Проверка токсичности отработавших газов автомобиля: Проверка и регулировка токсичности отработавших газов двигателя

51. Джохари С.А., Расмуссен К., Гулумян М., Гази-Хансари М., Тетаразако Н., Кашивада С., Асгари С., Парк Дж.-В., Ю И.Дж. Внедрение новой стандартизированной процедуры проверки токсичности наноматериалов для окружающей среды, ISO/TS 20787: Оценка водной токсичности изготовленных наноматериалов в соленых озерах с использованием Artemia sp. науплии. Токсикол. мех. Методы. 2019;29:95–109. doi: 10.1080/15376516.2018.1512695. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

52. Бузников Г., Подмарев В. Виды животных для изучения развития. Спрингер; Берлин/Гейдельберг, Германия: 1990. Морские ежи Strongylocentrotus droebachiensis, S. nudus и S. intermedius; стр. 253–285. [Google Scholar]

53. Agathokleous E., Calabrese E.J. Гормезис: реакция на дозу для 21 века: будущее наступило. Токсикология. 2019;425:152249. doi: 10.1016/j.tox.2019.152249. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

54. Agathokleous E., Kitao M., Calabrese E.J. Гормезис: убедительная платформа для сложной науки о растениях. Тенденции Растениевод. 2019;24:318–327. doi: 10.1016/j.tplants.2019.01.004. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

55. Shen R.R., Wang Y.S., Gao W.K., Cong X.G., Cheng L.L., Li X.R. Разделенные по размеру твердые частицы, связанные полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) над Китаем: распределение размеров, характеристики и оценка риска для здоровья. науч. Общая окружающая среда. 2019;685:116–123. doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.05.436. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

56. Kim J.K., Kottuparambil S., Moh S.H., Lee T.K., Kim Y.-J., Rhee J.-S., Choi E.-M., Kim B.H. , Ю Ю. Дж., Яриш С. Потенциальное применение цветения неприятных микроводорослей. Дж. Заявл. Фикол. 2015;27:1223–1234. doi: 10.1007/s10811-014-0410-7. [CrossRef] [Google Scholar]

57. Зингоне А., Эскалера Л., Алигизаки К., Фернандес-Техедор М., Исмаэль А., Монтресор М., Мозетич П., Таш С., Тотти К. Токсичный морской микроводоросли и вредоносное цветение в Средиземном море: вклад в Глобальный отчет о статусе ВЦВ. Вредные водоросли. 2021;102:101843. doi: 10.1016/j.hal.2020.101843. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

58. Нольте Т.М., Хартманн Н.Б., Клейн Дж.М., Гарнес Дж., Ван Де Меент Д., Хендрикс А.Дж., Баун А. Токсичность пластиковых наночастиц для зеленых водорослей под влиянием модификации поверхности, средней жесткости и клеточной адсорбции. Аква. Токсикол. 2017; 183:11–20. doi: 10.1016/j.aquatox.2016.12.005. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

59. Debenest T., Gagné F., Petit A.-N., Kohli M., Eullafroy P., Blaise C. Мониторинг токсичности антипирена (тетрабромбисфенола A) на различных микроводорослях оценивали с помощью проточной цитометрии. Дж. Окружающая среда. Монит. 2010;12:1918–1923. doi: 10.1039/c0em00105h. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

60. Родд А.Л., Кастильо С.Дж., Чапарро С.Е., Рангель-Мендез Дж.Р., Хёрт Р.Х., Кейн А.Б. Влияние новых крупномасштабных материалов на основе графена на биодоступность бензо(а)пирена для морских креветок и клеток печени рыб. Окружающая среда. науч. Нано. 2018;5:2144–2161. doi: 10.1039/C8EN00352A. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

61. Rainbow P., Luoma S. Токсичность металлов, поглощение и биоаккумуляция в водных беспозвоночных — Моделирование цинка в ракообразных. Аква. Токсикол. 2011; 105: 455–465. doi: 10.1016/j.aquatox.2011. 08.001. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

62. Вимеркати Л., Кавоне Д., Капути А., Де Мария Л., Триа М., Прато Э., Ферри Г.М. Наночастицы: экспериментальное исследование токсичности наночастиц цинка для морских ракообразных. Общий обзор последствий для здоровья человека. Фронт. Здравоохранение. 2020;8:192. doi: 10.3389/fpubh.2020.00192. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

63. Уоллес Хейс А., Муриана А., Альсуальде А., Фернандес Д.Б., Искандар А., Пейч М.К., Кучай А., Хоенг Дж. Альтернативы использованию животных при оценке риска смесей. Междунар. Дж. Токсикол. 2020;39: 165–172. doi: 10.1177/1091581820

64. Де Цварт Д., Адамс В., Галай Бургос М., Холлендер Дж., Юнгханс М., Меррингтон Г., Мьюир Д., Паркертон Т., Де Шамфелер К.А., Кит Г. Воздействие химических смесей на воду в городской среде: подходы к оценке воздействия. Окружающая среда. Токсикол. хим. 2018; 37: 703–714. doi: 10.1002/и т. д.  3975. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

Выбросы выхлопных газов автомобилей | Что выходит из выхлопа автомобиля?

20 февраля 2020 г.

Когда вы едете на автомобиле, из выхлопной трубы выбрасывается много вредных веществ.

Хотя они являются необходимым побочным продуктом работы двигателя внутреннего сгорания, они могут быть вредными для окружающей среды, способствовать загрязнению воздуха и вызывать проблемы со здоровьем у некоторых людей.

Дизельные автомобили, в частности, находятся в центре внимания из-за выбросов, которые они производят, поскольку считается, что они загрязняют окружающую среду больше, чем бензиновые автомобили. Таким образом, транспортный акциз или ЖНВЛ (транспортный налог) теперь определяется либо объемом двигателя, либо типом топлива, либо выбросами CO2.

В этом подробном руководстве по автомобильным выбросам мы рассмотрим, что именно выбрасывается из вашего автомобиля, как это влияет на вас и что делается для борьбы с выхлопными газами.

