CC BY
36
Hygiene & Sanitation (Russian Journal). 2016; 95(9)
_DOI: http://dx.doi.org/10.1882/0016-9900-2016-9-895-899
Оriginal article
Экспериментальные исследования
0 КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2016
УДК 614.72:616.831-008.922.1-008.64-092.9
Вокина В.А.1, Соседова Л.М.1,2, Филиппова Т.М.2
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЙРОТОКСИЧНОСТИ ТОЛУОЛА В УСЛОВИЯХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРЕНАТАЛЬНОГО ГИПОКСИЧЕСКОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ ГОЛОВНОГО МОЗГА
1 ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований» ФАНО России, 665827, Ангарск;
2 ФГБОУ ВПО «Ангарский государственный технический университет» Министерства образования и науки РФ, 665835, Ангарск
Проведено исследование влияния толуола на показатели поведения, когнитивных способностей и биоэлектрической активности головного мозга белых крыс с нормальным течением эмбрионального развития и на фоне пренатальной гемической гипоксии. Моделирование пренатальной гипоксии осуществляли путем подкожного введения беременным самкам крыс раствора нитрита натрия в дозе 50 мг/кг с 10-го по 19-й день гестации. В возрасте 3-х месяцев проводили динамическое ингаляционное воздействие толуолом (150 ppm, 4 нед) на самцов из полученного потомства. После экспозиции толуолом у животных оценивали структуру индивидуального поведения, показатели когнитивных способностей, а также биоэлектрическую активность головного мозга. Выявлены общие закономерности изменений в поведении животных с нормальным и нарушенным течением эмбриогенеза при воздействии толуола - нарушение двигательной активности, снижение исследовательского поведения и когнитивных функций, нарушение биоэлектрических потенциалов головного мозга. Особенности изменений поведения и ЭЭГ-показателей у экспонированных толуолом ¿собей с пренатальной гипоксией характеризуются угнетением двигательной активности, повышением тревожности и латентности основных пиков слуховых и зрительных вызванных потенциалов. Таким образом, показано, что пренатальное гипоксическое повреждение ЦНС является отягощающим фактором при интоксикации толуолом у крыс.
Ключевые слова: пренатальная гипоксия; толуол; крысы; поведение; ЭЭГ.
Для цитирования: Вокина В.А., Соседова Л.М., Филиппова Т.М. Исследование нейротоксичности толуола в условиях экспериментального моделирования пренатального гипоксического повреждения головного мозга. Гигиена и санитария. 2016; 95(9): 895-899. DOI: http://dx.doi.org/10.18821/0016-9900-2016-95-9-895-899
Vokina V.A.1, Sosedova L.M.12, Filippova T.M.2
THE STUDY OF NEUROTOXICITY OF TOLUENE IN CONDITIONS OF EXPERIMENTAL MODELING OF PRENATAL HYPOXIC DAMAGE OF THE BRAIN
1East-Siberian Institute of Medical and Ecological Researches, Angarsk, 665827, Russian Federation 2Angarsk State Technical University, Angarsk, 665835, Russian Federation
There was executed the study of the impact of toluene on indices of behavior, cognitive capabilities and bioelectric activity of the brain in white rats with normal course of the period of antenatal development and against background ofprenatal hemic hypoxia Prenatal hypoxia was modeled in pregnant female rats by subcutaneous injection of sodium nitrite in a dose of 50 mg/kg at from the 10th to the 19th day of gestation. At the age of 3 months the males from the obtained offspring were exposed to inhalation exposure of toluene (150 ppm, 4 weeks). After exposure to toluene in animals there was evaluated the pattern of individual behavior, indices of cognitive capabilities and also bioelectric activity of the brain. There were revealed such common consistencies of transformations in the behavior of exposed to toluene animals with normal and impaired embryogenesis as disturbed motor activity, reduction of exploratory behavior and cognitive functions, impaired bioelectric potentials of the brain. Features of changes in behavior and EEG indices in toluene-exposed rats with prenatal hypoxia are characterized by inhibition of motor activity, increased anxiety and latency of main peaks of auditory and visual evoked potentials. Prenatal hypoxic damage of the central nervous system was shown to be an aggravating factor in toluene intoxication in rats.
Keywords: prenatal hypoxia; toluene; rats; behavior; EEG.
