On the effect of low concentrations of unsaturated hydrocarbons С2-С5 on the electrical activity of the cerebral cortex

Full Text

К. А. Буштуева, Е. Ф. Полежаев, А. Д. Семененко (1960) впервые предложили использовать ЭЭГ для обоснования разовых, предельно допустимых концентраций атмосферных загрязнений. Применение электрокортикального условного рефлекса позволило им обосновать предельно допустимые концентрации сернистого газа и аэрозоля серной кислоты при изолированном действии и совместном их присутствии (1961). Этот метод успешно применен при нормировании в атмосферном воздухе ацетатов (В. А. Гофмеклер, 1961), динила (Г. И. Соломин, 1962).

В нашей работе метод ЭЭГ был также использован при изучении действия малых концентраций олефинов С₂— C₅ на организм человека. Настоящие исследования про­водились для обоснования разовых предельно допустимых концентраций этих веществ в атмосфере. Углеводороды являются ведущими компонентами атмосферных загряз­нений в районах с развитой нефтеперерабатывающей й нефтехимической промышлен­ностью. Непредельные углеводороды до С₄—газообразные вещества, начиная с C₅ —т жидкости. Все эти углеводороды обладают наркотическим действием, которое, однако, обнаруживается при достижении во вдыхаемом воздухе концентраций поряд­ка нескольких десятков объемных процентов. Сила действия возрастает с увеличением числа атомов углерода в цепи. Кроме наркотического действия олефины, начиная с бутиленов, вызывают раздражение дыхательных путей (Н. В. Лазарев, 1954).

Исследованиями, проведенными в лаборатории гигиены атмосферного воздуха (М. Л. Красовицкая, Л. К. Малярова, Т. С. Запорожец, 1963), установлены пороги обонятельного ощущения этих веществ (для бутиленов — 15,4 мг/м³, для пропилена —17,3 мг/м³, для этилена 20,0 мг/м³), пороги действия этих веществ на электрическую возбудимость (13,9—14,2 мг/м³) и световую чувствительность глаза (11,0 мг/м³). По­роги, определенные методами адаптометрии и оптической хронаксиметрии, лежали ниже порога ощущения по запаху.

Следующим этапом настоящей работы было установление действия этих веществ на электрическую активность коры головного мозга. Опыты проводились по методике, разработанной К.А. Буштуевой, Е. Ф. Полежаевым, А. Д. Семененко (1960). Для этой цели были использованы двухканальный усилитель биотоков, выполненный по сквозной симметричной схеме, с выходом на шлейфный осциллограф МПО-2, и катод­ный двухканальный осциллоскоп. Последний позволял непрерывно наблюдать развер­нутую ЭЭГ в течение всего опыта. Чувствительность установки — 50 мкв/см. Для регистрации биоэлектрической активности коры головного мозга применялся унипо­лярный способ отведения. Скорость регистрации 4 мм/сек. Одновременно с биотоками регистрировались на фотопленке моменты подачи условного и безусловного раздра­жителей и отметка времени. В качестве безусловного раздражителя, вызывающего депрессию a-ритма, использовался свет электрической лампы 92 вт, установленной на расстоянии 1,2 м от глаз испытуемого. Условным раздражителем являлся исследуе­мый газ. Синхронизация момента подачи условного раздражителя (газа), включения электросекундомера и отметки раздражения осуществлялась при помощи специаль­ного ключа. В период исследования наблюдаемый находился в экранированной за­темненной камере, расположенной рядом с комнатой, где установлена аппаратура. Это создавало достаточную звукоизоляцию и способствовало сохранению устойчивого фона ЭЭГ на протяжении всего опыта. Для вентиляции воздух из камеры отсасывал­ся пылесосом, включенным на половину рабочего напряжения, что обеспечивало бесшумность вентиляции и длительную его работу. Перед лицом исследуемого укреп­лялся цилиндр, через который непрерывно подавался чистый воздух со скоростью 27 л/мин. Поступающий в камеру воздух подвергался предварительной очистке через систему: ткань ФПП, силикагель, 5% раствор КМпО, подкисленный серной кислотой, и ватный фильтр. Вся система подачи воздуха и газа была выполнена из стекла. Примененная система подачи и очистки воздуха обеспечила отсутствие углеводоро­дов, посторонних запахов и постоянство температуры. В нужный момент в чистый воздух добавлялась газовая смесь определенной концентрации. Подача воздуха и газовой смеси регулировалась кранами и контролировалась реометрами. Схема уста­новки представлена на рис. 1.

