Toxicological ReviewToxicological ReviewТоксикологический вестник0869-7922Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman65979310.47470/0869-7922-2025-33-1-5-16iwwzjbPreventive toxicologyПрофилактическая токсикологияResearch ArticleAssessment of the safety of short-term exposure of peat thermal degradation products in sublethal concentrations on ratsОценка безопасности кратковременного воздействия продуктов термодеструкции торфа в сублетальных концентрациях на белых крысhttps://orcid.org/0000-0003-1052-4601SosedovaLarisa M.СоседоваЛариса Михайловна

Doctor of Medical Sciences, Professor, Leading Researcher, Head of the Laboratory of Biomodeling and Translational Medicine, East Siberian Institute of Medical and Ecological Research, Angarsk, 665826, Russian Federation

e-mail: sosedlar@mail.ru

Доктор мед. наук, профессор, ведущий научный сотрудник, заведующая лабораторией биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований», 665827, Ангарск, Россия

e-mail: sosedlar@mail.ru

sosedlar@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8165-8052VokinaVera A.ВокинаВера Александровна

Candidate of Biological Sciences, Senior Researcher at the Laboratory of Biomodeling and Translational Medicine, East Siberian Institute of Medical and Ecological Research, Angarsk, 665827, Russian Federation

e-mail: vokina.vera@gmail.com

Кандидат биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований», 665827, Ангарск, Россия

e-mail: vokina.vera@gmail.com

vokina.vera@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0665-8060TitovEvgeniy A.ТитовЕвгений Алексеевич

Candidate of Biological Sciences, Senior Researcher at the Laboratory of Biomodeling and Translational Medicine, East Siberian Institute of Medical and Ecological Research, Angarsk, 665826, Russian Federation

e-mail: g57097@yandex.ru

Кандидат биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований», 665826, Ангарск, Россия

e-mail: g57097@yandex.ru

g57097@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6100-6292NovikovMikhail A.НовиковМихаил Александрович

Candidate of Biological Sciences, Senior Researcher at the Laboratory of Biomodeling and Translational Medicine, East Siberian Institute of Medical and Ecological Research, Angarsk, 665827, Russian Federation

e-mail: novik-imt@mail.ru

Кандидат биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований», 665827, Ангарск, Россия

e-mail: novik-imt@mail.ru

novik-imt@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9406-5424TyutrinaVera A.ТютринаВера Александровна

Candidate of Pharmaceutical Sciences, Researcher at the Laboratory of Biomodeling and Translational Medicine, East Siberian Institute of Medical and Ecological Research, 665826, Angarsk, Russian Federation

e-mail: tyutrina.v.a@yandex.ru

Кандидат фарм. наук, научный сотрудник лаборатории биомоделирования и трансляционной медицины ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований», 665826, Ангарск, Россия

e-mail: tyutrina.v.a@yandex.ru

tyutrina.v.a@yandex.ruFederal State Budgetary Scientific Institution “East Siberian Institute of Medical and Ecological Research”ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований»Federal State Budgetary Scientific Institution “East Siberian Institute of Medical and Ecological Research”ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований»ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований»25022025331NO1 (2025)№1 (2025)51620022025Copyright ©; 2025, Sosedova L.M., Vokina V.A., Titov E.A., Novikov M.A., Tyutrina V.A.Copyright ©; 2025, Соседова Л.М., Вокина В.А., Титов Е.А., Новиков М.А., Тютрина В.А.2025Sosedova L.M., Vokina V.A., Titov E.A., Novikov M.A., Tyutrina V.A.Соседова Л.М., Вокина В.А., Титов Е.А., Новиков М.А., Тютрина В.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.eco-vector.com/0869-7922/article/view/659793

Introduction. The lack of information about the health safety of firefighters and those taking part in extinguishing landscape fires from short-term exposure to sublethal concentrations of carbon monoxide determines the relevance of this work.

Material and methods. The study on rats used methods for assessing the state of the central nervous system, including behavioral tests, electroencephalography, morphology of the cerebral cortex, cardiac tissue, testes and liver. Chemical research methods included the determination of the content of CO and PM2.5 in the air of the exposure chamber. Genotoxicity on blood cells was determined by the DNA comet method.

Results. The experiment showed that exposure to peat smoke with a level of CO=99±2.5 mg/m3 and PM2.5=0.72±0.3 mg/m3 for 30 minutes had no pronounced adverse effect on male rats. The results of studying the motor research behavior of animals, EEG parameters, the structure of cardiomyocytes, epicardium, myocardium and pericardium did not differ from those in control rats. In the tissue of the sensorimotor cortex of the rats of the experimental group, an increase in the number of acts of neuronophagy was revealed, and in the liver tissue – a decrease in the number of polynuclear hepatocytes. In animals exposed to peat smoke, a decrease in the spermatogenesis index was revealed, which demonstrates a violation of the formation of germ cells of the final stages of spermatogenesis. No genotoxic effect was detected. Collectively, the identified changes may indicate a compensatory reaction of the rat body when ingested with toxicants.