For citation: Vokina V.A., Sosedova L.M., Filippova T.M. The study of neurotoxicity of toluene in conditions of experimental modeling of prenatal hypoxic damage of the brain. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal) 2016; 95(9): 895-899. (In Russ.). DOI: http://dx.doi.org/10.18821/0016-9900-2016-95-9-895-899
For correspondence: Vera A. Vokina, MD, PhD., researcher of the Laboratory of bio-modeling and translational research, East-Siberian Institution of Medico-Ecological Researches, Angarsk, 665835. E-mail: [email protected]
Information about authors:
Vokina V.A., http://orcid.org/0000-0002-8165-8052 Sosedova L.M., http://orcid.org/0000-0003-1052-4601 Filippova T.M., http://orcid.org/0000-0003-2116-0209 Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
Acknowledgment. The work was funded through the federal budget within framework of research. Received: 11.02.2016 Accepted: 14.04.2016
Для корреспонденции: Вокина Вера Александровна, канд. биол. наук, науч. сотр. лаб. биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований», 665827, Ангарск. E-mail: [email protected]
хгиена и санитария. 2016; 95(9)
DOI: http://dx.doi.org/10.1882/0016-9900-2016-9-895-899
Оригинальная статья
Введение
Современный период развития мирового сообщества и Российской Федерации характеризуется глобализацией химической опасности. Вклад экологической компоненты в ухудшение здоровья взрослого и детского населения составляет, по мнению экспертов ВОЗ, 20-25 и 30-40%, соответственно [1]. Вследствие интенсификации производства стабильно увеличивается эмиссия загрязняющих веществ в окружающую среду, что приводит к увеличению распространенности и выраженности экологически обусловленной патологии.
Особое внимание в последнее время уделяется проблемам влияния негативных факторов в пренатальный период, которые могут приводить к задержке физического развития, нарушению процессов адаптации и формированию различных неврологических и психических нарушений [2-4]. Рост перинатальной патологии, ведущее место в которой занимает внутриутробная гипоксия и асфиксия в родах, неизбежно приводит к повышению в популяции числа лиц с различной неврологической и соматической патологией, что определяет необходимость исследования влияния пренатальных факторов, в частности гипоксии, на чувствительность организма к действию нейроток-сичных веществ.
Одним из широко распространенных веществ, тропных к нервной системе, является толуол. Многочисленные исследования посвящены изучению нейротоксических свойств данного соединения, в которых чаще всего толуол рассматривается как летучий наркотик (ингалянт). При этом при экспериментальном моделировании острых или субхронических интоксикаций используют высокие концентрации толуола, составляющие от 500 до 20 000 ррт [5-7]. Вместе с тем при изучении нейротоксиче-ских эффектов данного токсиканта с позиций профессионального риска или бытового использования, моделируются низкие или средние уровни воздействия (50-200 ррт) при более длительных сроках экспозиции [8-10]. Известно, что эффекты данного токсиканта опосредованы воздействием на дофаминергическую, глутаматергическую, серотонинергическую и ГАМКергическую систему мозга [11, 12]. В рамках настоящего исследования мы предположили, что пренатальное гипоксическое повреждение головного мозга в период активного нейрогенеза и становления медиаторных систем в мозге, вызванное экспозицией нитрита
натрия, может иметь отдаленные последствия в виде изменения чувствительности к действию толуола.
Целью настоящего исследования являлось изучение влияния толуола на поведение, когнитивные способности и электроэнцефалографические (ЭЭГ) показатели белых крыс с нормальным течением эмбрионального развития и в условиях моделирования пренатального гипоксического повреждения головного мозга.
Материал и методы
Экспериментальные исследования проведены на 40 беспородных белых крысах-самках и 120 самцах их половозрелого потомства массой 180-240 г. Фиксированный срок беременности определяли общепринятым методом по наличию сперматозоидов во влагалищных мазках. Моделирование пренатальной гипоксии осуществляли путем подкожного введения беременным самкам крыс раствора нитрита натрия в дозе 50 мг/кг с 10-го по 19-й день гестации. Самки контрольной группы получали инъекции физиологического раствора в том же режиме. За 2 дня до предполагаемой даты родов крыс рассаживали в отдельные клетки. Крысята всех групп были отсажены от матерей и разделены по полу на 30-й день жизни. В дальнейшем из полученного потомства в эксперименте использовали только самцов. В возрасте 3 мес половину контрольных животных и животных с пре-натальной гипоксией подвергали динамическому ингаляционному воздействию толуола в затравочных камерах объемом 200 л, в концентрации 150 ppm (560 ± 2,6 мг/м3), 4 ч в день, 5 дней в неделю, в течение 4 нед. Крысам контрольной группы в том же режиме в камеры подавался чистый воздух. На протяжении всего срока воздействия ежедневно через 60 и 200 мин после начала экспозиции в затравочных камерах определяли концентрации толуола (GC-380, GL Sciences, Япония).
