Снова о вреде дизельного топлива

Наночастицы сажи – основной компонент дизельных выхлопов. (фотография: SciencePhotoLibrary)

Модель пренатального воздействия наночастиц дизельных выхлопов на мышах демонстрирует возможность их (наночастиц) негативного влияния на постнатальное развитие детей.

Проведенные ранее эпидемиологические исследования выявили связь между определенными составляющими загрязненного воздуха, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, и увеличением случаев сердечно-сосудистых и легочных заболеваний, что указывает на токсичность исследованных соединений.

Одним из основных компонентов загрязненного городского воздуха являются выхлопы дизельных двигателей, а главным образом наночастицы сажи, входящие в их состав. Согласно результатам недавних исследований, загрязненный воздух негативно влияет на плод человека, хотя для подтверждения этого наблюдения необходимы дополнительные исследования.

Ученые из Национального исследовательского центра промышленной окружающей среды (National Research Centre of the Working Environment) в Дании под руководством Карин С. Хугаард (Karin S. Hougaard) выяснили, каким образом влияет вдыхание беременными самками мышей наночастиц дизельных выхлопов на развитие потомства. В исследовании оценивалось пренатальное воздействие наночастиц дизельных выхлопов на репродуктивные параметры, постнатальное развитие, поведение и познавательные способности потомства, а также степень токсического и воспалительного эффекта, индуцированного наночастицами дизельных выхлопов у новорожденных мышат.

Лабораторные мыши дышали воздухом, содержащим 19 мг/м3 частиц дизельных выхлопов, что составляло примерно один миллион частиц со средним диаметром около 240 нм на каждый кубический сантиметр, по часу в день в течение десяти дней - с 9 по 19 сутки беременности. Мыши из контрольной группы дышали в указанные часы чистым фильтрованным воздухом. Проанализировав литературные данные, авторы выбрали концентрацию наночастиц дизельных выхлопов и время их воздействия на лабораторных животных таким образом, чтобы они не индуцировали значительного токсического эффекта у беременных мышей и не приводили к смерти новорожденных мышат. Результаты предыдущих работ этих же авторов подтверждают, что выбранные условия воздействия наночастиц дизельных выхлопов вызывают детектируемые изменения у взрослых мышей.

Течение беременности у мышей, дышавших воздухом, содержащим наночастицы дизельных выхлопов, и у мышей, дышавших воздухом без загрязнений, было практически одинаковым.

Вес мышат из «дизельной» группы, измеренный на вторые сутки после рождения, был в среднем ниже веса мышат из контрольной группы. Эта разница возрастала по мере роста мышат, так что к окончанию периода грудного вскармливания мышата, подвергшиеся внутриутробному воздействию наночастиц дизельных выхлопов, весили значительно меньше нормы - в среднем на 10%.

Воздействие мельчайших частиц дизельных выхлопов на организм животного может индуцировать генотоксический эффект и воспалительную реакцию. Авторы исследовали эти эффекты на новорожденных мышатах по величине экспрессии нескольких специфических биомаркеров. На наличие генотоксического стресса или воспалительного процесса указывала бы повышенная экспрессия (производство) мРНК, кодируемой генами-биомаркерами, в поврежденных клетках.

Генотоксический эффект определяли путем сравнительного анализа степени разрушения ДНК в клетках печени мышат, подвергшихся пренатальному воздействию наночастиц дизельных выхлопов, и в печени мышат из контрольной группы, а так же по определенным биомаркерам (в данном случае это были гены, продукты которых вырабатываются в повышенных количествах при генотоксическом стрессе). В качестве таких биомаркеров выбрали два гена, кодирующих белки, участвующие в репарации (исправлении дефектов) ДНК: ген, кодирующий 8-оксогуанин-ДНК-гликозилазу-1 OGG1 (8-oxoguanine-DNA-glycosylase-1) и ген, кодирующий белок эксцизионной репарации ERCC1 (excision repair cross complementing group 1). Еще одним биомаркером разрушения ДНК, использованным в работе, был ген, кодирующий белок HO-1 (heme oxygenase-1), который экспрессируется при окислительном стрессе. Экспрессия всех биомаркеров была практически одинаковой в клетках печени мышат, подвергшихся воздействию частиц дизельных выхлопов, и в печени контрольных животных.

Величину воспалительного эффекта определяли по экспрессии воспалительных пептидов - цитокинов: интерлейкина-6 (IL-6, interleukin-6), МСР-1 - моноцит-хемоаттрактантного белка (monocyte chemoattractant protein 1), и воспалительного белка макрофагов MIP-2 (macrophage inflammatory protein 2). Этот эксперимент также не выявил статистически значимых отличий между мышатами из контрольной группы и животными, подвергшимися внутриутробному воздействию частиц дизельных выхлопов. Однако уровень экспрессии мРНК у последних был немного выше, чем у контрольной группы, что указывает на возможное развитие воспалительного процесса в печени мышат, подвергшихся пренатальному воздействию частиц дизельных выхлопов.