Conclusion. The toxicity of a multicomponent mixture of forest biomass combustion products with short-term exposure, containing a CO concentration of 100 mg/m3, may be underestimated when predicting long-term effects on the reproductive potential of the adult population.

Limitation. It is caused by a number of uncertainties related to insufficient information about the short-term effects of high concentrations of CO and solid particles PM2.5 in the smoke of landscape fires on the nervous, reproductive, genome/epigenome system of male rats.

Compliance with ethical standards. The study was carried out in accordance with the rules of bioethics approved by the European Convention for the Protection of Vertebrates Used for Experimental and Other Purposes and approved by the Local Independent Ethical Committee of the Federal State Budgetary Scientific Institution “East Siberian Institute of Medical and Ecological Research” (Protocol No. 32 of 10.01.2023).

Author contribution: Sosedova L.M. – concept, literature search, writing, article design, responsibility for the integrity of all parts of the article; Vokina V.A. – concept, literature search, conducting an experiment, writing, statistical processing, editing an article; Titov E.A., Novikov M.A., Tyutrina V.A. – collection and processing of material, statistical analysis. All co-authors – approval of the final version of the article.

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgment. Thework was carried out according to the research plan within the framework of the state assignment.

Received: July 19, 2024 / Revised: November 2, 2024/ Accepted: December 18, 2024 / Published: February 25, 2025

Введение. Отсутствие сведений о безопасности для здоровья пожарных и принимающих участие в тушении ландшафтных пожаров при кратковременном воздействии сублетальных концентраций монооксида углерода определяет актуальность настоящей работы.

Материал и методы. В исследовании на крысах использованы методы оценки состояния ЦНС, включающие поведенческие тесты, электроэнцефалографию, морфологию коры головного мозга, сердечной ткани, семенников и печени. Химические методы исследования включали определение содержания в воздухе экспозиционной камеры СО и PM2,5. Генотоксичность на клетках крови определяли методом ДНК-комет.

Результаты. В проведённом эксперименте показано, что воздействие торфяного дыма с уровнем СО = 99 ± 2,5 мг/м3 и PM2,5 = 0,72 ± 0,3 мг/м3 в течение 30 мин не оказывает выраженного неблагоприятного воздействия на крыс-самцов. Результаты изучения двигательно-исследовательского поведения животных, показатели ЭЭГ, структура кардиомиоцитов, эпикарда, миокарда и перикарда не отличались от таковых у контрольных крыс. В ткани сенсомоторной коры головного мозга крыс опытной группы выявлено повышение числа актов нейронофагии, а в ткани печени – снижение числа полиядерных гепатоцитов. У животных, подвергавшихся воздействию продуктов деструкции торфяного дыма, выявлено снижение индекса сперматогенеза, что демонстрирует нарушение процессов образования половых клеток конечных стадий сперматогенеза. Генотоксический эффект не был обнаружен. В совокупности выявленные изменения могут свидетельствовать о компенсаторной реакции организма крыс при попадании токсикантов.

Обсуждение. Токсичность многокомпонентной смеси продуктов сгорания лесной биомассы при кратковременном воздействии, содержащей CO в концентрации 100 мг/м3, может быть недооценена при прогнозировании долгосрочного воздействия на репродуктивный потенциал взрослого населения.

Ограничение исследования. Оно обусловлено рядом неопределённостей, связанных с недостаточными сведениями о краткосрочном воздействии высоких концентраций СО и твёрдых частиц РМ2,5 в составе дыма ландшафтных пожаров на нервную, репродуктивную системы, систему геном/эпигеном крыс-самцов.

Заключение. Токсичность многокомпонентной смеси продуктов горения лесной биомассы при кратковременном воздействии, содержащей при этом концентрацию СО 100 мг/м3, может быть недооценена при прогнозировании отдаленных эффектов на репродуктивный потенциал взрослого населения.

Соблюдение этических стандартов. Исследование выполнено в соответствии с правилами биоэтики, утвержденными Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других целей и одобрено Локальным независимым этическим комитетом ФГБНУ ВСИМЭИ (Протокол № 32 от 10.01.2023г.).

Участие авторов: Соседова Л.М. – концепция, поиск литературы, написание, структурирование статьи, ответственность за целостность всех частей статьи; Вокина В.А. – концепция, поиск литературы, проведение эксперимента, статистическая обработка, написание текста, редактирование; Титов Е.А., Новиков М.А., Тютрина В.А. – сбор и обработка материала, статистический анализ. Все соавторы – утверждение окончательного варианта статьи.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование. Работа выполнялась по плану НИР в рамках государственного задания.

