повышении уровня мотивации (Штвоп) и, по некоторым представлениям, мотивации отрицательного биологического знака (П. К. Анохин).
В следующей (III) серии экспериментов при изучении характера и особенностей интермиттирующего действия формальдегида и озона в качестве контроля были поставлены опыты с предъявлением сенсорного раздражителя, заведомо не обладающего токсическим действием. Для того чтобы иметь возможность сравнить результаты, интенсивности исследуемых раздражителей относили к порогам появления ориентировочной реакции на ЭЭГ. Показано, что многократное применение этих раздражителей (концентраций формальдегида на уровне 2—3,7 мг/м3 и озона на уровне 1,4—2,1 мг/м3) во всех случаях вызывает у животных развитие легкого дремотного состояния, электроэнцефалографическими коррелятами которого служит появление «сонных веретен» в подкорковых и неокортикальных структурах. Однако применение указанных раздражителей в надпо-роговых интенсивностях приводит к различным результатам. Оказалось, что многократное воздействие формальдегида и озона (в концентрациях 3,7—6,5 и 3,3—4,2 мг/м3), а также звука (в интенсивности 80 дб) оценивается центральной нервной системой по-разному, в зависимости от качества раздражителя: при действии звука возникает привыкание к раздражителю, применение формальдегида меняет общее функциональное состояние головного мозга в сторону активации, воздействие озона при отсутствии существенных изменений электрической активности в структурах неокортек-са вызывает появление аномальных форм активности в обонятельных луковицах и амигдалярном комплексе.
Полученный-в этих опытах результат заставил нас предположить, что вследствие неадекватно высокого сенсорного ввода в обонятельных структурах происходит ломка синаптических аппаратов передачи возбуждения, приводящая к развитию пароксизмальной активности. Представляло интерес выяснить, закрепляется ли этот сдвиг в центральной нервной системе или он исчезает с момента снятия раздражителя. С этой целью была поставлена IV серия опытов: кролики, предварительно испытавшие действие надпороговых концентраций формальдегида и озона (опыты III серии), через 2—4 недели подверглись воздействию тех же веществ в концентрациях 0,65 мг/м3 (формальдегид) и 0,1 мг/м3 (озон) в сочетании с функциональной нагрузкой ритмическим светом.
Опыты подтвердили, что высокие концентрации токсических веществ вызывают в специфических обонятельных структурах (обонятельной луковице и кор-тико-медиальной амигдале) скрытые устойчивые очаги пароксизмальной активности.
Таким образом, обнаружено, что наиболее чувствительными структурами, обеспечивающими реакцию на токсический агент и первыми отвечающими патологическими реакциями на воздействие веществ, обладающих запахом, являются специфические структуры обонятельного анализатора. Напрашивается также еще один вывод, имеющий непосредственное значение лля гигиенического нормирования: биологическая значимость токсйче-ских запаховых веществ может быть выявлена при кратковременном действии — только на уровне специфических реакций. При исследовании ответов центральной нервной системы на токсические вещества в концентрациях на уровне ориентировочно-исследовательской реакции необходимо существенно увеличивать время экспозиции (до десятков минут), т. е. в сущности переходить уже к исследованию резорбтивного действия. Это и осуществлено нами в V серии опытов. В 30-минутном эксперименте исследовались концентрации формальдегида и озона на уровне цеховых и максимально разовых ПДК методом изучения реакции перестройки ритма (РПР) на оптимальную частоту (4 гц) ритмического светового раздражителя. Максимально разовые ПДК оказались недействующими, так как изменения параметров РПР лежали в пределах контрольных по отношению к чистому воздуху. В то же время воздействие обоих веществ на уровне ПДК для цехов вызывало в конце их применения как изменение суммарной ЭЭГ, так и реакцию перестройки ритма (см. таблицу).
В суммарной ЭЭГ при воздействии формальдегида приблизительно с 20-й минуты доминировал ритм напряжения, при воздействии озона электрическая активность всех изучаемых структур мозга с этого времени была десинхронизирована. /
Оценивая результаты V серии экспериментов, следует отметить, что оба указанных воздействия вызывают на 20-й минуте изменение функционального состояния центральной нервной системы в сторону преобладания возбудительных процессов.
В VI и VII сериях опытов исследовали хроническое (в условиях 11/2 месяцев) круглосуточное воздействие формальдегида и озона в концентрациях, встречающихся в атмосферном воздухе городов, методом изучения
Изменение реакции перестройки ритма при 30-минутном воздействии формальдегида и озона
Формальдегид (0.65 мг/м») Озон (0.1 мг/м*)
Структуры X в « 8 Ч X X с о
а а *> Я и а а а ■5 X
сч с ь> сч о Н — о
Теменная
кора Затылочная 1
кора Гиппокамп — _ — + + + —
Кор. мед. ядро .. . _ + + + + _
РФ ствола — — — — —
Примечание. + статистически достоверное (Р<0,05) ухудшение РПР.