В итоге было сформировано 4 группы крыс: 1-я - животные без пренатальной гипоксии, подвергавшиеся воздействию толуола в половозрелом возрасте; 2-я - крысы, перенесшие гипоксию с 10-го по 19-й день эмбрионального развития и подвергавшиеся воздействию толуола в половозрелом возрасте; 3-я - крысы, перенесшие гипоксию с 10-го по 19-й день эмбрионального развития; 4-я - контрольные животные.
Через неделю после окончания затравки проводили обследование двигательной, ориентировочной активности, эмоционального состояния, когнитивных способно-
Таблица
Результаты тестирования белых крыс в «открытом поле» и водном лабиринте Морриса
1
Показатель Варианты исследования
1-я группа «толуол» 2-я группа «пре-натальная гипоксия + толуол» 3-я группа «пренатальная гипоксия» 4-я группа «контроль»
Локомоции 13 (11;14) 14(12;18)* 11 (9;13) 12 (10;14)
97 (88;106)* 84 (75;93)# 77 (62;95) 73 (61;92)
Акт «сидит» 5 (4;6) 7 (5;8)#* 6 (5;8)* 3 (2;5)
25 (12;36) 27 (19;31)* 43 (23;56)* 16 (7,5;26)
Общее число пересеченных 43 (33; 57)* 41,5 (35; 53)* 33 (24; 43) 29,5 (22; 40)
квадратов
Число пересеченных 40 (30; 48)* 38 (31; 50)* 29,5 (22; 38) 28 (20; 38)
квадратов на периферии
Число выходов в центр 2 (0; 2,5)* 1,5 (0; 2) 0(0; 1) 0 (0; 0)
Обнюхивание 13 (11;15)* 14 (13;17) 9,5 (8;12)* 15 (13;19)
32,5 (28;39)* 37,5 (31;41)* 31 (25;37)* 52 (42;71)
Стойки с упором 27 (25; 32)* 20 (17,5; 24)# 13,5 (9; 21,5)* 21 (18; 24)
Число актов «заглядывания 2 (1; 4)* 3 (2; 5) 2,5 (2; 4) 4 (2; 5)
в отверстия»
Движение на месте 2 (2; 3) 4 (2,5; 5)#* 3,5 (2; 5) 3 (2; 4)
Число актов «фризинг» 1 (0; 2) 3 (2; 4)#* 1 (1; 2)* 1 (0; 1)
Примечание: Над чертой - количество, под чертой - суммарная длительность (с); * - различия статистически значимы по сравнению с контролем прир < 0,05, # - различия статистически значимы по сравнению с группой «толуол» при р < 0,05, число животных в каждой группе равно 30.
стей животных с использованием следующих тестов: «открытое поле», «лабиринт Морриса», а также ЭЭГ с регистрацией зрительных и слуховых вызванных потенциалов (ЗВП и СВП).
Установка «открытое поле» представляла собой круглую арену белого цвета диаметром 97 см, с высотой стенок 42 см, диаметром отверстий в полу 2 см. Пол арены расчерчен на три ряда секторов одинаковой площади для удобства визуальной регистрации горизонтальной двигательной активности животных на периферии, в 2/3 и в центре поля. Наблюдение за животными производили в течение 3 мин. Последовательность поведенческих паттернов и их продолжительность регистрировали с помощью компьютерной программы Reaffimer. Фиксировали горизонтальную и вертикальную двигательную активность, обнюхивание отверстий, дефекацию, эпизоды груминга и фризин-га (замирания), число выходов в центр арены.
Водный лабиринт Морриса представлял собой круглый бассейн 1,5 м в диаметре высотой 60 см, наполненного водой температуры около 25 °С до высоты 25 см, замутненной путем добавления мела. Верхняя поверхность скрытой платформы составляла 14 см в диаметре и находилась на 1,5 см ниже поверхности воды. В течение 2 сут проводили четырехкратное (с интервалом 60 с) тестирование животных. Крысу последовательно в определенном порядке помещали в один из четырех секторов бассейна. При этом местоположение скрытой
Hygiene & Sanitation (Russian Journal). 2016; 95(9)
_DOI: http://dx.doi.org/10.1882/0016-9900-2016-9-895-899
Таблица 2
Показатели обучения крыс в водном лабиринте Морриса
Вариант исследования Латентный период поиска скрытой платформы, с
первый день тестирования тестирование через 24 ч
1-я группа «толуол» 70,5 (40,1; 84,5)* 40,2 (23,7; 70)
2-я группа «пренатальная гипоксия +толуол» 64,4 (52,9; 71,1)* 37,5 (29,0; 61,7)
3-я группа «пренатальная гипоксия» 59,5 (46,3; 72,8)* 31,0 (23,0; 50,6)
4-я группа «контроль» 43,5 (32,7; 65,5) 32,2 (20,0; 45,7)
Примечание. * - различия статистически значимы по сравнению с контролем при p < 0,05, число животных в каждой группе равно 15.
