CC BY
10
УДК 612.822.3.014.46:614.721-08
Канд. мед. наук Ю. Г. Фельдман, канд. биол. наук Н. Д. Экслер
К ОЦЕНКЕ ДЕЙСТВИЯ АТМОСФЕРНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ МОЗГА
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
При обосновании нормативов атмосферных загрязнений в СССР используют электроэнцефалографический метод исследования, позволяющий регистрировать тонкие функциональные изменения, возникающие в коре головного мозга под влиянием тех или иных токсичных веществ (К. А. Буш-туева; Ю. Г. Фельдман; В. Р. Цулая; М. X. Хачатурян и Е. В. Елфимо-ва, и др.). Однако несмотря на широкое применение этого метода, до сих пор является спорным вопрос о возможности оценки тех или иных сдвигов в электроэнцефалограмме как показателей неблагоприятного действия химических веществ на организм. Это побудило нас провести специальное исследование механизма действия на центральную нервную систему некоторых продуктов автомобильного выброса и фотохимических реакций в атмосфере (формальдегида и озона) с целью уточнения показателей их вредности.
Прибегнув к методике функциональной электроэнцефалографии, мы избрали в качестве показателя функциональных сдвигов реакцию перестройки ритма (РПР), являющуюся, как известно, достаточно надежной и интегральной характеристикой реактивности мозга и в то же время широко используемую при гигиеническом нормировании атмосферных загрязнений.
Действие формальдегида и озона на функциональное состояние мозга изучено на кроликах-самцах весом 2,5 кг с вживленными по общепринятой методике корковыми (затылочная кора) и субкортикальными (гиппокамп, кортико-медиальное ядро амигдалы, ретикулярная формация ствола мозга) электродами по координатам Е. Фифковой и Д. Маршала. Потенциалы отводили с корковых областей электродами, изготовленными из константановой проволоки диаметром 0,8 мм. Подкорковые электроды готовили из 2 нихромовых проволочек диаметром 120 мкм (в фабричной изоляции). Для регистрации РПР использовали монополярную запись электрической активности головного мозга на 16-канальном энцефалографе фирмы «Галилео». Реакцию перестройки ритма исследовали в условиях 30-минутного воздействия формальдегида и озона, т. е. в интервале времени, на который рассчитаны принятые в СССР максимальные разовые предельно допустимые концентрации атмосферных загрязнений.
Бинокулярную световую стимуляцию проводили сериями ритмических коротких вспышек от фотостимулятора (энергия вспышки 1,4 Дж, длительность 1,2 м/с). Источник света — газоразрядную лампу — располагали на расстоянии 20 см от головы животного. Каждая серия вспышек состояла из 10 импульсов с частотой 4 и 7 Гц. Обе частоты тестировали по 5 раз в данный отрезок опыта, интервал между отдельными сериями составлял 15—20 с. В каждом опыте серии вспышек обеих частот предъявляли 4 раза: в фоновый период, на 10-й и 20-й минутах воздействия вещества и через 10 мин после выключения раздражителя. Контролем служили опыты с подачей чистого воздуха. Статистическую обработку результатов вели по отношению к опытам с чистым воздухом в одни и те же временные интервалы.
Изучено действие формальдегида в концентрации 0,65 мг/м3, которая близка к цеховой ПДК, и в концентрации 0,035 мг/м3 — максимальной разовой ПДК для атмосферного воздуха; действие озона изучено в концентрации 0,1 мг/м3 (цеховая ПДК) и 0,03 мг/м3 (уровень, встречающийся в естественных условиях). Дозированное раздражение формальдегидом создавали с помощью установки, описанной В. А. Рязановым и соавт.; контроль за постоянством концентраций осуществляли в дни опытов, используя методику с хромотроповой кислотой. Озон получали из баллонного кислорода с помощью озонатора ОВ-1. Содержание озона контролировали нейтральным йодидным методом (БаИгтап). Морфологический контроль проводили по общепринятой методике после окончания экспериментов.