Известно, что некоторые химические вещества индуцируют снижение уровня гормонов щитовидной железы у развивающихся животных. Эти гормоны необходимы для нормального роста и развития млекопитающего, а их дефицит приводит к замедлению постнатального роста животного. Поэтому вполне вероятно, что токсичные вещества из частиц дизельных выхлопов могут секретироваться в материнское молоко, усваиваться новорожденным животным и влиять на функционирование его гипофиза и щитовидной железы, замедляя развитие организма.

Вредные вещества могут переноситься через плацентарный барьер и проявлять токсическое действие в постнатальном периоде. Авторы решили проверить эту гипотезу и измерили количество тироксина (T4) – основного гормона щитовидной железы – в плазме матерей и потомства. Общий уровень тироксина (Т4) в плазме мышат, подвергшихся пренатальному воздействию частиц дизельных выхлопов, и контрольных животных был практически одинаков. Следовательно, пренатальное воздействие частиц дизельных выхлопов не влияет на функционирование щитовидной железы у новорожденных мышат и не является причиной их отставания в весе по сравнению с контрольными животными.

Способность мышат к обучению оценивали с помощью водного лабиринта Морриса, традиционно используемого для оценки способностей животных к пространственной ориентации. В качестве водного лабиринта Морриса взяли круглый белый пластиковый бассейн диаметром один метр и глубиной 45 см, наполненный водой на глубину 27 см. По радиусу бассейна расположили множество опознавательных знаков (например, фигурки из черной пленки с лампочками), которые мышь могла легко заметить из бассейна и использовать в качестве пространственных ориентиров. Бассейн условно разделили на 4 квадранта с помощью четырех отметок на бортике. Круглую прозрачную платформу диаметром 10 см расположили на глубине 1 см под водой, что делало ее невидимой с поверхности воды.

В эксперименте использовали по одной двухнедельной самке и по одному двухнедельному самцу из каждого помета. Мышь опускали в воду у стартовой позиции близко к бортику бассейна. Тест считается завершенным, когда мышь доплывает до платформы и забирается на нее. Если животное не в состоянии обнаружить платформу в течение минуты, его направляют к платформе.

Способность к обучению оценивали, фиксируя платформу в одном месте (в «юго-западной» позиции) и повторяя эксперимент в течение 4-5 дней. Все подопытные мышата из контрольной и «дизельной» групп научились находить и забираться на платформу, фиксированную в одной позиции, причем с каждым опытом быстрее на 10 секунд.

Для оценки памяти животных эксперимент повторяли в течение трех дней спустя три недели после периода обучения, оставляя платформу на том же месте. Все подопытные животные вспомнили локализацию платформы в «юго-западной» позиции.

Способность к переобучению изучали с помощью смены позиции платформы на противоположную (позиция платформы I): например, если предыдущие опыты проводили с платформой в «юго-западной» позиции, то теперь - в «северо-восточной». При перемещении платформы в «северо-восточный» квадрант время ее локализации всеми мышами увеличилось, а затем быстро уменьшилось.

При установке платформы в центре бассейна (позиция платформы II) с последующим тестированием животных в течение 4 дней, все мыши быстро ее находили.

Таким образом, мышата, подвергшиеся пренатальному воздействию частиц дизельных выхлопов, и животные из контрольной группы обладали почти одинаковой памятью и способностью к обучению, за исключением того, что самки мышат, подвергшихся пренатальному воздействию частиц дизельных выхлопов, находили платформу в опыте по переобучению (позиция платформы I) даже быстрее контрольных животных. Активность самок, подвергшихся пренатальному воздействию частиц дизельных выхлопов, также была выше, чем у контрольных животных. Самцы вели себя сходным образом в обеих группах.

Подводя итог полученным результатам, можно заключить, что по познавательным способностям и по биомаркерам генотоксичности и воспаления мышата, подвергшиеся пренатальному воздействию частиц дизельных выхлопов, и контрольные животные практически не отличались. А по набору массы тела мышата, подвергшиеся пренатальному воздействию частиц дизельных выхлопов, отставали от контрольных животных, особенно во время второй половины периода грудного вскармливания (с девятого по двадцать второй дни лактационного периода).

Химический и физический состав выхлопов дизельных двигателей значительно различается в зависимости от типа двигателя, качества топлива, химических добавок и смазочных масел. В зависимости от этого может меняться и токсический эффект как самого дизельного выхлопа, так и входящих в его состав наночастиц, которые тоже значительно различаются по химическому составу, размерам и форме. По мнению авторов, интересные результаты могло бы дать сравнение постнатальных эффектов пренатального воздействия «свежего» выхлопа дизельного двигателя и различных частиц дизельных выхлопов.

По статье Karin S. Hougaard et al. «Effects of prenatal exposure to diesel exhaust particles on postnatal development, behavior, genotoxicity and inflammation in mice», опубликованной 11 марта 2008 года в журнале Particle and Fibre Toxicology 2008, 5:3.