под водой платформы оставалось постоянным. Если животное в течение 60 с не находило платформу, ее принудительно помещали на нее. Время пребывания на платформе составляло 60 с. Регистрировали время поиска платформы.
Исследование ритмической электрической активности коры головного мозга животных проводили через 4 нед после окончания экспозиции. Стереотаксические манипуляции выполняли с использованием координат стереотаксического атласа мозга взрослой крысы [13] под анестезией (кетамин внутрибрюшин-но 0,15 мл/100 г, рометар внутрибрюшинно 0,075 мл/100 г массы). Электроды вживляли в сенсомоторную и зрительную зоны коры головного мозга белых крыс. Индифферентный электрод вживляли в носовые кости. Регистрацию ритмической электрической активности коры головного мозга белых крыс проводили на 3-4-й день после вживления электродов с использованием многофункционального комплекса для исследования ЭЭГ и ВП «Нейрон-Спектр-4» (ООО «Нейрософт», Россия). Определяли мощность отдельных диапазонов, деление на диапазоны проводили в пределах следующих значений частот: S-диапазон 0,5-4,0 Гц, 9-диапазон 4,0-8,0 Гц, а-диапазон - 8,0-13,0 Гц, Р1-диапазон - 13,0-22,0 Гц и Р2-диапазон - 22,0-32,0 Гц, а также оценивали зрительные и слуховые вызванные потенциалы.
Все экспериментальные животные получены путем собственного воспроизводства в виварии ФГБНУ ВСИМЭИ и содержались на стандартном рационе. 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).
Статистический анализ результатов исследования проводили с использованием пакета прикладных программ Statistica 6.1 (StatSoft) (лиц № AXXR004E642326FA). Для принятия решения о виде распределения признаков использовали ^-критерий Шапиро-Уилка. Для сравнения несвязанных групп применяли С-критерий Манна-Уитни. Нулевые гипотезы об отсутствии различий между группами отвергали при достигнутом уровне значимости соответствующего статистического критерия p < 0,05. Результаты представлены в виде медианы и интеркван-тильного размаха (Me (LQ;UQ)).
Результаты
При анализе влияния пренатальной гипоксии на показатели поведения крыс в «открытом поле» выявлено, что гипоксическое повреждение мозга в эмбриональный период приводит к снижению двигательной и исследовательской активности на фоне повышения уровня негативно-эмоционального состояния. Так, в данной группе животных наблюдалось снижение ориентировочно-исследовательской активности (на 39%), о чем свидетельствовало статистически значимое снижение числа и суммарной длительности акта «обнюхивание» (p = 0,0001) и уменьшение числа «стоек с упором» (p = 0,03) по сравнению с соответствующими показателями группы контроля. Кроме того, хроническое воздействие гипоксии привело к угнетению двигательной актив-
Original article
Таблица 3
Фоновые показатели спектральной мощности ритмических составляющих биоэлектрической активности разных зоны коры головного мозга
2-я группа 3-я группа
Вариант 1-я группа «пренаталь- «прена- 4-я группа
исследования «толуол» ная гипоксия тальная «контроль»
+ толуол» гипоксия»
Средняя амплитуда, мкВ
Характеристика диапазонов, %:
8
9
а
Р! Р2
Средняя амплитуда, мкВ
Характеристика диапазонов, %:
8 9 а р!
_
Сенсомоторная кора 91 (80; 112) 88 (80; 92) 92 (78; 109) 111 (89; 124)
76 (74; 82) 74 (66; 81)* 75 (68; 84) 83 (82; 89)
15 (12; 18) 15 (12; 21) 16 (10; 19) 12 (8; 13)
5 (3; 5) 5 (3; 7) 5 (2; 7) 3 (2; 3)
2 (1; 3) 2 (2; 3)* 2 (1; 3)* 1 (0,5; 1)
2 (1; 2,5) 2 (2; 4)* 2 (1; 2,5)* 1 (0,5; 1) Зрительная зона
82 (69; 102) 78 (63; 83) 84 (80; 88) 89 (78; 138)
82 (73; 87)* 11 (10; 16)* 4 (2,5; 6) 1 (1; 3)* 1 (1; 3)
82 (75; 87) 11 (8; 13) 3 (2; 5) 2 (1; 2,5)* 2 (1; 3)*
87 (83; 88) 9 (8; 10) 2 (2; 7) 1 (0; 1,5) 1 (0,7; 1,5)
88 (86; 90) 8 (7; 9) 3 (2; 3) 1 (0,5; 1) 1 (0; 1)
Примечание. * - различия статистически значимы по сравнению с контролем при p < 0,05; # - различия статистически значимы по сравнению с группой «толуол» при p < 0,05, число животных в каждой группе равно 10.