Перейти к:

• Что такое выбросы выхлопных газов автомобилей?
• Выхлопные газы автомобилей и загрязняющие вещества
• Последствия вдыхания выхлопных газов
• Что делается для сокращения выбросов выхлопных газов?
• Каковы тесты на загрязнители выхлопных газов?
• Как еще моя машина загрязняет окружающую среду?
• Насколько токсичен мой автомобиль?

Выхлопные газы представляют собой смесь различных газов и частиц, выбрасываемых транспортными средствами при работающем двигателе.

Эти выбросы могут ухудшить качество окружающего нас воздуха, особенно в больших городах, перегруженных автомобилями.

Широко распространено мнение, что сочетание выхлопных газов и других твердых частиц, выбрасываемых в атмосферу, является основным фактором глобального потепления.

Хотя выбросы включают безвредные химические вещества, такие как кислород, азот и вода, они также могут включать более опасные загрязнители.

CO2 — это то, о чем мы все слышали, но есть и другие менее известные вещества, выделяемые нашими автомобилями, которые могут нанести вред.

3 месяца БЕСПЛАТНОЙ страховки на случай поломки

С 12-месячной страховкой новые клиенты получают дополнительные 3 месяца бесплатно.* Мы являемся лучшим поставщиком аварийной помощи в Великобритании по результатам голосования водителей Auto Express в 2021 году.

Купить сейчас

Автомобили выбрасывают мощный коктейль выхлопных газов, многие из которых имеют вредные последствия. К ним относятся:

• Двуокись углерода (CO2) – CO2 является парниковым газом, который считается основным фактором, способствующим изменению климата. Хотя технически он не токсичен, чрезмерные объемы способствуют закислению океана.
• Угарный газ (CO) – Этот невидимый газ является результатом неполного сгорания топлива и очень токсичен для человека. Большинство современных двигателей производят его лишь в незначительном количестве благодаря эффективным процессам сгорания, но старые двигатели являются более серьезными нарушителями.
• Оксиды азота (NOx) – Оксиды азота образуются в любом процессе горения. Они очень реакционноспособны и могут способствовать образованию смога при контакте с другими химическими веществами в воздухе. Некоторые производители, как известно, обманывают тесты NOx.
• Диоксид серы (SO2) – это бесцветный газ с запахом жженых спичек, который естественным образом содержится в сырой нефти, используемой для очистки бензина и дизельного топлива. При сгорании образует кислоты, что приводит к коррозии двигателя и образованию смога.
• Углеводороды (УВ) – УВ выделяются из выхлопных газов в виде несгоревшего топлива из-за неполного сгорания. Они также испаряются из топливного бака и форсунки, когда вы заправляетесь на заправочной станции.
• Бензол (C6H6) – содержится в бензине и дизельном топливе в очень небольших количествах, а также выделяется из выхлопных газов автомобилей в виде несгоревшего топлива. Бензол является канцерогенным веществом, и его вдыхание в больших количествах может нанести серьезный вред здоровью человека.
• Твердые частицы – Дизельные двигатели выбрасывают в воздух частицы черной сажи и металла, известные как твердые частицы. Современные автомобили оснащены сажевыми фильтрами (DPF), чтобы эти вредные частицы не попадали в атмосферу.

Загрязнения от автомобилей могут вызывать целый ряд проблем со здоровьем, от аллергии и раздражения кожи до сердечных и респираторных заболеваний, таких как астма. По данным Всемирной организации здравоохранения, длительное многократное воздействие выхлопных газов дизельных двигателей также может увеличить риск рака легких.

Засорение выхлопной трубы может привести к отравлению угарным газом. Вдыхание CO может вызвать головные боли, проблемы с дыханием и даже смерть при вдыхании в больших количествах. Это особенно опасно для детей и людей, страдающих сердечными заболеваниями.

Количество выхлопных газов, воздействию которых люди подвергаются, сильно различается, но люди, живущие в густонаселенных городских районах, больше всего подвержены риску развития проблем со здоровьем, связанных с загрязнением окружающей среды.

Благодаря достижениям в области технологий и политике, направленной на борьбу с изменением климата, выбросы CO2 и других загрязняющих веществ от автомобилей в последние годы значительно сократились.

Производители автомобилей сокращают выбросы выхлопных газов за счет улучшения конструкции, а каталитические нейтрализаторы и сажевые фильтры теперь входят в стандартную комплектацию всех новых бензиновых и дизельных автомобилей. Правительство также пообещало запретить продажу новых дизельных и бензиновых автомобилей к 2030 году, чтобы побудить людей перейти на электромобили.

Многие города по всему миру ввели зоны чистого воздуха, чтобы препятствовать въезду в них наиболее загрязняющих транспортных средств. Лондон ввел свою зону сверхнизких выбросов, и теперь вам нужна наклейка с чистым воздухом Crit’Air, чтобы ездить в самых оживленных городах Франции.

• . должны были соответствовать ряду европейских стандартов выбросов, устанавливающих максимальные ограничения на вредные вещества, выбрасываемые новыми автомобилями.

  Стандарты, отличающиеся для бензиновых и дизельных автомобилей, со временем становятся все более строгими. В стандарте Евро-1 для всех автомобилей были введены каталитические нейтрализаторы и неэтилированный бензин. Сейчас мы находимся на Евро-6, который вступил в силу в 2014 году и снижает разрешенный уровень NOx для дизелей.

  Большинство автомобилей также проходят проверку на выбросы выхлопных газов в рамках технического осмотра и не пройдут проверку, если обнаружится, что они выделяют слишком много вредных газов. Когда в мае прошлого года были введены новые правила ТО, для дизельных автомобилей были введены более строгие требования, что усложнило их прохождение.

  Атмосферу загрязняют не только выхлопные газы. Тормоза и шины также вносят вклад в вредные выбросы.

  Каждый раз, когда вы ведете автомобиль, крошечные частицы твердых частиц, таких как пыль, выбрасываются в воздух в результате износа тормозов и шин, а также с дорожного покрытия. Эти частицы попадают в воздушный поток и могут оказывать вредное воздействие на здоровье людей. Частицы пластика из шин также могут нанести вред морской фауне, если они попадут в воду через канализацию.

