ВПЛИВ ЗАБРУДНЮВАЧІВ ДОВКІЛЛЯ ГІРНИЧОДОБУВНОГО ТА МЕТАЛУРГІЙНОГО ПРОМИСЛОВОГО РЕГІОНУ НА ФУНКЦІОНАЛЬНИЙ СТАН ПОТОМСТВА В ЕКСПЕРИМЕНТІ

В.Ф. Богоявленська, к.б.н., А.В. Сташенко, Г.О. Єкімова, О.Г. Бичова, Д.В. Риженко

Український НДІ промислової медицини, м. Кривий Ріг

Велика роль у виникненні та розвитку небажаних наслідків у людини під впливом несприятливих факторів навколишнього середовища належить ЦНС [1]. Дія техногенного пресингу на людину призводить до виникнення змін у генетичному апараті, які ведуть до порушення інтелектуальної діяльності дитини [2]. Припускається, що в умовах фізіологічного розвитку мозку в нього проникають різні речовини, які негативно впливають на нервові клітини аж до їх загибелі. Дослідження причин відхилень інтелектуальної діяльності дітей [3] дозволило виділити три групи: пренатальні, натальні та постнатальні, які відповідно склали 51,9 %, 14,2 % та 27,4 %.

Найбільш чутливими та інформативними для встановлення значущості біологічної дії факторів навколишнього середовища являються нейроповедінкові феномени [4]. У промисловій, зокрема репродуктивній токсикології, сформувався спеціальний напрям — поведінкова токсикологія, яка вивчає зміни поведінки у зв'язку з впливом на ЦНС різних токсичних речовин.

З'ясовано [5], що в екстремальних умовах довкілля на популяційному рівні кількість дітей з перевагою функціональної активності правої півкулі головного мозку перевищує відповідні дані середніх широт, цей факт автори пов'язують з найбільш сприятливою адаптацією в умовах Далекої Півночі. Дія несприятливих факторів довкілля призводить до функціональної перебудови організму (формування структур, функцій органів, систем та їх функціональних взаємозв'язків), яка спрямована на підвищення життєвої стійкості організму. Отже, при розвитку плоду в несприятливих умовах можуть формуватися як більш досконалі механізми адаптації, так і розвиватися дефекти у цих механізмах.

Матеріали та методи досліджень

Нами проведено експериментальне вивчення впливу забруднювачів навколишнього середовища гірничодобувного та металургійного промислового регіону, які діяли опосередковано через організм матері під час ембріогенезу, на латеральну перевагу та функціональні особливості організму білих щурів першого покоління у постнатальному періоді.

Об'єктом досліджень були щуренята, народжені від білих нелінійних щурів-самок масою 180-220 г. Щури-самки проходили попередню підготовку: утримувались в районі міста з найменш забрудненою атмосферою та отримували питну очищену воду.

Щури піддослідної групи з 1 по 20-й день вагітності 20 год на добу підлягали впливу газової суміші, в склад якої входили оксиди вуглецю, азоту, сірки, поліциклічні ароматичні вуглеводні, формальдегід, фенол, аміак, пил. Контроль затравки проводився за найбільш розповсюдженими забруднювачами довкілля, концентрації яких в камері складали: 2,9 (6,8-0,54) мг/м³ для NO₂ та 9,0 (20,6-1,8) мг/м³ для СО. Всі тварини утримувались на стандартному харчовому раціоні.

Дослідження проводили на щурах першого покоління згідно рекомендації D. Kostner та H. Rex [6].

Для оцінки латералізації півкульної домінанти досліджували позо-моторну (тест "асиметрія пози хвоста" у новонароджених [7]) та просторово-моторну асиметрію у потомства.

У дослідженнях онтогенетичних аспектів міжпівкульної асиметрії використовували тест "асиметрія пози хвоста" у щуренят в період перших 3-х діб після народження. Щуренят розміщували на горизонтальну дерев'яну поверхню та відмічали тварин, що згинали хвіст під різним кутом вліво, вправо або тримали його прямим.