ности животных, что выражалось в повышении числа и длительности акта «сидит», по сравнению с контрольными особями (p = 0,0001). О повышении уровня негативно-эмоционального состояния свидетельствует статистически значимое повышение числа акта «фризинг» (p = 0,025, табл. 1).
Воздействие толуола на белых крыс с нормальным течением эмбрионального развития приводило к повышению двигательной активности при тестировании в «открытом поле» через неделю после окончания экспозиции. У животных наблюдалось статистически значимое возрастание общего числа пересеченных квадратов и суммарной длительности «локомоций» на 25-30% по сравнению с контрольной группой (см. табл. 1). Уровень ориентировочно-исследовательской активности у животных данной группы был снижен на 36-50%, что выражалось в снижении числа и длительности «обнюхиваний» и общего количества «заглядываний в отверстия». Изменений в эмоциональном поведении животных, которые оценивали по количеству и длительности таких актов движения, как «груминг», «фризинг», «движение на месте» и числу дефекаций, зафиксировано не было. В то же время значительное повышение числа выходов в центр арены в группе крыс, подвергавшихся воздействию толуолом, свидетельствовало об анксиолитическом эффекте толуола в используемой концентрации.
Воздействие толуола на белых крыс с нарушенным гипоксией течением эмбриогенеза вызывало изменение структуры поведения животных и не сопровождалось двигательной гиперактивностью. Суммарная длительность и число акта «сидит» в данной группе (2-я группа) значительно превышали соответствующие показатели группы контроля, а суммарная длительность «локомоций» была значимо ниже, по сравнению с таковой у экспонированных о собей 1-й группы (см. табл. 1). У животных с интоксикацией толуолом и пренатальной гипоксией наблюдалось повышение уровня тревожности, о чем свидетельствовало увеличение числа актов «фризинг» и «движение на месте» как
хгиена и санитария. 2016; 95(9)
РРк http://dx.doi.org/10.1882/0016-9900-2016-9-895-899
Оригинальная статья
Таблица 4
Показатели слуховых и зрительных вызванных потенциалов головного мозга белых крыс
Вариант исследования
стика диа- 1-я группа 2-я группа «пренаталь- 3-я группа «прена- 4-я группа
пазонов «толуол» ная гипоксия + толуол» тальная гипоксия» «контроль»
Слуховые вызванные потенциалы
N 1 81 (77:83) 167 (114:191)*# 129 (106:177)* 72 (71:80)
4(1;14)* 5,5 (1:18,5) 5 (4:8,5)* 35 (8:70)
Р 2 120 (113:126) 227 (187:267)*# 180 (159:232)* 111 (108:119)
8 (2;26) 12 (7:23) 11 (6,5:19) 11 (5:34)
N 2 151 (148:175) 274 (247:298)*# 247 (222:271)* 151(149:166)
18 (3;26) 4,5 (4:11,5) 8(0,5:11) 15 (11:25)
Р 3 234 (212:253) 316 (307:331)*# 313 (282:332)* 238 (265:257)
4(2;25) 6,5 (4,5:24,5) 14,5 (5:38) 17 (15:28,5)
Зрительные вызванные потенциалы
N 1 72 (68:83) 140 (126:161)#* 171 (144:210)* 72 (68:82)
7 (4:10,5) 4 (2,5:7) 7 (2:20) 19 (5:34)
Р 2 107 (106:116) 210 (199:227)#* 240 (191:253)* 108 (105:120)
5 (2,5:19)* 11 (7,5:19,5) 10 (3,5:21) 17 (12,5:23)
N 2 154 (144:160) 269 (253:278)#* 296 (270:300)* 155 (143:168)
5,5 (4,5:9,5) 13,5 (3,5:20) 6,5(5:18) 5 (4:16)
Р 3 232 (221:256) 301 (292:340)#* 337 (311:343)* 205 (198:233)
8(6:13) 8,5 (5:22,5) 6,5 (4:19,5) 19 (3,5:31)
Примечание. над чертой - латентность (в мс), под чертой - амплитуда (в мкВ); * - различия статистически значимы по сравнению с контролем при р < 0,05; # - различия статистически значимы по сравнению с группой «толуол» прир < 0,05, число животных в каждой группе равно 10.