В ходе опытов кроликов подвергали воздействию постоянно идущей струи чистого воздуха или газовоздушной смеси со скоростью 8 л/мин. Эта скорость выбрана вследствие незначительного тактильного действия и отсутствия подсоса воздуха извне. Каждое вещество изучено на 5 кроликах. Всего проведено 150 опытов.
Фор мальдегид. Реакция перестройки ритма на частоты 4 и 7 Гц отмечена во всех изучаемых структурах. Для количественной оценкн
Таблица 1
Параметры РПР (М±т) в различных структурах головного мозга при воздействии чистого воздуха (А) и формальдегида в концентрации 0,65 мг/м3 (Б) и 0,035 мг/м* (В) (средине значения из 5 опытов на 5 кроликах)
Структура 10 мав 20 май Последей-стаае
А Затылочная кора Гиппокамп Амигдала кортико-медиальная Ретикулярная формация ствола мозга 107,4^:11,4 126,62:25,1 116,62:32.2 130,02=21,4 87,62:12,2 119.62:14,4 120,6—32,2 116,82:17,4 104.42:8,6 122,62:14,4 126,62:25,1 119,42:18,0
Б Затылочная кора Гиппокамп Амигдала кортико-медиальная Ретикулярная формация ствола мозга 99,4—26,4 137,82:26,8 65,02:21,4 137,02:26,8 94,0^:27,2 118,82:37,5 19,02:16,1 Р<0,05 118.82:37,5 78,42:12.7 143,02:52,5 28,02:21,4 /><0,05 138^2:52,5
В Затылочная кора Гиппокамп Амигдала кортико-медиальная Ретикулярная формация_ствола мозга 155,62:42,9 122,82:39,7 178,02:53,6 131,82:39,7 159,02:35.8 127,82:23,8 124,02:42,9 130,82:21,5 145,02:42,9 116,02:36,5 150,02:63,6 125,02:26,8
реакции использовали индекс навязывания — процентное выражение числа воспроизведенных колебаний к заданным. У всех животных оптимальной для воспроизведения оказалась частота 4 Гц (затылочная кора — 60—80%, гиппокамп—50—70%, кортико-медиальное ядро амигдалы — 20—60%, ретикулярная формация — 50—80%). При 30-минутном воздействии формальдегидом в концентрации 0,65 мг/м3 на 20-й минуте применения раздражителя в кортико-медиальном ядре амигдалы возникает статистически достоверное ухудшение реакции перестройки ритма. Сдвиг не исчезает через 10 мин после прекращения воздействия (табл. 1).
Для суммарной ЭЭГ при этом воздействии на 20-й минуте характерно появление длительных (до 2—3 мин) периодов ритма напряжения (стресс-ритма).
Формальдегид в концентрации 0,035 мг/м3 в тех же условиях опыта не оказал воздействия ни на РПР, ни на суммарную электрическую активность мозга, что подтверждает надежность принятой максимальной разовой ПДК.
Озон. Воздействие озона в концентрации 0,1 мг/м3 на 20-й минуте вызвало достоверное ухудшение РПР в изучаемых структурах у всех 5 животных (табл. 2). У 1 кролика сдвиг появился на 10-й минуте подачи газа.
Индексы навязывания оптимальной частоты (4 Гц) для структур были следующие: затылочная кора — 50—80%, гиппокамп—40—60%, амигда-ла кортико-медиальная —20—70%, ректикулярная формация ствола мозга — 40—70%.
Обнаружено последовательное включение структур в реакцию на воздействие. Так, на 10-й минуте сдвиги появились в кортико-медиальной амигдале и затылочной коре, на 20-й минуте в реакцию включились все изучаемые образования головного мозга. Через 10 мин после прекращения действия раздражителя изменения исчезли.