  Правительство хочет принять закон для улучшения стандартов после того, как в недавнем отчете Экспертной группы по качеству воздуха говорится, что пыль от автомобильных тормозов и шин по-прежнему загрязняет воздух, даже когда автомобили полностью электрические.

  Сообщается, что из некоммерческих транспортных средств больше всего нарушают климатические изменения пожирающие бензин спортивные автомобили и некоторые внедорожники. Владельцы этих транспортных средств обычно платят больше ЖНВЛП из-за того, что их двигатели имеют более мощный двигатель и выделяют более высокий уровень CO2.

  Их транспортным средствам может быть даже запрещен въезд в некоторые города Европы, если они ездят на особенно старых и загрязняющих окружающую среду моделях, поэтому перед поездкой обязательно узнайте стандарт выбросов вашего автомобиля и повлияет ли это на вас. На другом конце спектра нет VED, чтобы платить за полностью электрические автомобили с нулевым уровнем выбросов.

  Один из лучших способов сократить выбросы — повысить эффективность использования топлива. Это связано с тем, что количество CO2, производимого транспортным средством, напрямую связано с тем, сколько топлива оно потребляет.

  Имеет смысл выбрать автомобиль, наиболее подходящий для ваших индивидуальных потребностей вождения. Например, если вы в основном ездите на короткие расстояния по городу, а иногда и на большие расстояния, идеальным вариантом будет подключаемый гибрид, тогда как если вы совершаете множество разных поездок, бензиновый автомобиль все же может быть вашим лучшим вариантом.

  В конечном счете, переход на более экологичный автомобиль может сэкономить вам сотни фунтов в год на ЖНВЛП и топливо. И чем новее ваша машина, тем лучше она для планеты.

  • Как экономить топливо — полное руководство
  • Девять лучших альтернативных видов топлива для автомобилей
  • Что такое гибридный автомобиль и стоит ли его покупать?

  *Добавлено через 12 месяцев. На новом персональном покрытии Standard и Unlimited. Окончание 10.12.22, 7:00

  Психологическое воздействие выхлопных газов автомобилей: взгляды на животных

  Введение

  Загрязнение воздуха является одной из серьезных экологических опасностей, возникших в результате растущей урбанизации. Согласно отчету Всемирной организации здравоохранения, загрязнение воздуха из-за выбросов бензина и дизельного топлива двигателями внутреннего сгорания автомобилей, грузовиков, локомотивов и кораблей ежегодно приводит к преждевременной смерти 800 000 человек от легочных, сердечно-сосудистых и неврологических осложнений. Влияние выхлопных газов автомобилей на сердце и легкие хорошо известно ^{1, 2} . Однако неблагоприятное воздействие этих излучений на мозг и его психологическое воздействие игнорировались. Недавние опросы показывают, что люди, живущие и работающие в районах с интенсивным движением транспортных средств, обычно страдают от сопутствующих психических заболеваний, таких как тревога, депрессия и нарушение обучаемости, что делает загрязнение воздуха выхлопными газами автомобилей значительным фактором поведенческих и когнитивных нарушений ³ . Здесь мы исследовали поведенческие и когнитивные изменения у крыс, вызванные выхлопными газами транспортных средств, с использованием модели имитации воздействия выхлопных газов транспортных средств (SVEE). Это первое систематическое исследование, в котором используется уникальная и очень инновационная модель животных и всесторонне проверяется влияние воздействия выхлопных газов транспортных средств на поведенческие функции и функции памяти у крыс.

  В состав выхлопных газов транспортных средств в основном входят такие газы, как двуокись углерода (CO ₂ ), окись углерода (CO) и двуокись азота (NO ₂ ), а также углеводороды и твердые частицы ^{4, 5} . Из них CO ₂ , CO и NO ₂ являются прооксидантами по своей природе ⁶ . Таким образом, длительное воздействие этих газов может привести к повышению уровня окислительного стресса в организме. Наши предыдущие исследования установили причинно-следственную связь между усилением окислительного стресса в головном мозге и поведенческими, а также когнитивными нарушениями ^7,8,9,10 . Следовательно, возможно, что длительное воздействие прооксидантов из выхлопных газов автомобилей вызывает повышение уровня окислительного стресса в головном мозге, что в конечном итоге приводит к нарушениям поведения и памяти.

  В этом исследовании мы разработали новую модель SVEE (рис. 1). Это первая в своем роде животная модель, представляющая огромную ценность для бихевиористов, токсикологов и психологов. В основном, крысы Sprague Dawley (SD) подвергались: кратковременному воздействию высокой дозы (1:10 разбавление имитируемых выхлопных газов автомобиля к воздуху) и низкодозному длительному воздействию (~1:1000 разведение имитированных автомобильных выхлопов к воздуху) в течение продолжительности две недели. Этот уровень выхлопных газов транспортных средств соответствует ежедневному уровню воздействия выхлопных газов транспортных средств, которому подвергаются люди, живущие в непосредственной близости от автомагистралей в течение примерно 1,5 лет 9.0290 11, 12 . После воздействия был проведен анализ поведенческих функций и памяти для обучения, чтобы определить психологическое воздействие выхлопных газов транспортных средств на крыс.

  Рисунок 1

  Модель устройства для имитации воздействия выхлопных газов автомобиля (SVEE). SVEE состоит из системы облучения всего тела с двумя камерами, оснащенными системами трубок для обеспечения притока и оттока газовых смесей. Есть цилиндр, который содержит смоделированную смесь выхлопных газов автомобиля. Газовая смесь из баллона смешивается с воздухом в смесителе, после чего поток смеси регулируется с помощью регулятора расхода. В этом аппарате крыс подвергали СВЭЭ.