Поступила в редакцию: 19 июля 2024 / Поступила после доработки: 02 ноября 2024 / Принята в печать: 18 декабря 2024 / Опубликована: 25 февраля 2025

landscape fireswhite ratstoxicitycarbon monoxideEEGhistologyландшафтные пожарыбелые крысытоксичностьмонооксид углеродаЭЭГгистологияAustin C.C., Wang D., Ecobichon D.J., Dussault G. Characterization of volatile organic compounds in smoke at experimental fires. J Toxicol Environ Health A. 2001; 63(3): 191–206. https://doi.org/10.1080/15287390151101547Simoneit B.R.T. Biomass burning: A review of organic tracers for smoke from incomplete combustion. Applied Geochemistry. 2002; 17: 129–62. https://doi.org/10.1016/S0883-2927(01)00061-0Naeher L.P., Brauer M., Lipsett M., Zelikoff J.T., Simpson C.D., Koenig J.Q., Smith K.R. Woodsmoke health effects: A review. Inhalation Toxicology. 2007; 19(1): 67–106.Singh D., Tassew D.D., Nelson J., Chalbot M.G., Kavouras I.G., Tesfaigzi Y.J., et al. Physicochemical and toxicological properties of wood smoke particulate matter as a function of wood species and combustion condition. J Hazard Mater. 2023; 441: 129874. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.129874Szramowiat-Sala K., Korzeniewska A., Sornek K., Marczak M., Wieronska F., Berent K., et al. The properties of particulate matter generated during wood combustion in in-use stoves. Fuel. 2019; 253: 792–801. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.05.026World Health Organization. (2021). WHO global air quality guidelines: particulate matter (PM2.5 and PM10), ozone, nitrogen dioxide, sulfur dioxide and carbon monoxide. World Health Organization. License: CC BY-NC-SA 3.0 IGO. https://iris.who.int/handle/10665/345329Kulikov A.V., Tikhonova M.A., Kulikov V.A. Automated measurement of special preference in the open field test with transmitted lighting. J. Neurosci. Meth. 2008; 170: 345–51. https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2008.01.024Durnev A.D., Zhanataev A.K., Anisina E.A., et al. Application of the method of alkaline gel electrophoresis of isolated cells to assess the genotoxic properties of natural and synthetic compounds: method. Recommendations [Primenenie metoda shchelochnogo gel'-elektroforeza izolirovannyh kletok dlya ocenki genotoksicheskih svojstv prirodnyh i sinteticheskih soedinenij: metod. rekomendacii. Utv. RAMN i RASN]. Moscow; 2006. (in ussian)Дурнев А.Д., Жанатаев А.К., Анисина Е.А. и др. Применение метода щелочного гель-электрофореза изолированных клеток для оценки генотоксических свойств природных и синтетических соединений: метод. рекомендации. Утв. РАМН и РАСН. М.: 2006.Kosov V.I., Myakov S.B. Peat fires: geoecological problems, technosphere safety [Torfyanye pozhary: geoekologicheskie problemy, tekhnosfernaya bezopasnost']. St. Petersburg: Publishing House of the Polytechnic University. 2012; 316.Косов В.И., Мяков С.Б. Торфяные пожары: геоэкологические проблемы, техносферная безопасность. Санкт-Петербург: Изд-во Политехнического ун-та, 2012; 316.Reinhardt T.E., Ottmar R.D. Baseline measurements of smoke exposure among wildland firefighters. Journal of occupational and environmental hygiene. 2004; 1(9): 593–606. https//doi.org/10.1080/15459620490490101Reisen F., Meyer C.P., Weston C.J., Volkova L. Ground-based field measurements of PM2.5 emission factors from flaming and smoldering combustion in eucalypt forests. J. Geophys. Res. 2018; 123: 8301–14. https://doi.org/10.1029/2018JD028488Reisen F., Brown S.K. Implications for community health from exposure to bushfire air toxics. Environmental Chemistry. 2006; 3: 235–43. https://doi.org/10.1071/EN06008Reisen F., Hansen D., Meyer C.P. Exposure to bushfire smoke during prescribed burns and wildfires: firefighters’ exposure risks and options. Environ Int. 2011; 37(2): 314–21. https://doi.org/10.1016/j.envint.2010.09.005McCammon J.B., McKenzie L. Wildland firefighter-managed carbon monoxide (CO) exposure monitoring. (Health hazard evaluation report 98-0173-2782). Environment, C.D.o.P.H.a., Editor. 2000.Orlovskij S.N., Caj Yu.T. Exposure to temperature and harmful gases on a wildland firefighter. Vestnik KrasGAU. 2016; 10: 126–32.Орловский С.Н., Цай Ю.Т. Воздействие температуры и вредных газов на лесного пожарного. Вестник КрасГАУ. 2016; 10: 126–32.