 

Рис. 1. Схема установки для выработки электрокортикального условного рефлекса. 1 — усилитель биотоков, 2 — катодный энцефалоскоп, 3 — электролампа, 4 — электросекундомер, 5 — ключ для подачи газа, включения отметки условного раздражителя и электросекундомера; 6 — экранированная камера, 7—вентиляционное устройство, 8 — цилиндр, 9—10—11 — система очистки воздуха, 12—13 — реометры, 14 — напорный сосуд, 15 — сосуд с изучаемым газом.

 

В эксперименте применялись газы 95,5—99,5% чистоты, которые получались в лаборатории методом дегидратации соответствующих спиртов над катализатором при определенной температуре (М. И. Дементьева, 1959). Чистота газов проверялась хро­матографически. Содержание углеводородов во вдыхаемом воздухе определялось на титрометрическом газоанализаторе ТГ-5А. Опыты проводились с этиленом, пропиле­ном и бутиленами на 3—4 здоровых испытуемых, имеющих достаточно хорошо выра­женный a-ритм. Изучалось изолированное действие и комбинированное влияние этих газов. Для опытов были взяты углеводороды в концентрациях ниже порога по сло­весному отчету и не вызывающих прямого действия на электрическую активность мозга. При выработке электрокортикального рефлекса изолированное действие услов­ного раздражителя (газа) продолжалось 15 сек, а последние 5 сек сочеталось со светом. Показателем выработки условного рефлекса являлась десинхронизация, т. е. депрессия a-ритма, которая возникала во время действия условного раздражителя и предшествовала моменту подачи безусловного. Условный раздражитель (газ) пода­вался через разные промежутки времени с интервалом 0,5—1,5 мин.

Для удобства проведения эксперимента подача газа, света, отсчет времени дей­ствия раздражителей, включение съемки ЭЭГ проводились с пульта управления.

Вначале нами проверялось действие углеводородов в концентрациях, лежащих на уровне пороговых по действию на световую чувствительность глаза (по методу адаптометрии), т. е. 11,0 мг/м³. Оказалось, что концентрации порядка 10—11 мг/м³ вызывали прямое действие, которое проявлялось в депрессии a-ритма при подаче газа без сочетания его со светом.

Концентрации углеводородов от 9,5 мг/м³ и ниже не оказывали прямого действия. На эти концентрации вырабатывался условный электрокортикальный рефлекс. При­водим результаты исследования ЭЭГ-рефлекса при действии этилена в различных концентрациях: 9,5; 5,9; 4,4; 3,2 мг/м³. Отчетливый электрокортикальный рефлекс наблюдался у всех 4 испытуемых при действии этилена в концентрации 9,5 мг/м³, а при вдыхании этилена в концентрации 6,9 и 4,4 мг/м³ условный ЭЭГ-рефлекс был выработан у 3 из 4 испытуемых. На концентрацию этилена 3,3 мг/3 условнорефлек­торная десинхронизация не наступала.

В качестве примера приводим ЭЭГ испытуемой Л. при вдыхании пропилена (концентрация 9,5 мг/м³).

 

Рис. 2. Условнорефлекторная десинхронизация на 10-м сочетании. Сверху вниз: 1, 2 — ЭЭГ левой и правой затылочной области; 3 — отметка подачи безусловного раздражителя; 4 — отметка подачи условного раздражителя.

 

Сверху вниз: 1, 2 — ЭЭГ левой и правой затылочной области; 3 — отметка подачи безусловного раздражителя; 4 — отметка подачи условного раздражителя.

Сводные данные о концентрациях изучаемых газов ряда этилена, на которые вырабатывался условный ЭЭГ-рефлекс, приведены в таблице 1.

Как видно из представленных данных, концентрация 3,3 мг/3 является макси­мально недействующей для всех газов (рефлекс не выработался после 25—30 сочета­ний), следовательно, минимально действующей, т. е. пороговой, надо считать кон­центрацию — 4,4 мг/м³.

В каждом последующем опыте облегчается выработка условного рефлекса на условный раздражитель подпороговой величины. Так, если в первых опытах для выработки условного рефлекса требовалось 11—15 сочетаний, то в последующие дни число сочетаний сократилось до 4—6. Это явление еще раз, по-видимому, подтверж­дает существующую точку зрения о гигиеническом значении повторных раздражений малой интенсивности в изменении функционального состояния коры головного мозга.