Тестування просторово-моторних асиметрій проводили в установках двох типів: за допомогою тесту квадратне "відкрите поле" [8], в якому тварини вільні у виборі напрямку руху в межах 90-180 кутових градусів, та Т-лабіринту [9], де досліджуваним щурам надавали можливість вибору напрямку руху в альтернативній ситуації — зворот направо або наліво. Поведінкову асиметрію вивчали у статевозрілих щурів (2,5 міс).

При виконанні методики квадратне "відкрите поле" тварину розміщували у куті і відгороджували бар'єром, після усунення якого відмічали напрямок руху щурів — уздовж правої чи лівої стінки, або у центр поля.

В нашому експерименті Т-лабіринт складався з камери, яка має вихід у довгий вузький коридор з двома рукавами лабіринту, в кінці яких був вихід в темну клітку з їжею. На підлогу лабіринта клали смужку паперу, котру міняли після кожного щура, щоб запобігти впливу феромональних міток тварин. У Т-лабіринті спостерігали за поведінкою тварин, відмічали напрямок звороту.

Тестування просторово-моторної асиметрії проводили протягом 8 послідовних проб по одному дослідженню на день. Тварин, які вибрали однаковий напрямок у 6 та більше випадках, відносили до латералізованих, останні належали до амбілатеральних. Поведінкову асиметрію також оцінювали по вірогідності лівого повороту (відношення числа зворотів наліво до восьми можливих).

Наприкінці експерименту з метою вивчення резервних можливостей організму проводили функціональні проби: пробу з плаванням, наркотичну та тест на витривалість в умовах гіпоксії [10].

При проведенні проби з плаванням щурів розміщували у ванну з температурою води 20—22° С. Навантаження (свинцева гирька) складало 10 % від маси тіла. Тваринам не давали можливості зупинятися та наближатися до країв ванни. Відмічали час утримання щурів на поверхні води.

Стан ЦНС та антитоксичної функції печінки оцінювали за часом появи та тривалості наркотичного сну. Спиртову пробу проводили шляхом введення в шлунок 30 % етилового спирту в дозі 10 мл/кг маси тіла. Початком сну вважали прийняття тваринами "бокового положення".

Для вивчення витривалості життя тварин розміщували у герметичну камеру, відмічали час до появи перших ознак порушення орієнтації, після чого їх негайно виймали. При проведенні методики використовували контрольних та піддослідних щурів з однаковою масою тіла.

Математичну обробку результатів досліджень проводили на ПЕОМ за допомогою програм Microsoft Exsel версія 7.0 у середовищі Windows 98 з використанням критерію Стьюдента.

Результати та їх обговорення

Тест "асиметрія пози хвоста" у новонароджених щуренят виявився інформативним при вивченні дії забруднювачів довкілля на латеральну перевагу мозку. Так, у контрольній групі 50,6 % новонароджених щуренят виявили перевагу функціональної активності лівої півкулі мозку, тоді як у піддослідній групі їх кількість склала 33,5 % (табл. 1). Це свідчить, що вплив ксенобіотиків під час ембріогенезу призводить до зміни співвідношеня тварин на користь особин, які характеризуються високою активністю правої півкулі. Потомство від матерів, які піддавались дії шкідливих факторів довкілля, було менш латералізованим у порівнянні з контрольною групою тварин: кількість амбідекстрів склала 23,6 % та 10,8 % відповідно. Лівий та правий поворот хвоста у неонатальному періоді свідчить про якісно різні форми організації головного мозку [11].

Як показано вище, тварини демонструють асиметричні рухальні реакції вже у перші дні життя. В подальшому, до настання статевої зрілості, вплив середовища сприяє розвитку міжпівкульної асиметрії. Це призводить до того, що у більшості дорослих особин на початку тестування вже сформована латеральна перевага [12].