  Полноразмерное изображение

  Результаты

  Кратковременная высокая доза и пролонгированная низкая доза SVEE не изменили массу тела, потребление пищи и воды у облученных крыс

  Масса тела [высокая доза: F(4, 60) = 4,039, p = 0,1025; низкая доза: F(4, 60) = 6,557, p = 0,0626], пища [высокая доза: F(3, 45) = 8,673, p = 0,0546; низкая доза: F(3, 45) = 8,208, p = 0,0587] и потребление воды [высокая доза: F(3, 45) = 6,540, p = 0,0787; низкая доза: F(3, 45) = 1,546, p = 0,3646] между контрольными крысами, подвергавшимися воздействию нормального воздуха (CON), и крысами, подвергшимися воздействию искусственных выхлопных газов транспортного средства (EXP), оставались неизменными после кратковременной высокой дозы и продолжительной SVEE с низкой дозой ( Рис.  2а–е). Это говорит о том, что воздействие выхлопных газов транспортных средств не повлияло на общие параметры организма.

  Рисунок 2

  Общие параметры кузова в соответствии с SVEE. Нет существенной разницы в прибавке веса, высокая доза кратковременная ( и ), низкая доза пролонгированная ( d ) SVEE; прием пищи, кратковременная высокая доза ( b ), пролонгированная низкая доза ( e ) SVEE; прием воды, высокая доза кратковременная ( c ), низкая доза пролонгированная ( f ) SVEE после 2 недель. Значения представляют собой средние значения ± SEM, n = 8 крыс/группу.

  Изображение в натуральную величину

  Кратковременное введение высоких доз и продолжительное воздействие низких доз ЭВЭЭ приводили к усилению тревожноподобного поведения у подвергшихся воздействию крыс

  В тесте открытого поля (OFT) крысы EXP проводили значительно меньше времени в центре по сравнению с крысами CON после краткого SVEE с высокой дозой (рис. 3a, CON: 50,92 ± 2,60, EXP: 44,47 ± 1,43, -12% , p = 0,0429, t = 2,243, df = 16). Аналогичное наблюдение было сделано у крыс EXP после продолжительной SVEE с низкой дозой (рис. 3e, CON: 36,94 ± 1,35, EXP: 32,68 ± 1,19, -11%, p = 0,0270, t = 2,356, df = 24).

  Рисунок 3

  Исследование тревожноподобного поведения ( a – h ) у крыс, подвергшихся кратковременному воздействию высоких доз (( a – d ), n = 9 крыс/группа) и пролонгированная низкая доза ( e – h , n = 13 крыс/группа) 2-недельная SVEE. Тревожноподобное поведение оценивали с использованием открытого поля ( a , e ), приподнятого крестообразного лабиринта ( b , f ), светло-темного ( c , g ) и закапывания в мрамор. ( d , h ) испытания. (*) Достоверно отличается от контроля, p < 0,05, (**) достоверно отличается от контроля p < 0,01. Столбцы представляют собой средние значения ± SEM.

  Полноразмерное изображение

  В тесте с приподнятым крестообразным лабиринтом (EPM) крысы EXP проводили значительно меньше времени в открытых рукавах аппарата EPM по сравнению с крысами CON, следуя обоим кратковременным действиям с высокой дозой (рис. 3b, CON: 109,0). ± 26,22, EXP: 53,0 ± 8,91, –51%, p = 0,0433, t = 2,313, df = 16) и длительная низкая доза (рис. 3f, CON: 81,91 ± 10,29, EXP: 53,00 7,%±9, 6,6 p = 0,0299, t = 2,348, df = 24) SVEE.

  В тесте Light Dark (LD) крысы EXP проводили значительно меньше времени в освещенном отсеке LD-бокса по сравнению с крысами CON после кратковременного воздействия высокой дозы (рис. 3c, CON: 77,57 ± 11,75, EXP: 33,56 ± 90,77, -56%, p = 0,0116, t = 2,901, df = 16) и длительная низкая доза (рис. 3g, CON: 106,7 ± 6,85, EXP: 84,0 ± 8,29, -21%, p = 0,0475, t 2,112, df = 24) SVEE.

  Аналогичным образом, в тесте закапывания мрамора (MB) крысы EXP закапывали значительно большее количество шариков по сравнению с крысами CON после короткой дозы высокой дозы (рис. 3d, CON: 1,75 ± 0,25, EXP: 3,75 ± 0,62, + 114% , p = 0,0255, t = 2,954, df = 16) и пролонгация низкой дозы (рис. 3h, CON: 0,42 ± 0,13, EXP: 1,15 ± 0,19, +173%, p = 20,0045,  3= 1) СВЭЭ.

  Таким образом, как кратковременная высокая доза, так и пролонгированная 2-недельная SVEE с низкой дозой приводили к усилению тревожно-подобного поведения у крыс EXP, что было исследовано с использованием четырех различных параметров тревожно-подобного поведения.

  Кратковременное воздействие высоких доз и продолжительное SVEE с низкими дозами приводило к усилению депрессивного поведения у подвергшихся воздействию крыс

  В тесте принудительного плавания (FST) крысы EXP проводили значительно больше времени в неподвижном состоянии в резервуаре с водой по сравнению с крысами CON, следуя обоим краткосрочная высокая доза (рис. 4a, CON: 27,11 ± 3,02, EXP: 50,17 ± 8,86, +85%, p = 0,0131, t = 2,872, df = 16) и пролонгированная низкая доза (рис. 4b, CON: 32,85 .7±4 , ЭКСПЕРИМЕНТ: 61,08 ± 10,79, +90%, p = 0,0378, t = 2,204, df = 24) SVEE. Это предполагает усиление депрессивного поведения после СНЭЭ.

  Рисунок 4

  Исследование депрессивноподобного поведения ( a , b ) у крыс, подвергшихся краткосрочному воздействию высоких доз ( a , n = 9 крыс/группа) и пролонгированных низких дозах (b, ) = 13 крыс/группа) 2-недельный SVEE. Депрессивноподобное поведение исследовали с помощью теста принудительного плавания. (*) Достоверно отличается от контроля p < 0,05. Столбцы представляют собой средние значения ± SEM.

  Полноразмерное изображение

  Кратковременное высокодозовое и продолжительное низкодозовое SVEE приводило к нарушению памяти у крыс, подвергшихся воздействию Крысы CON в тесте на кратковременную память (STM) (рис. 5a, CON: 0,16 ± 0,16, EXP: 1,5 ± 0,56, + 837%, p = 0,0464, t = 2,272, df = 16) после кратковременного SVEE с высокой дозой. Не было существенной разницы в количестве ошибок между крысами CON и EXP в тесте на долговременную память (LTM) (рис.