В суммарной ЭЭГ отмечена сплошная десинхронизация активности во всех отведениях на поздних этапах воздействия.
Озон в более низкой концентрации (0,03 мг/м3) не вызвал изменений реакции перестройки ни в одной из изучаемых структур.
Таким образом, эксперименты показали, что на 20-й минуте воздействия формальдегида и озона в ПДК для воздуха цехов наблюдается статистически достоверное ухудшение РПР, проявляющееся в первую очередь
Таблица
Параметры РПР (М±т) в различных структурах головного мозга при воздействии чистого воздуха (А) и озона в концентрации 0,1 мг/м3 (Б) и 0,03 мг/м3 (В) (средние значения из 5 опытов на 5 животных)
Структура 10 мнн 20 мин Последействие
Затылочная кора Гиппокамп А Амигдала кортико-медиальная Ретикулярная формация ствола мозга 122,4—14,3 133,4—21,4 180,02:42,9 150,0— 32,1 103,2— 10,7 131,8— 14,3 114.22:27,6 131,8— 14,8 110,0—10,0 140,0—17,8 137,2^: 26,8 140,0—17,8
Затылочная кора Гиппокамп Б Амигдала кортико-медиальная Ретикулярная формация ствола мозга 79,0—6,2 /><0,05 79Д—25,1 60,02:12,8 Я<0,05 88 25,1 40,2^:14,3 Я<0,05 58^14,8 Я<0,05 20,0—4,3 Я<0,05 58^2:14,3 Я<0,05 128,4—17,1 152,6^:25,1 125,02:26,8 152,62:25,1
Затылочная кора Гиппокамп В Амигдала кортико-медиальная Ретикулярная формация ствола мозга 113,4—27,9 65,62:25,7 71,6—43,0 66,62:21,4 109,42:23,6 100,4—15,6 93,4—21,4 100,4— 15,6 122,52:15,2 89,02:15,0 78,42:42,9 95,62:17,8
в специфическом обонятельном ядре—кортико-медиальной амигдале — и затем распространяющееся на кору.
Касаясь гигиенической трактовки полученных результатов, необходимо прежде всего решить вопрос о том, отражают ли выявленные изменения токсическое действие веществ. В связи с этим интересна работа А. Н. Разумеева, исследовавшего влияние ряда наркотиков на РПР коры головного мозга кролика. Автор обнаружил, что РПР на низкие частоты ухудшается при действии всех применяемых наркотиков, токсические же дозы этих веществ приводят к полному неусвоению ритма. По аналогии с этими данными можно предположить, что зарегистрированное в наших опытах ухудшение оптимальной частоты светового раздражения также отражает скорее не токсическое, а начальное наркотическое действие формальдегида и озона на центральную нервную систему животных, с гигиенических позиций оно должно быть истолковано как неблагоприятное.
Важным моментом является то, что наряду с ухудшением РПР удалось обнаружить отчетливые изменения ритмики суммарной активности изученных структур мозга (при воздействии формальдегида — ритм напряжения, при воздействии озона — десинхронизация электрической активности), свидетельствующие о биологической значимости полученных ответов. Как известно, синхронизированный ритм напряжения и десинхронизация служат одинаково закономерным выражением процессов активного возбуждения в структурах головного мозга. По существующим представлениям, функциональное значение ритма напряжения состоит в повышении уровня мотивации отрицательного биологического знака. Наши результаты полностью согласуются с этим, так как у некоторых животных выявлена корреляция между доминированием в ЭЭГ ритма напряжения и проявлением в то же время поведенческой реакции избегания, выразившейся в стремлении животного освободиться из фиксированного положения в станке.
Ухудшение РПР, сопровождающееся отчетливыми изменениями суммарной электрической активности, мы рассматриваем как показатель неблагоприятного действия изученных токсических веществ на функциональное состояние центральной нервной системы, в связи с чем эта реакция
03
13
может быть использована в исследованиях человека, связанных с гигиеническим нормированием атмосферных загрязнений. Время воздействия раздражителей на организм не должно превышать 20 мин. Статистическая обработка материала должна вестись по отношению к контрольным опытам с подачей чистого воздуха в одинаковые временные интервалы.