Помимо изолированного влияния углеводородов, как указывалось выше, изуча­лось также их комбинированное действие. В этих опытах для регистрации ЭЭГ использовался двухканальный энцефалограф с чернильной записью типа ЭЭЧС-1, скорость регистрации 7,5 мм/сек. Эксперимент проводился по описанной выше схеме. Определялось действие углеводородов в сочетании таких концентраций, которые в сумме не превышали максимально недействующую (1 вариант) и в 4 вариантах сумма этих веществ составляла действующую. Количественно эти сочетания выра­жались следующим образом:

I сочетание: этилен 1,1 мг/м³; пропилен 1,1 мг/м³; бутилены 1,1 мг/м³

II сочетание: этилен 1,1 мг/м³; пропилен 1,1 мг/м³; бутилены 2,2 мг/м³;

III сочетание: этилен 1,1 мг/м³; пропилен 2,2 мг/м³; бутилены 1,1 мг/м³

IV сочетание: этилен 2,2 мг/м³; пропилен 1,1 мг/м³; бутилены 1,1  мг/м³;

V  сочетание: этилен 3,3мг/м³; пропилен 3,3  мг/м³; бутилены 3,3 мг/м3.

Полученные данные представлены в таблице 2.

Таким образом, у всех испытуемых не вырабатывался условный рефлекс, когда концентрации изучаемых углеводородов в сумме не превышали максимально недей­ствующую.

 

Таблица 1. Электрокортикальный условный рефлекс на вдыхание олеинов С₂-С₄

Наблюдаемые	Концентрация мг/м3
	Этилен
	9,5	5,9	4,4	3,3
М.Л.	+	+	+	—
А.С.	+	+	+	—
Н.К.	+	+	+	—
Р.К.	+	—	—	—
	Пропилен
	9,5	5,9	4,4	3,3
М.Л.	+	+	+	—
А.С.	+	+	+	—
М.К.	+	+	+	—
	Бутилен
	9,5	5,9	4,4	3,3
М.Л.	+	+	+	—
А.С.	+	+	+	—
З.Ш.	+	+	—	—

 

Таблица 2. Результаты исследования комбинированного действия этилена пропилена бутиленов на выработку электрокортикального условного рефлекса.

Концентрации этилена+пропилена+бутилена мг/м3	Исследуемые
	М.Л.	А.С.	М.К.
1.1+1.1+1.1	—	—	—
1.1+1.1+2.2	+	+	+
1.1+2.2+1.1	+	+	+
2.2+1.1+1.1	+	+	+
3.3+3.3+3.3	+	+	+

 

Условные обозначения: + условный рефлекс выработался, — условный рефлекс не выработался.

Любые сочетания углеводородов, в сумме составляющие действующую, вызывали образование условного рефлекса. Приводим ЭЭГ наблюдаемых Л. М. и К. Н.

 

Рис. 3. Отсутствие электрокортикального рефлекса. Условный раздражитель этилен в конц. 1,1 мг/м³ + пропилен в конц. 1,1 мг/м³ бутилены в конц. 1,1 мг/м³. Сверху вниз: 1 — ЭЭГ левой затылочной области; 2—отметка подачи условного“ раздражителя; 3 — ЭЭГ правой затылочной области; 4 — отметка подачи безусловного раздражителя.

 

Рис.4.Условнорефлекторная десинхронизация на 6-м сочетании. Условный раздражитель этилен в конц.2.2 мг/м³+пропилен в конц. 1.1 мг/м³+бутилены в конц.1.1 мг/м³. Обозначения те же что и на рис.3

 

Проведенная работа показала:

• для Нормирования углеводородов в атмосферном воздухе метод электрокортикального условного рефлекса является наиболее чувствительным по сравнению с другими методами (адаптометрии и хронаксиметрии)
• порог физиологического действия для всех изученных углеводородных газов по методу ЭЭГ оказался на одном уровне и составляет 4,4 мг/м³;
• применение указанного метода для изучения комбинированного влияния эти­лена, пропилена, бутиленов показало, что при их действии имеет место простая суммация;
• недействующей концентрацией, выявленной методом электрокортикального рефлекса, является 3,3 мг/м³ для каждого газа, которая и предложена в качестве предельно допустимой в атмосферном воздухе.

About the authors

M. L. Krasovitskaya

Ufa Scientific Research Institute of Hygiene and Occupational Diseases

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, Ufa

Y. A. Terekhov

Ufa Scientific Research Institute of Hygiene and Occupational Diseases

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, Ufa

K. I. Sukhotina

Ufa Scientific Research Institute of Hygiene and Occupational Diseases

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, Ufa

L. K. Malyarova

Ufa Scientific Research Institute of Hygiene and Occupational Diseases

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, Ufa

References

Supplementary files