  5b, CON: 0,83 ± 0,16, EXP 1,66 ± 0,83, p = 0,4383, t = 0,799, df = 16). После длительной SVEE с низкой дозой крысы EXP сделали больше ошибок в определении местоположения скрытой платформы по сравнению с крысами CON в обоих тестах STM (рис. 5c, CON: 0,69 ± 0,17, EXP: 1,41 ± 0,25, + 104%, p = 0,0280, t = 2,346, df = 24) и тест LTM (рис. 5d, CON: 0,25 ± 0,17, EXP: 1,61± 0,5, +544%, p = 0,0207, t = 2,485, df = 2).
  Рисунок 5

  Исследование функции обучающей памяти у крыс, подвергшихся кратковременному воздействию высоких доз ( a , b ; n = 9 крыс/группу) и пролонгированному воздействию низких доз ( с , д ; n = 13 крыс/группа) 2-недельная SVEE. Кратковременную ( a , c ) и долговременную ( b , d ) память оценивали с использованием 12 испытаний в водном лабиринте с радиальными рукавами (RAWM). Аппарат RAWM показан в виде вставок, содержащих круглый бассейн с 6 плавательными дорожками. (*) Достоверно отличается от контроля p < 0,05. Столбцы представляют собой средние значения ± SEM.

  Изображение полного размера

  Таким образом, кратковременная СВЭЭ в высоких дозах нарушила только кратковременную память у подвергшихся воздействию крыс, однако пролонгированная СВЭЭ в низких дозах привела к ухудшению как краткосрочной, так и долговременной памяти.

  Обсуждение

  В этом исследовании мы изучили нейроповеденческие последствия длительного воздействия прооксидантов в выхлопных газах автомобилей с использованием крысиной модели искусственного воздействия выхлопных газов автомобилей. Во-первых, , смоделированная модель была разработана и оптимизирована для имитации реальных условий воздействия выхлопных газов автомобиля в лабораторных условиях. Выхлопные газы автомобилей в основном состоят из азота (71,5%), кислорода (0,7%), воды (13,1%), CO ₂ (13,5%) и 1,1% опасных загрязняющих веществ, таких как NO 9.0296 2 , CO, углеводороды и твердые частицы ^{4, 5} . Из них CO ₂ , NO ₂ и CO являются прооксидантами по своей природе ⁶ . Поскольку нашей целью было изучить влияние воздействия прооксидантов на поведение и когнитивные функции, в наших исследованиях мы использовали смоделированную смесь прооксидантных газов из выхлопных газов автомобилей. Углеводороды и твердые частицы, присутствующие в выхлопных газах автомобилей, не являются прооксидантами и связаны с необратимыми неблагоприятными последствиями для здоровья, такими как рак, сердечно-сосудистые и респираторные осложнения ^{13, 14} . Таким образом, основным техническим соображением при исключении углеводородов и твердых частиц из нашего состава воздействия было недопущение влияния легочных (астмоподобных состояний) и прораковых эффектов на поведение. Например, мы не сможем определить, не удается ли крысе выполнить задание на запоминание или она избегает движения из-за сильного беспокойства, плохого познания или просто из-за повышенной одышки, вызванной углеводородами/твердыми частицами, или из-за раковой болезни. Следовательно, несмотря на то, что углеводороды и твердые частицы являются опасными составляющими выхлопных газов транспортных средств, наш смоделированный выхлоп состоял из прооксидантных газов, а именно CO ₂ , CO и NO ₂ в концентрациях, присутствующих в выхлопных газах сырого бензина. Приготовленную таким образом смесь затем давали крысам в камерах для воздействия на все тело, в которых поток газов регулировали с оптимальной скоростью, необходимой для вентиляции камер, с помощью модуляторов потока.

  Мы провели наши исследования при двух дозах искусственного выхлопа, так как хотели сравнить изменение реакции на кратковременное воздействие высокой дозы с длительным воздействием низкой дозы. Поэтому использовались разбавления 1:10 (высокая доза) и ~1:1000 (низкая доза) выхлопных газов моделируемого автомобиля воздухом. Воздействие высокой дозы обеспечивалось в течение 30 минут ежедневно (кратковременно), тогда как воздействие низкой дозы обеспечивалось в течение 5 часов ежедневно (длительно). Эти уровни выхлопных газов транспортных средств соответствуют ежедневному уровню воздействия выхлопных газов транспортных средств на людей, живущих в непосредственной близости от автомагистралей ¹¹ . Оба типа исследований проводились в течение 2 непрерывных недель, что является субхронической продолжительностью воздействия на крыс. Сравнимые поведенческие и когнитивные реакции наблюдались у крыс при обеих дозах. Уровни разведения и продолжительность воздействия титровались в нашей лаборатории, а также руководствовались другим опубликованным отчетом ¹⁵ .

  Во-вторых, , никаких изменений в параметрах роста тела, таких как прибавка в весе, потребление пищи и воды, не наблюдалось в течение двух недель воздействия. Таким образом, воздействие прооксидантов в выхлопных газах транспортных средств не изменяет повседневные параметры организма и не вызывает болезненного поведения. В-третьих, , у крыс, подвергшихся воздействию выхлопных газов автомобиля, наблюдалось значительное усиление тревожного поведения. На это указывали тесты, проведенные для измерения тревожноподобного поведения, а именно тесты OFT, LD, EPM и MB. Такое поведение было постоянным в обоих исследованиях, предполагая, что воздействие прооксидантов повышает уровень тревожности у крыс как при кратковременном воздействии высокой дозы, так и при длительном воздействии низкой дозы. Этот эффект также распространялся на поведение, похожее на депрессию, которое наблюдалось у крыс, подвергшихся воздействию имитации выхлопных газов автомобиля в обеих дозах, как показано FST. Один момент, который следует учитывать здесь, заключается в том, что мы использовали модифицированную версию FST, в которой отсутствовал этап предварительного тестирования, когда крыс опускали в заполненный водой цилиндрический резервуар FST на 10 минут перед фактической фазой тестирования. Это было сделано, чтобы избежать влияния стресса, связанного с предтестовой фазой, на другие поведенческие тесты и исключительно для изучения влияния стресса, связанного с SVEE, на поведение и функцию обучения-памяти. Хотя различные группы, в том числе наша собственная, использовали эту версию FST для оценки поведения, похожего на депрессию, и обнаружили, что тест очень чувствителен.0290 16,17,18 , считается, что он имеет ограниченную валидацию в качестве единственного теста для измерения депрессивного поведения в некоторых группах, и поэтому к нему следует относиться с осторожностью.