ЛИТЕРАТУРА. Буштуева К- А. Новые данные о рефлекторном действии сернистого газа и аэрозоля серной кислоты на человека. — В кн.: Предельно допустимые концентрации атмосферных загрязнений. Вып. 5. М., 1961, с. 118—127. —Разу м е е в А. Н. Влияние некоторых наркотиков на усвоение ритма световых раздражений корой головного мозга кролика. — «Физиол. ж. СССР», 1960, № 1, с. 50. — Рязанов В. А., Буштуева К- А., Новиков Ю. В. К методике экспериментального обоснования предельно допустимых концентраций атмосферных загрязнений. — В кн.: Предельно допустимые концентрации атмосферных загрязнений. Вып. 3. М., 1957, с. 117— 151. — Фельдман Ю. Г. Ацетон как атмосферное загрязнение. — В кн.: Предельно допустимые концентрации атмосферных загрязнений. Вып. 6. М., 1962, с. 109—127. — Фифкова Е., Маршал Дж. Стереотоксические области мозга кошки, кролика и крысы. — В кн.: Буреш Я., Петрань М., Захар И. Электрофизиологические методы исследования. М., 1962, с. 384. — Хачатурян М. X., Е л ф и м о в а Е. В. Значение методики электроэнцефалографии в качестве показателя функционального состояния центральной нервной системы крыс. — «Гиг. и сан.», 1967, № 10, с. 53. — Ц у л а я В. Р. Санитарно-токсикологическая характеристика комбинированного действия смеси паров бензола и ацетофенона в атмосферном воздухе. — Там же, № 4, с. 6. — S а 1 t ъ m а п В. Е. Selected Methods for the Measurement of air Pollutants. U. S. Dep. A. Health. Education Public Health Service, 1965.
Поступила 7,'II 1975 r.
ASSESSMENT OF THE ACTION OF ATMOSPHERIC POLLUTIONS ON THE ELECTRIC ACTIVITY OF THE CEREBRUM
Yu. G. Feldman, N. D. Exler
The finding was that the deterioration of the reaction of rearrangement of rhythm in reply to a rhythmical light stimulation, accompanied by a change of the total electric activity, may be assessed as an index of the noxious action of toxic substances on the functional state of the central nervous system; this reaction may be used in examinations of man in connection with hygienic standardization of the atmospheric pollutions.
N ' УДК 612.215.4:612.3871-064:614.72
Канд. мед. наук Т. И. Бонашевская
О БАРЬЕРНОЙ ФУНКЦИИ СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКИ НОСА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ АТМОСФЕРНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
Слизистая оболочка носа представляет большой интерес при изучении биологического действия атмосферных загрязнений. Представляя собой начало воздухоносных путей, она осуществляет первый контакт с вдыхаемым воздухом. Вместе с тем именно здесь локализуется периферический отдел обонятельного анализатора, который воспринимает запахи, сопутствующие химическому загрязнению воздушной среды. Результаты морфологических исследований показывают, что под влиянием газов возникают гистоструктурные изменения как в респираторной, так и обонятельной области (Е. В. Остапкович и Л. А. Черкасский; Л. В. Анохин и Т. К- Максимова; Martin и Willoughly). Морфологические данные согласуются с материалами клинико-физиологических наблюдений, свидетельствующими о нарушенной функции респираторного эпителия и об изменениях в обонятельной системе.
При профилактических осмотрах лиц, занятых в химическом производстве, обнаруживаются угнетение всасывательной и двигательной функции мерцательного эпителия, десквамация эпителиальных клеток, развитие субатрофических и атрофических ринитов. Снижение обонятельной