по сравнению с группой контрольных животных, так и по сравнению с экспонированными животными с нормальным течением эмбриогенеза.
Снижение ориентировочно-исследовательской активности при воздействии толуола наблюдалось как в группе крыс с пре-натальной гипоксией, так и в группе с нормальным течением эмбриогенеза.
При обучении в водном лабиринте Морриса в группе животных с пренатальной гипоксией (3-я группа) наблюдалось статистически значимое повышение латентного периода поиска скрытой платформы сравнению с контрольной группой (при р = 0,02, табл. 2). Экспозиция толуолом вызывала нарушение способности к пространственной ориентации у крыс с нормальным и нарушенным гипоксией течением эмбриогенеза, что выражалось в статистически значимом увеличении латентного периода поиска скрытой платформы в первый день тестирования по сравнению с контролем (р = 0,04, табл. 2).
Анализ амплитудных показателей основных диапазонов ЭЭГ показал, что у особей, подвергавшихся пренатальному гипоксическому воздействию (3-я группа), наблюдалось повышение мощности Р1- и Р2-ритмов в отведении из проекции сен-сомоторной зоны коры в фоновой записи. Изменений индексов основных ритмов в отведении из проекции зрительной зоны коры выявить не удалось (табл. 3). В то же время в данной группе животных наблюдалось статистически значимое повышение латентности основных пиков (N1, Р2, N2, Р3) как слухового, так и зрительного ответа в 1,3-2,3 раза (р < 0,01), а также снижение амплитуды N1 СВП (р = 0,03) по сравнению с контрольными животными (табл. 4).
У белых крыс после интоксикации толуолом (1-я группа) выявлено статистически значимое повышение индексов 0- и Р1-ритмов и снижение индекса 5-ритма в фоновой записи из проекции зрительной зоны коры по сравнению с контролем (см. табл. 3). В отведении из проекции сенсомоторной зоны коры статистически значимых изменений не было выявлено. В пробе со СВП у животных данной группы выявлено снижение амплитуды пика N1 в 8,7 раза по сравнению с группой контроля (р = 0,02, см. табл. 4). При проведении проб с применением ЗВП наблюдалось снижение амплитуды пика Р2 по сравнению с данным показателем в контрольной группе (р = 0,04, см. табл. 4).
У экспонированных толуолом крыс, подвергавшихся пренатальной гипоксии (2-я группа), выявлено статистически значимое снижение индекса 0-ритма в фоновой записи из проекции сен-сомоторной зоны, а также нарастание мощностей Р1- и Р2-ритмов в фоновой записи из проекций сенсомоторной и зрительной зон коры по сравнению с контролем (см. табл. 3). При сравнении с 1-й группой животных наблюдаемые изменения носили однонаправленный характер, но не были статистически значимыми. При проведении сти-муляционных проб выявлено повышение латент-ности пиков N1, Р2, N2 и Р3 СВП и ЗВП в данной группе крыс по сравнению как с группой контроля, так и с группой животных с нормальным течением эмбриогенеза, подвергавшихся воздействию толуола (2-я группа,р < 0,005, см. табл. 4).
Обсуждение
Таким образом, результаты проведенного исследования показали, что воздействие толуола на уровне 150 ррт оказывает влияние на структуру поведения, когнитивные способности и биоэлектрическую активность коры головного мозга животных. У белых крыс с нормальным течением эмбрионального развития после то-луольной интоксикации наблюдалось усиление двигательной активности, снижение ориентировочно-исследовательской активности и тревожности. Животные, подвергавшиеся пренатальной гипоксии, напротив, демонстрировали снижение поисковой и двигательной активности. Типичный для данного соединения анксиолитический эффект проявлялся только у особей с нормальным течением эмбрионального развития. Полученные нами результаты согласуются с данными многочисленных исследований, свидетельствующих о возбуждающем действии низких концентраций толуола, однако при увеличении концентрации наблюдается депрессивный эффект, при этом двигательная активность животных становится ниже, чем до воздействия [14, 15]. Изменение ЭЭГ-показателей животных при действии толуола, согласно данным литературы, также имеет двухфазную зависимость: начальная фаза возбуждения с последующей фазой подавления активности коры головного мозга, приводящей к коме [16, 17]. Результаты настоящего исследования показали, что воздействие толуола на крыс с нормальным течением эмбрионального развития характеризовалось повышением индекса 0- и Р1-ритмов в фоновой записи в проекции зрительной зоны коры и снижением амплитуды пика N1 СВП. В то время как пренатальная гипоксия приводила к выраженным изменениям биопотенциалов головного мозга у животных, подвергавшихся воздействию толуолом, являясь при этом отягощающим фактором. Наиболее значимые изменения показателей зафиксированы при проведении проб с применением ЗВП и СВП. Так, экспонированные крысы с нарушенным течением эмбриогенеза демонстрировали значительное увеличение латентности пиков N1, Р2, N2 и Р3 по сравнению с группой животных с нормальным течением эмбриогенеза, подвергавшихся воздействию толуола. Наблюдаемые изменения биоэлектрической активности могут служить подтверждением нарушений корково-подкоркового взаимодействия и тем самым отражать снижение когнитивных функций у животных.