  Наконец, , воздействие искусственного выхлопа автомобиля также нарушило функцию обучения и памяти у крыс. Крысы, подвергшиеся воздействию выхлопных газов, совершали больше ошибок при поиске скрытой платформы в тесте RAWM, что свидетельствует о нарушении их рабочей памяти. Таким образом, воздействие прооксидантов изменило рабочую память у крыс. Опять же, эти изменения в познании наблюдались при обоих уровнях дозы. Эти наблюдения имеют большое клиническое значение, поскольку эти данные обеспечивают причинно-следственную связь между выбросами транспортных средств и нейроповеденческими и когнитивными нарушениями. Это критически важная информация, учитывая ограниченные знания о негативном воздействии и неблагоприятном воздействии выбросов транспортных средств на мозг и их психологических последствиях. Это также требует внимания к людям, живущим и работающим в районах с интенсивным движением транспортных средств, которые могут быть подвержены развитию беспокойства, депрессии и нарушениям обучающей памяти.

  Механистическая основа этих поведенческих и когнитивных изменений не совсем ясна, однако молекулярные изменения в префронтальной коре головного мозга, гиппокампе и миндалевидном теле кажутся правдоподобными. Предыдущие исследования нашей лаборатории выявили причинно-следственную связь между повышением уровня окислительного стресса и последующим накоплением свободных радикалов в префронтальной коре, гиппокампе и миндалевидном теле, а также поведенческими и когнитивными нарушениями ^{7, 9} . Известно, что префронтальная кора и гиппокамп регулируют рабочую память и познание ^{19, 20} , тогда как миндалевидное тело, как сообщается, играет значительную роль в регулировании эмоций ^{21, 22} . Таким образом, возможно, что повышенные уровни свободных радикалов в этих областях запускают нижестоящие молекулярные пути, которые впоследствии приводят к поведенческим и когнитивным изменениям (рис. 6). Будущие исследования подтвердят роль окислительного стресса в поведенческих и когнитивных изменениях, вызванных SVEE.

  Рисунок 6

  Схематическое изображение событий, потенциально ответственных за поведенческие и когнитивные нарушения, вызванные SVEE.

  Изображение в полный размер

  В заключение, наше исследование предлагает новую и актуальную модель для исследования влияния длительного воздействия прооксидантов в выхлопных газах автомобилей на крыс в лабораторных условиях. Нами установлено, что длительная СВЭЭ приводит к усилению тревожно-депрессивного поведения и нарушению функции памяти. Это первое доклиническое исследование, в котором сообщается о поведенческих и когнитивных нарушениях в ответ на физиологически значимую дозу воздействия прооксиданта-носителя. Эта инновационная модель может использоваться не только для изучения поведенческих и психологических эффектов различных лабораторных симуляций, но и для исследования основных нейробиологических механизмов. Наша гипотеза состоит в том, что поведенческие и когнитивные изменения, вызванные SVEE, являются следствием вызванного SVEE увеличения окислительного стресса в головном мозге.

  Методы

  Схема эксперимента

  Взрослые самцы крыс SD (225–250   г, возраст 10–12 недель) были разделены на 2 группы: контроль (CON): подвергались воздействию нормального воздуха; и подвергается воздействию (EXP): подвергается воздействию имитируемых выхлопных газов автомобиля. Было проведено два независимых исследования отдельно для измерения эффекта двух разных доз SVEE:

  • Кратковременное воздействие высокой дозы: 1:10 разведение выхлопных газов в течение 2 недель, ежедневно 30 мин

  • Продолжительное воздействие низкой дозы: ~1:1000 разведение выхлопных газов в течение 2 недель, ежедневно 5 часов

  Целью использования двух уровней доз выхлопных газов транспортных средств было сравнение того, различаются ли поведенческие и когнитивные изменения, вызванные SVEE, в зависимости от того, происходит ли ежедневное воздействие высокой дозы в течение более короткого времени (1:10, 30 мин) или низкой дозы. но большая продолжительность (~1:1000, 5 ч). Как в исследованиях кратковременного воздействия высоких доз, так и в исследованиях длительного воздействия низких доз были контрольная и экспериментальная группы. Оба исследования были проведены трижды по отдельности, чтобы подтвердить воспроизводимость поведения, вызванного SVEE, и дефицита обучающей памяти. Каждое исследование начиналось с 1-недельной акклиматизации, за которой следовало 2-недельное воздействие выхлопных газов автомобиля/нормального воздуха, и, наконец, следовал поведенческий и когнитивный анализ для оценки тревожного, депрессивного поведения и нарушения памяти при обучении (дополнительный рисунок S1). .