При проведенні методики квадратне "відкрите поле" встановлено перевищення в 1,3 рази кількості правшів серед щурів контрольної групи тварин. В піддослідній групі тварин число амбідекстрів збільшилось на 13,1 % у порівнянні з контролем, що підтверджує наш висновок про зростання кількості амбілатеральних особин.

На початку тестування у Т-лабіринті щури виявляли тенденцію здійснювати звороти у протилежному напрямку. Частка односпрямованих зворотів у послідовних випробуваннях зростала по мірі збільшення кількості зворотів. В процесі навчання щурів у лабіринті у них збільшувався коефіцієнт асиметрії, таким чином ця методика характеризується в деякій мірі виробленням умовного рефлексу. Наведені факти підкреслюють роль навчання у формуванні латералізованих поведінкових реакцій [13]. При аналізі отриманих даних було встановлено перевищення у 1,6 разів кількості лівшів у піддослідній серії тварин у порівнянні з контрольною. Оскільки асиметрія є векторною величиною, яка має напрямок та ступінь вираженості, доцільним було вивчити її якісні характеристики — вірогідності лівого звороту. Цей показник склав 0,36±0,05 у.о. та 0,46±0,05 у.о. у контрольній та піддослідній групах відповідно (р>0,05). Це підтверджує дані, отримані при кількісній оцінці латерального профілю. Встановлено [14], що стрес може як індукувати асиметрію мозку, так і посилювати її у тих випадках, коли вона вже існує. Це припущення частково пояснює причину виявлених розбіжностей між досліджуваними групами тварин.

Існують літературні дані, що вплив забруднювачів можна з достатньою переконливістю вважати фактором, який не тільки змінює латеральну перевагу, а й функціональні особливості організму [15].

Комплекс функціональних проб, який дозволяє оцінити резервні можливості фізіологічних систем організму, був проведений на статевозрілому потомстві (2,5 міс) в кінці експерименту. Встановлено відхилення за всіма обраними тестами у піддослідній серії тварин (табл. 2).

Використана в якості наркотичної спиртова проба, яка являється показником стану ЦНС та антитоксичної функції печінки, показала, що час до настання сну контрольних тварин перевищував час дослідних в 1,8 рази (р<0,05). Піддослідні тварини спали протягом 112,7±22,3 хв, контрольні — 105,9±25,0 хв, різниця на рівні 6,4 %.

Проба з плаванням, як показник функціонального стану серцево-судинної та дихальної систем, дозволила виявити зниження на 19,8 % часу утримання на поверхні води у дослідних тварин (р<0,05). Це можна пояснити тим, що у процесі фізичного перенапруження спостерігається інтенсивне використання енергетичних ресурсів і накопичення продуктів метаболізму, і як наслідок, ранній розвиток стомлення нервових центрів.

Показником резервної здатності та неспецифічної резистентності організму є витривалість в штучних екстремальних умовах. На нашу думку, вірогідне зменшення показника витривалості в умовах гіпоксії пояснюється збільшенням рівня вживання та витрати кисню потомством у піддослідній групі тварин у порівнянні з контрольною.

Таким чином, комплекс забруднювачів довкілля гірничодобувного та металургійного промислового регіону в експерименті приводить до підвищення кількості амбідекстрів та лівшей. Оскільки напрямок асиметрії не є детермінованим генетично, а мозок новонароджених вже функціонально асиметричний, можна припустити участь факторів навколишнього середовища у формуванні цього феномену в період пренатальної стадії онтогенезу. У тварин обох досліджних груп проходить переважне становлення діяльності лівої півкулі мозку, яке завершується на стадії статевої зрілості; цим частково пояснюються розбіжності результатів при використані методик "асиметрія пози хвоста" у новонароджених щуренят та квадратне "відкрите поле" і Т-лабіринт.