Выводы
1. Пренатальная гипоксия является отягощающим фактором в развитии нейротоксического эффекта толуола у белых крыс.
2. Воздействие толуола на уровне 150 ррт вызывает дисре-гуляцию структуры поведения и биоэлектрической активности головного мозга, нарастающую у животных с пренатальной гипоксией.
Финансирование. Работа выполнена за счет средств федерального бюджета в рамках НИР.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Литература (п.п. 4-17 см. References)
1. Гильмундинов В.М., Казанцева Л.К., Тагаева Т.О. Состояние здоровья населения России и причины его ухудшения. ЭКО. 2009; (2): 125-43.
2. Баранов А.А., Альбицкий В.Ю., Терлецкая Р.Н., Зелинская Д.И. Концепция сокращения предотвратимых потерь здоровья детского населения. Вопросы современной педиатрии. 2010; (5): 5-9.
3. Шабалов Н.П. Неонатология. М.: МЕДпресс-информ; 2004.
References
1. Gil'mundinov V.M., Kazantseva L.K., Tagaeva T.O. Russian Health status and causes of its deterioration. EKO. 2009; (2): 125-43. (in Russian)
2. Baranov A.A., Al'bitskiy V.Yu., Terletskaya R.N., Zelinskaya D.I. The concept of reducing preventable losses child health. Voprosy sovremen-noy pediatrii. 2010; (5): 5-9. (in Russian)
3. Shabalov N.P. Neonatology [Neonatologiya]. Moscow: MEDpress-in-form; 2004. (in Russian)
4. Giussani D.A., Davidge S.T. Developmental programming of cardiovascular disease by prenatal hypoxia. J. Dev. Orig. Health Dis. 2013; 4(5): 328-37.
5. Huerta-Rivas A., L@opez-Rubalcava C., S@anchez-Serrano S.L., Val-dez-Tapia M., Lamas M., Cruz S.L. Toluene impairs learning and memory, has antinociceptive effects, and modifies histone acetylation in the dentate gyrus of adolescent and adult rats. Pharmacol. Biochem. Behav. 2012; 102(1): 48-57.
6. Duncan J.R., Gibbs S.J., Lawrence A.J. Chronic intermittent toluene inhalation in adolescent rats alters behavioural responses to amphetamine and MK801. Eur. Neuropsychopharmacol. 2014; 24(3): 480-6.
7. Gmaz J.M., Yang L., Ahrari A., McKay B.E. Binge inhalation of toluene vapor produces dissociable motor and cognitive dysfunction in water maze tasks. Behav. Pharmacol. 2012; 23(7): 669-77.
Hygiene & Sanitation (Russian Journal). 2016; 95(9)
_DOI: http://dx.doi.org/10.1882/0016-9900-2016-9-899-902
Original article
8. von Euler M., Pham T.M., Hillefors M., Bjelke B., Henriksson B., von Euler G. Inhalation of low concentrations of toluene induces persistent effects on a learning retention task, beam-walk performance, and cere-brocortical size in the rat. Exp. Neurol. 2000; 163: 1-8.
9. Beasley T.E., Evansky P. A., Bushnell P. J. Behavioral effects of sub-acute inhalation of toluene in adult rats. Neurotoxicol. Teratol. 2012; 34(1): 83-9.
10. Wiaderna D., Tomas T. Assessment of long-term effects of exposure to toluene based on the analysis of selected behavioral responses with particular reference to the ability to trigger behavioral hypersensitivity in rats. Int. J. Occup. Med. Environ. Health. 2002; 15(3): 239-45.