  Модель воздействия выхлопных газов автомобиля (SVEE)

  Крыс SD содержали в стандартных клетках в помещении для грызунов с климат-контролем при 12-часовом цикле свет/темнота с пищей и водой ad libitum . Эксперименты проводились в соответствии с рекомендациями NIH с использованием протоколов, одобренных Комитетом по уходу и использованию животных Университета Хьюстона. Аппарат для экспонирования S , имитирующий V ehicle E xhaust E , состоял из двух воздухонепроницаемых камер, в каждой из которых могло разместиться 3–5 крыс (CH Technologies, Нью-Джерси, США). Количество крыс, содержащихся в клетке в помещении для содержания грызунов, было равно количеству крыс, содержащихся в камере аппарата во время воздействия. Каждая камера была снабжена системой трубок для обеспечения притока и оттока газовых смесей (рис. 1). Регулируемый клапан позволял смешивать ядовитые газы с воздухом. Регулятор расхода отображал расход газовой смеси, поступающей в камеры. Смоделированная смесь прооксидантных газов была получена от Scott Specialty Gases (SCOTT ^ТМ ). Состав смеси был основан на опасных компонентах, обнаруженных в выхлопных газах неочищенного бензина (13% CO ₂ , 1000 частей на миллион NO ₂ и 0,68% CO в воздухе) ^{4, 5} , и был дополнительно разбавлен до 1: 10 (высокая доза) или ~1:1000 (низкая доза) с воздухом. Эта смесь не содержала никаких твердых частиц или углеводородов. В зависимости от типа исследования, крысы EXP подвергались искусственному истощению высокого/низкого уровня в течение 30 минут/5 часов ежедневно в течение 2 недель соответственно. Важным аспектом этой модели является то, что используемый здесь режим сравним с ежедневным воздействием уровней выхлопных газов в зонах с интенсивным движением и в аэропортах с максимальными выбросами выхлопных газов ^{11, 23} . Группы CON подвергались воздействию обычного воздуха (используемого в качестве основы для выхлопной смеси) в течение той же продолжительности.

  Общие параметры тела

  Массу тела, потребление пищи и воды крыс контролировали в течение всего периода воздействия, чтобы определить влияние SVEE на общие параметры организма.

  Поведенческий и когнитивный анализ

  Все поведенческие тесты и тесты функции памяти для обучения проводились вслепую в порядке, указанном на дополнительном рисунке S1.

  Тесты на тревожное поведение

  Сначала был проведен тест в открытом поле, а затем тесты в приподнятом крестообразном лабиринте, светлой темноте и закапывании в мрамор, как ранее опубликовано нашей лабораторией ^{8, 24} .

  Тест открытого поля (OFT)

  Каждую крысу помещали на 15 мин в аппарат OFT, который состоял из открытой арены (17,5″ × 17,5″), окруженной прозрачными стенками из плексигласа. Крысу помещали в центр арены и давали ей свободно перемещаться по арене в течение 15 минут, при этом ее движение регистрировали с помощью датчиков инфракрасного света, как было опубликовано ранее 9.0290 24 . Время, проведенное в центре арены, анализировалось и сообщалось в процентах. Снижение процента времени пребывания в центре является показателем тревожноподобного поведения.

  Тест с приподнятым крестообразным лабиринтом (EPM)

  Каждую крысу помещали на аппарат EPM, который состоял из четырех рук (двух открытых и двух закрытых), пересекающихся таким образом, что создавалась крестообразная форма на высоте ^{8, 10} . Движение крысы между руками регистрировали в течение 5 мин. Сокращение времени, проведенного крысой в открытом рукаве, свидетельствует о тревожном поведении.

  Светотемновой (LD) тест

  Каждую крысу помещали на 5 мин в LD бокс, состоящий из двух отсеков: освещенного отсека и темного отсека, разделенных одной перегородкой с отверстием для облегчения перемещения между отсеками ¹⁰ . Фиксировалось время нахождения в освещенном помещении. Меньшее время, проведенное в освещенном отсеке, предполагает усиление тревожного поведения.

  Тест закапывания шариков (MB)

  Каждую крысу помещали в клетку с шариками на подстилке на 30 мин. Крысы с более высоким уровнем тревожности склонны к копанию, что приводит к большему количеству закопанных шариков. Следовательно, чем больше закопанных шариков, тем выше тревожное поведение ²⁵ .

  Тесты на депрессивно-подобное поведение

  Тест принудительного плавания (FST) использовали для оценки депрессивно-подобного поведения у крыс. Тест был проведен в соответствии с ранее опубликованным нашей лабораторией ²⁴ . Каждую крысу помещали в цилиндрический резервуар с водой на 5 мин. Время, проведенное в неподвижном состоянии, является показателем депрессивного поведения. Чем больше времени крыса проводит в неподвижности, тем больше у нее депрессивного поведения ²⁴ .

  Тесты функции обучения и памяти

  Тест в водном лабиринте с лучевым рукавом (RAWM) был проведен для оценки функции обучения и памяти. Тесты на кратковременную и долговременную память проводились, как описано в наших предыдущих публикациях ^{24, 26} . Большее количество ошибок при обнаружении скрытой платформы свидетельствует о нарушении памяти.

  Статистический анализ

  Все значения были выражены как среднее  ± SEM. Значимость определяли с помощью t-критерия Стьюдента (GraphPad Software, Inc., Сан-Диего, Калифорния), поскольку все сравнения проводились между двумя независимыми группами (CON и EXP). Для общих измерений тела, когда параметры измерялись у одних и тех же крыс в разные промежутки времени; был проведен тест повторных измерений ANOVA для сравнения параметров со временем и группой в качестве факторов. Значение p < 0,05 считалось значимым.

  Соответствие этическим стандартам

  Все исследования на животных проводились в соответствии с рекомендациями NIH с использованием протоколов, одобренных Комитетом по уходу и использованию животных Университета Хьюстона. Рукопись не содержит клинических исследований или данных пациентов.

  Ссылки

  1. Харкема, Дж. Р. и др. . Влияние концентрированных частиц окружающей среды и выхлопных газов дизельного двигателя на аллергические заболевания дыхательных путей у крыс Brown Norway. Отчет об исследовании , 5–55 (2009).

  2. Лунд, А. К. и др. . Выбросы выхлопных газов бензина индуцируют пути ремоделирования сосудов, связанные с атеросклерозом. Токсикол. науч. 95 , 485–494, doi:10.1093/toxsci/kfl145 (2007).

     КАС Статья пабмед Google ученый

  3. Adler, B. Загрязнение воздуха также может подорвать ваше психическое здоровье. Крупа http://grist.org/climate-energy/air-pollution-can-wreck-your-mental-health-too/, doi: 24-10-2013 (2013).

  4. Вора К. Источники автомобильных выбросов и влияние на здоровье. Slideshare-Автомобильное топливо и выбросы https://www.slideshare.net/KamalVora1/dr-vora-ppt-chapter-1-emission-sources/, doi:20-11-2012 (2012).