вызванных потенциалов (ВП) зрительной коры и с помощью функциональной нагрузки коразолом. Динамика изменений ВП в ходе хронического воздействия формальдегида в концентрации 0,1 мг/м3 (см. рисунок, А) свидетельствует о том, что в начале затравки произошло усиление процессов коркового торможения (М. С. Мыслободский; В. Г. Скребицкий и JI. Л. Воронин, и др.). Это можно рассматривать как механизм компенсации, направленный на устранение результатов влияния токсического вещества. Обнаруженное в дальнейшем падение амплитуды первичного ответа вызванного потенциала (ПО), медленной отрицательной волны (MOB) и позднего ответа (ПозО), а также продолжительности MOB свидетельствует об ухудшении в системе коркового торможения. С физиологической точки
зрения сдвиг может быть рассмотрен как неблагоприятный.
Обнаруженные изменения могут быть связаны с реакцией повреждения либо с защитно-приспособительной реакцией. При решении этого вопроса необходимо учитывать, что, с одной стороны, интегральный показатель функционального состояния центральной нервной системы — порог судорожной готовности — не был изменен статистически достоверно в процессе затравки, а с другой — статистически достоверные изменения первичных и вторичных ответов ВП были в пределах физиологической нормы. Можно думать, что эти особенности обнаруженных сдвигов, а также их фазность готорят о компенсаторно-приспособительном характере изменений.
Результаты воздействия озоном в концентрации 0,05 мг/м3 (см. рисунок, б) показали, что в ходе его хронического применения происходит снижение амплитуды ПО и MOB с одновременным увеличением длительности последней. Фотометразольные пороги статистически достоверно не меняются и обнаруживают тенденцию к увеличению в последнем периоде затравки.
Нейрофизиологический анализ результатов указывает на то, что динамика изменений ВП при этом воздействии свидетельствует об ухудшении процессов коркового торможения. В плане гигиенической оценки изученной концентрации озона необходимо отметить следующее. Несмотря на то что изменения ВП лежат в пределах физиологической нормы, падение амплитуды суммарной ЭЭГ всех изучаемых структур головного мозга, а также поведенческая реактивность животных, обнаруженные при таком воздействии, дают основание отнести указанную концентрацию к категории небезразличных для организма при применении функциональных нагрузок.
Можно полагать, что в хроническом эксперименте изменения ВП отражают первичную препатологическую реакцию мозга, так как в случае воздействия формальдегида и озона процесс изменения ВП указывает на усиление готовности к судорожным состояниям. Этот результат говорит в пользу общего механизма действия токсических веществ на синаптиче-скую организацию мозга как для высоких, так и для низких концентраций
л
Длительность (S мсек)
Динамика изменения параметров первичных и вторичных ответов вызванного потенциала зрительной коры в процессе полуторамесячной круглосуточной затравки формальдегидом в концентрации 0,1 мг/м3 (А) и озоном в концентрации 0,05 мг/м3 (Б).
I — фон; 2 — 2-я неделя затравки: 3 — 4-я неделя затравки; 4 — 6-я неделя затравки; 5 — последствие. Остальные обозначения в тексте.
при их длительном применении. Это может иметь практическое следствие при установлении гигиенических нормативов, а именно допускает прогноз эффекта длительного действия низких концентраций токсических веществ на основе реакций и ответов, полученных в кратковременном эксперименте.
Заслуживает особого внимания то обстоятельство, что такие разные по химическому строению и физико-химическим свойствам вещества, как озон и формальдегид, принципиально одинаково (хотя и в разные сроки) влияют на функцию центральной нервной системы. Подобный результат хорошо согласуется с накопленными в гигиенической литературе обширными данными об эффекте простой суммации при воздействии комплекса токсических веществ на другие функциональные системы. Эти данные, если они подтвердятся в отношении большего количества веществ, могут быть использованы для гигиенической оценки комплекса химических веществ.
Выводы
1. Применение формальдегида и озона в концентрации 2—3,7 и 1,4— 2,1 мг/м3 при экспозиции длительностью 10 мин. вызывает на ЭЭГ появление стойкого ритма напряжения — сдвига, свидетельствующего об изменении функционального состояния животных в сторону возбуждения. Длительный генерализованный ритм напряжения может быть взят в качестве показателя неблагоприятного воздействия токсических запаховых веществ на центральную нервную систему.
2. Воздействие высоких концентраций токсических веществ приводит к появлению в наиболее чувствительных структурах обонятельного анализатора локальных скрытых эпилептогенных очагов, которые могут быть выявлены методом провокации с помощью воздействия тех же веществ в значительно более низких (на 1 порядок) концентрациях в сочетании с функциональной нагрузкой ритмическим светом. Пароксизмальные формы активности в структурах обонятельного анализатора являются безусловным показателем неблагоприятного действия токсических веществ на центральную нервную систему.
3. Получасовое воздействие формальдегида и озона в концентрации, равной ПДК для цехов, вызывает ухудшение реакции перестройки ритма на оптимальную частоту ритмических засветов, появляющееся в первую очередь в специфической обонятельной структуре — кортико-медиальном ядре амигдалы. Концентрация этих веществ на уровне максимально разовых ПДК в атмосферном воздухе оказались недействующими..