Одночасно в процесі ембріогенезу у потомства відбувається формування комплексу функціональних змін, що проявляється у зниженні резервних можливостей систем організму, зокрема серцево-судинної та дихальної. Наслідком цих процесів є зменшення витривалості в штучних умовах, антитоксичної функції печінки та тривалості проби з плаванням. Оскільки щури відносяться до норкових тварин і у числі фізіологічних змін, які забезпечують нормальну життєдіяльність в умовах часткової гіпоксії та гіперкапнії, у них відмічена здатність використовувати кисень при пониженому його парціальному тиску, їм властива підвищена буферна ємність фізіологічних рідин, слабка дихальна реакція на СО₂; послаблення цих пристосувальних функцій є наслідком впливу ксенобіотиків під час внутрішньоутробного розвитку.

На підставі отриманих результатів можна зробити припущення, що несприятливі фактори довкілля в період внутрішньоутробного розвитку сформували таку специфічну спрямованість онтогенезу, пристосувальні механізми, які обумовили функціональні особливості організму (латеральний профіль, резервні можлівості) протягом його життя.

Література
1. Killburn Kaye H. Evidence that the Human Nervous System is Most Sensitive to Environmental Toxins // J. Environm. Sci. and Helth C. —1990-1992. —V.8, N 2. —P. 327-337.
2. Зербіно Д. Екологія і мозок // Медична газета України. —1996. —N 43-44. —С. 1-2.
3. Shi Yuying, Wang Wenjun, Zhao Jianliua, Wang Jinling. Ханчжоу дасюэ сюэбао. Изакеань кэсюэ бань // J. Hangzhou Univ. Natur. Sci. —1988. —V. 15, N 3. —P. 351-358.
4. Стоян Е.Ф. Физиологические подходы к оценке влияния физических факторов окружающей среды на функциональное состояние организма человека в условиях больших городов / Адаптац. возможности человека в условиях больш. городов. —Л., 1988. —С. 45-48.
5. О феномене гелиогеофизического импринтирования и его значение в формировании типов адаптивных реакций человека / Казначеев В.П., Деряпа Н.Р., Хаснулин В.И., Трофимов А.В. // Бюллетень СО АМН СССР. —1985. —N 5. —С. 3-7.
6. Kostner D., Rex H. Advantage and Disadvantage of First or Second Litter of Rats Dams in Reproduction Toxicology // Plezent. Lek. SB. —1986. Suppl. —N 53. —P. 145-146.
7. Ross D.A., Glick S.D., Meinch R.C. Sexually Dimorphia Brain and Behavioral Asymmetries in the Neonatal Rat. // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. —1981. —V. 78, N 25. —P. 1958-1961.
8. Рябинская Е.А. Асимметрия направления движения у крыс линии Вистар и Крушинского-Молодкиной в радиальном лабиринте // Журнал высшей нервной деятельности. —1982. —Т.32, N 1. —C. 556-568.
9. Удалова Г.П., Михеев В.В. Роль функциональной межполушар-ной асимметрии в формировании предпочтения направления движения у крыс // Журнал высшей нервной деятельности. —1982. —Т.32, N 4. —C. 633.
10. Eлизарова О.Н., Жидкова Л.В., Кочеткова Т.А. Пособие по ток —сикологии для лаборантов. —М.: Медицина, 1974. —С. 73-78.
11. Бианки В.Л. Механизмы парного мозга. —Л.: Наука, 1989. —264 с.
12. Ананьев В.Г. Билатеральная регулирование онтогенетического развития человека // Проблемы общей социальной и инженерной психологии. —Л.: Наука, 1968. —С. 3-25.
13. Бианки В.Л. Асимметрия мозга животных. —Л.: Наука, 1985. —295 с.
14. Denenberg V.H., Rosen G.D., Hofmann M., Stoker N. Neonatal Postural Asymmetry and Sex in the Rat. // Dev. Brain Res. —1982. —V. 2, N 5. —P. 417-418.
15. Mazze R.L., Fujinaga M., Baden J.N. Sprague-Dawley. Reproductive and Teratogenic Effects of Nitrous Oxides Fentanye and their Combination in Sprague-Dawley Rats // Brit. J. Anaesth. —1987. —V. 50, N 10. —P. 1291-1297.

| Содержание |