  5. Эллиот, М. А., Небель, Г. Дж. и Раунд, Ф. Г. Состав выхлопных газов автобусов с дизельным, бензиновым и пропановым двигателем. J Ассоциация по борьбе с загрязнением воздуха 5 , 103–108 (1955).

     КАС Статья Google ученый

  6. Вестерхольм, Р. и Эгебак, К. Э. Выбросы выхлопных газов легковых и грузовых автомобилей: химический состав, влияние выхлопных газов после обработки и параметры топлива. Перспектива охраны окружающей среды 102 (Приложение 4), 13–23 (1994).

     КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  7. Салим, С. и др. . Потенциальный вклад окислительного стресса и воспаления в тревогу и гипертонию. Мозг Res. 1404 , 63–71, doi:10.1016/j.brainres.2011.06.024 (2011).

     КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  8. Vollert, C. и др. . Упражнения предотвращают тревожное поведение крыс, связанное с лишением сна: потенциальная роль механизмов окислительного стресса. Поведение мозга Res 224 , 233–240, doi:10.1016/j.bbr.2011.05.010 (2011).

     КАС Статья пабмед Google ученый

  9. Аллам, Ф. и др. . Добавка с виноградным порошком предотвращает тревожное поведение, вызванное окислительным стрессом, ухудшение памяти и высокое кровяное давление у крыс. Дж. Нутр. 143 , 835–842, дои: 10.3945/jn.113.174649 (2013).

     КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  10. Салим С. и др. . Умеренные упражнения на беговой дорожке предотвращают тревожное поведение крыс, вызванное окислительным стрессом. Поведение мозга Res 208 , 545–552, doi:10.1016/j.bbr.2009.12.039 (2010).

      КАС Статья пабмед Google ученый

  11. «>

      Барбоза, Т. Монитор качества воздуха возле I-5 в Анахайме обнаружил более высокий уровень загрязнения. Лос-Анджелес. Лос-Анджелес Таймс http://www.latimes.com/science/la-me-freeway-air-20140515-story.html, doi:14-05-2014 (Лос-Анджелес, 2014 г.).

  12. Сенгупта, П. Лабораторная крыса: связь ее возраста с человеческим. Int J Prev Med 4 , 624–630 (2013).

      ПабМед ПабМед Центральный Google ученый

  13. Бортей-Сэм, Н. и др. . Уровни, потенциальные источники и риск для здоровья человека полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в твердых частицах (ТЧ) в Кумаси, Гана. Environ Sci Pollut Res Int doi:10.1007/s11356-014-4022-1 (2015).

  14. Карими П., Петерс К.О., Бидад К. и Стрикленд П.Т. Полициклические ароматические углеводороды и детская астма. евро. J. Epidemiol ., doi:10.1007/s10654-015-9988-6 (2015).

  15. Win-Shwe, T.T., Yamamoto, S., Fujitani, Y., Hirano, S. & Fujimaki, H. Дизельный выхлоп, богатый наночастицами, влияет на зависимое от гиппокампа пространственное обучение и экспрессию субъединиц рецептора NMDA у самок мышей. Нанотоксикология 6 , 543–553, doi:10.3109/17435390.2011.590904 (2012).

      КАС Статья пабмед Google ученый

  16. Кастро, Дж. Э. и др. . Роль миндалевидного тела в антидепрессантном влиянии на пролиферацию и выживание клеток гиппокампа, а также на депрессивное поведение у крыс. PloS один 5 , e8618, doi:10.1371/journal.pone.0008618 (2010).

      ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  17. «>

      Соланки, Н., Сальви, А., Патки, Г. и Салим, С. Модулирование окислительного стресса облегчает вызванные стрессом поведенческие и когнитивные нарушения у крыс, Int. Дж. Нейропсихофармакол . doi: 10.1093/ijnp/pyx017 (2017).

  18. Waters, P. & McCormick, C.M. Предостережения относительно хронического экзогенного лечения кортикостероном у крыс-подростков и влияние на тревожно-подобное и депрессивное поведение и функцию гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси. Биол Тревожное расстройство настроения 1 , 4, doi:10.1186/2045-5380-1-4 (2011).

      КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  19. Престон А. Р. и Эйхенбаум Х. Взаимодействие гиппокампа и префронтальной коры в памяти. Курс. биол. 23 , R764–773, doi:10.1016/j.cub.2013.05.041 (2013).

      КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  20. «>

      Кортни С. М., Пети Л., Хаксби Дж. В. и Унгерлейдер Л. Г. Роль префронтальной коры в рабочей памяти: изучение содержимого сознания. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 353 , 1819–1828, doi: 10.1098 / rstb.1998.0334 (1998).

      КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  21. Фелпс, Э. А. и Леду, Дж. Э. Вклад миндалевидного тела в обработку эмоций: от моделей животных до поведения человека. Нейрон 48 , 175–187, doi:10.1016/j.neuron.2005.09.025 (2005).

      КАС Статья пабмед Google ученый

  22. Шин Л. М. и Либерзон И. Нейросхемы страха, стресса и тревожных расстройств. Нейропсихофармакология 35 , 169–191, doi:10.1038/npp.2009.83 (2010).

      Артикул пабмед Google ученый

  23. «>

      Шленкер В. и Уокер Р. Аэропорты, загрязнение воздуха и современное здоровье. Rev Econ Шпилька 83 (2), 768–809, doi:10.1093/restud/rdv043 (2016).

      MathSciNet Статья Google ученый

  24. Патки, Г., Соланки, Н., Атроз, Ф., Аллам, Ф. и Салим, С. Депрессия, тревожное поведение и ухудшение памяти связаны с повышенным окислительным стрессом и воспалением в крысиной модели социальный стресс. Мозг Res 1539 , 73–86, doi:10.1016/j.brainres.2013.090,033 (2013).

      КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  25. Дикон, Р. М. Выкапывание и закапывание мрамора у мышей: простые методы идентификации биологического воздействия in vivo. Нац. протокол 1 , 122–124, doi:10.