11. Rivera-Garc@ia M.T., L@opez-Rubalcava C., Cruz S.L. Preclinical characterization of toluene as a non-classical hallucinogen drug in rats: participation of 5-HT, dopamine and glutamate systems. Psychopharma-cology (Berl). 2015; 232(20): 3797-808.
12. Bale A.S., Jackson M.D., T.Krantz Q., Benignus V.A., Bushnell Ph.J., Shafer T.J. et al. Evaluating the NMDA-glutamate receptor as a site of action for toluene, in vivo. Toxicol. Sci. 2007; 98(1): 159-66.
13. Raxinos G., Watson C. The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. San Diego: Academic Press; 1998.
14. Benignus V.A., Boyes W.K., Bushnell P. J. A dosimetric analysis of behavioral effects of acute toluene exposure in rats and humans. Toxicol. Sci. 1998; 43: 186-95.
15. Riegel A.C., French E.D. Acute toluene induces biphasic changes in rat spontaneous locomotor activity which are blocked by remoxipride. Pharmacol. Biochem. Behav. 1999; 62: 399-402.
16. Rebert C.S., Matteucci M.J., Pryor G.T. Acute electrophysiologic effects of inhaled toluene on adult male Long-Evans rats. Pharmacol. Biochem. Behav. 1989; 33(1): 157-65.
17. Takeuchi Y., Hisanaga N. The neurotoxicity of toluene: EEG changes in rats exposed to various concentrations. Br. J. Ind. Med. 1977; 34(4): 314-24.
Поступила 11.02.16 Принята к печати 14.04.16
О БЕЛЯЕВА Н.Н., СЫЧЕВА Л.П., 2016 УДК 614.7:616.36-02:546.57]-092.9
Беляева Н.Н., Сычева Л.П.
МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА IN VIVO 2-НЕДЕЛЬНОГО ПЕРОРАЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА И СУЛЬФАТА СЕРЕБРА НА ПЕЧЕНЬ МЫШЕЙ
ФГБУ «НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина» Минздрава России, 119121, Москва
В настоящее время проблема воздействия наночастиц и наноматериалов на здоровье человека остается недостаточно изученной. Как в наших исследованиях при изучении эффекта на печень крыс от наночастиц серебра, так и в других работах изучены морфофункциональные показатели при пероральном воздействии. Хотя всеми исследователями были взяты разные размеры, дозы, концентрации наночастиц серебра, разное время воздействия и разные стабилизаторы, были получены адекватные эффекты, которые, однако, возникали при разных дозах и разном времени воздействия. Вместе с тем представляло интерес сравнение эффекта воздействия наночастиц серебра с референсным веществом - сульфатом серебра на печень мышей с эффектом, производимым на печень крыс, оцененным ранее. Нами проведена морфофункциональная сравнительная оценка in vivo перорального 2-недельного воздействия 4-х концентраций (0,1; 5; 50 и 500 мг/л) наночастиц серебра размером 14 нм, стабилизированных аравийской камедью 1:7 по массе и 4-х аналогичных концентраций сульфата серебра на печень самцов мышей СВАхС57В1/6 массой 25-35г. 2 группы были контрольными: интактные мыши и мыши, получавшие с водой камедь. Результат воздействия оценивали по 10 морфофункциональным показателям. Показано, что эффект воздействия наносеребра начинается уже при его концентрации в 50 мг/л и выражается в повышении индекса альтерации цитоплазмы гепатоцитов с увеличением степени выраженности жировой дистрофии и числа микронекрозов, сохраняясь на том же уровне при концентрации в 500 мг/л и с увеличением индекса альтерации ядер гепатоцитов, тогда как при воздействии сульфата серебра аналогичный эффект развивается только в концентрации 500 мг/л. Остальные исследованные морфофункциональные показатели достоверно не отличались во всех группах мышей. В отличие от проведенных нами ранее исследованиях на крысах мыши оказались более чувствительными к воздействию наносеребра, чем сульфата серебра.
Ключевые слова: наносеребро; сульфат серебра; печень; мыши; токсичность; морфофункциональные исследования.
Для цитирования: Беляева Н.Н., Сычева Л.П. Морфофункциональная сравнительная оценка in vivo 2-недельного перорального воздействия наночастиц серебра и сульфата серебра на печень мышей. Гигиена и санитария. 2016; 95(9): 899-902. DOI: http://dx.doi. org/10.18821/0016-9900-2016-95-9-899-902
Для корреспонденции: Беляева Наталия Николаевт, д.б.н., проф., зав. лаб. цитогистологии ФГБУ «НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина» Минздрава России, 119121, Москва. E-mail: [email protected]