4. Хроническое воздействие формальдегида в концентрации 0,1 мг/м3 и озона в концентрации 0,05 мг/м3 выявило статистически достоверные изменения амплитудно-временных характеристик первичных и вторичных ответов вызванных потенциалов зрительной коры головного мозга кролика. Нейрофизиологический анализ обнаруженных реакций позволяет предположить, что к концу затравок происходит альтерация в системе коркового торможения. Обнаруженные изменения отражают, по-видимому, препато-логическую реакцию центральной нервной системы на токсические факторы низкой интенсивности при длительном действии.
5. Методы функциональной ЭЭГ являются чувствительными и информативными методами изучения функционального состояния центральной нервной системы при действии токсических факторов малой интенсивности; они позволяют судить об изменении общего функционального состояния, дают возможность получить дифференцированную характеристику состояния отдельных структур мозга и могут быть применены не только для решения вопроса о механизме действия атмосферных загрязнений и обосновании критерия вредности, но и при исследовании таких аспектов этой проблемы, как процессы адаптации, сенсибилизации в центральной нервной системе и т. д.
ЛИТЕРАТУРА. Алексеева М. В. В кн.: Методы определения атмосферных загрязнений. Ред. М. С. Гольдберг. М., 1966, с. 164.— Анохин П. К. В кн. Высшая нервная деятельность. М., 1963, с. 86.— Мыслободский М. С. Ж- высш. #
нервн. деят., 1968, т. 18, с. 660.— Рязанов В. А., Буштуева К. А., Н о -в и ков Ю-В. В кн.: Предельно допустимые концентрации атмосферных загрязнений. М., 1957, в. 3, с. 117.— Скребицкий В. Г., Воронин Л. Л. Ж- высш. нервн. деят., 1966, т. 16, с. 864.— Соколов Е. Н. В кн.: Нейронные механизмы ориентировочного рефлекса. М., 1970, с. 3.— Хачатурян М. X., Е л ф и м о в а Е. В. Гиг. и сан., 1967, № 10, с. 53.— Winson J., Behav. Biol., 1972, v. 7, p. 479.
Поступила 18/VI 1973 r.
ELECTROPHYSIOLOGICAL ANALYSIS OF THE ACTION OF CERTAIN ATMOSPHERIC POLLUTIONS ON THE CENTRAL NERVOUS SYSTEM
A. I. Bokina, N. D. Eksler
The authors have found some common traits in the mechanism of action on the central ^
nervous system of high concentrations of ozone and formaldehyde for a short time and that of low ones for a long time. The most sensitive cerebral formations, that were the first to take part in the pathological reaction with the above mentioned toxic agents, proved to be the olfactory bulbs and the cortico-medial nucleus of the amygdaline complex. The noxious effect revealed itself in paroxysmal activity of specific olfactory structures and a prolonged generalized strain rhythm in the subcortical and neocortical structures.
УДК 613.63:[6!6-05В.3:547.584
Кандидаты мед. наук И. А. Черниченко и Г. И. Виноградов, И. М. Каран-дакова
ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА АЛЛЕРГЕННОЙ АКТИВНОСТИ ФТАЛЕВОГО АНГИДРИДА ПРИ ИНГАЛЯЦИОННОМ ПОСТУПЛЕНИИ
В ОРГАНИЗМ
Киевский научно-исследовательский институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Марзеева
Настоящая работа направлена на изучение аллергенной активности фталевого ангидрида — одного из основных загрязнителей атмосферного воздуха в районе расположения фталевого производства. При этом представлялось важным выявить способности фталевого ангидрида вызывать аллергизацию организма при проникновении через дыхательные пути.
Исследования проводились на морских свинках. Режим сенсибилизации предусматривал прерывистое семикратное введение изучаемого вещества с интервалами в 3—4 дня. Для испытания аллергенной активности были выбраны 4 дозы фталевого ангидрида в интервале от 1,5 до 0,0015 мг; каждая из доз отличалась от последующей на 1 порядок (см. таблицу).
Дозы рассчитывались, исходя из допустимого содержания фталевого ангидрида в атмосферном воздухе (0,1 мг/м3) и с учетом рекомендаций М. В. Крыжановской по экспериментальному изучению аллергенных свойств химических веществ (1968)
Введение фталевого ангидрида осуществляли путем ингаляционной затравки в условиях камеры. При этом в камерах создавались такие концентрации вещества, которые определяли бы поступление испытуемых доз в организм животного с учетом их веса и объема легочной вентиляции за время экспозиции (60 мин.).
Положительным контролем служили животные, которым те же дозы фталевого ангидрида вводились подкожно в объеме 0,3 мл физиологического раствора. Этот путь был выбран как один из наиболее распространенных в практике аллергологических исследований.
1 Методические указания к экспериментальному изучению аллергенных свойств химических ингредиентов атмосферных загрязнений. Киев, 1968. «
