facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Page translation
 

SUBACUTE EXPOSURE TO TOLUENE CHANGES THE SPATIAL MEMORY IN RATS

SUBACUTE EXPOSURE TO TOLUENE CHANGES THE SPATIAL MEMORY IN RATS
Vokina Vera, postgraduate student

Russian Academy of Medical Sciences - Siberian branch - Federal State Budgetary Establishment "Research Institute of Occupational Medicine and Human Ecology", Russia

Championship participant: the National Research Analytics Championship - "Russia";

Toluene is a major component of numerous commercial organic solvent formulations. We have investigated the effect of an inhalation exposure of 150 ppm for 4 weeks (4 h/day, 5 days/week), followed by a postexposure period of at least 4 weeks, on rat behavior in a Morris swim maze.  Toluene-exposed rats showed significantly increases latency to the platform. The present results indicate that exposure to low concentrations of toluene leads to persistent effects on cognitive properties in the rat.

Keywords: toluene exposure, organic solvent,behavior,spatial memory, rats.

Toluene is an aromatic volatile organic compound that is one of the most commonly used substances in industry and commerce. Toluene is a constituent of gasoline, and is present in numerous other consumer products including glues, cleaning products and oil-based paints [9]. Because of the large volume of use and ubiquitous exposure, it is important to develop an accurate understanding of the risks of exposure to toluene.Occupational exposure to organic solvent vapors may cause long-term functional disturbances in the central nervous system (CNS) known as the solvent syndrome. Impaired learning ability and memory, and changes in the sphere of emotions are the main characteristics of the syndrome [1,3,7]. Number of studies demonstrated that toluene have effects to central nervous system depressants [4,6] but little data exists that assesses subacute low-level toluene’s effects on cognitive functions, which promise to expand understanding of toluene’s diverse central toxicity.The aim of our experiment was to find out whether inhalation exposure to toluene may lead to long-term changes in the behavior of rat in Morris water maze.

Material and methods. Adult Wistar male rats were used in our experiment. The animals were kept in single breeding cages under standard conditions (12h/12h light on/dark cycle, 22oC-24oC temperature, 50–60% relative humidity). Water and standard food were accessible to the animals ad libitum. The rats were exposed to toluene in 0.2m3 chambers during 4 weeks (5 days/week, 4 h/day). During the exposure, neither food nor water was accessible to the animals. Morris water maze was used as the basis for assessing the effects of toluene exposure on navigating learning and spatial memory. The maze was a circular 150-cm diameter swimming pool made of white PVC and filled 30-cm deep with 26 ±1 °C water. An18-cm diameter white PVC platform was submerged 1.5 cm under the water surface level. Diffuse ceiling lighting provided additional illumination (≈6.5 lux at the surface of the pool).

The rats were brought to a waiting room at least 30 min before the experiments and were kept in holding cages shortly before testing. At the beginning of each trial, they were individually placed into the pool facing the wall. Within 2 days each animal 4 times placed in a water waze and registered latency to the platform, once on the platform, it was left there for 60 s. After four trials each day, the rats were dried with paper towels and heated by two 75-W light bulbs. Testing took place during the day-time between 9.00 and 17.00 hours.

Paired comparisons between independent groups were done by means of the Mann–Whitney U test. All statistical analyses were done using the Statistiсa program (StatSoft, version 6.0.).

Results. As shown in Table 1, toluene at 150 ppm produced a significantly increases latency to the platform.  The median (LQ;UQ) time of search of the platform  in control and toluene-treated rats were 43,5 (32,8; 65,5)s and 70,5 (40,0; 84,5)s, respectively. At testing in 24 hours significant differences between groups were not recorded.

Table 1

Latency to the platform in Morris maze of rats exposed to toluene

 

Latency to the platform, s

 

First testing

Testing in 24 hours

No exposure

43,5 (32,8;65,5)

32,3 (20,0; 45,8)

Toluene exposure

70,5 (40,0;84,5)*

40,3 (23,8;70,0)

Note. *p ‹ 0.05

Thus, our results show that water maze tasks after prolonged toluene exposure at 150 ppm failed to show reliable impairments in spatial and working memory of rats. We assume that in a basis of observable infringements changes lay multiple neurotransmitter systems modulated by toluene exposure. Though the dopaminergic system appears to be a natural site of action for toluene [2,8], given its abuse potential, reported psychotic symptomatology, and parkinsonian symptoms in chronic abusers, a number of features suggest that independent cholinergic pathways may also be important in understanding the neural mechanisms of toluene’s CNS effects [5]. The mechanisms underlying these differences are the matter of ongoing investigation.

References:

  1. Beasley T.E., Evansky P.A., Gilbert M.E., Bushnell P.J. Behavioral effects of subchronic inhalation of toluene in adult rats. Neurotoxicol. Teratol. 2010, vol. 32(6). P. 611-619.
  2. Berenguer P., Soulage C., Perrin D., Pequignot J.-M., Abraini J.H.Behavioral and neurochemical effects induced by subchronic exposure to 40 ppm toluene in rats. Pharmacology Biochemistry and Behavior. 2003, vol. 74(4). P. 997–1003.
  3. Bukowski A, Sargent EV, Pena BM. Evaluation of the utility of a standard history questionnaire in assessing the neurological effects of solvents. Am. J. Ind. Med. 1992,  vol.22. P. 337–345.
  4. Bushnell P. J., Oshiro W.M., Samsam T.E., Benignus V. A., Krantz Q. T., KenyonE.M. A Dosimetric Analysis of the Acute Behavioral Effects of Inhaled Toluenein Rats. Toxicol. Sci.2007,vol. 99(1). P.181-189.
  5. Eisenberg D.P. Neurotoxicity and Mechanism of Toluene Abuse. Einstein Quart. J. Biol. Med. 2003, vol. 19. P.150-159.
  6. Eller N., Netterstrem B., Laursen P. Risk of chronic effects on the central nervous system at low toluene exposure. Occup. Med. 1999, vol. 49(6). P. 389-395.
  7. Gupta B.N., Kumar P., Srivastava K. An investigation of the neurobehavioral effects on workers exposed to organic solvents. J. Soc. Occup. Med. 1990, vol.10. P. 94–99.
  8. Lo P.S., Wu C.Y., Sue H.Z., Chen H.H. Acute neurobehavioral effects of toluene: involvement of dopamine and NMDA receptors. Toxicology. 2009, vol.265 (1-2). P.34-40.
  9. Schaumburg, H.H. Toluene. In: Experimental and Clinical Neurotoxicology. Spencer, P.S. and Schaumburg, H.H. (eds.), Oxford University Press, New York. 2000. P. 1183-1189.
0
Your rating: None Average: 5.1 (7 votes)
Comments: 14

Knyazyeva Maryna

Представленная экспериментальная работа вносит определенный вклад в решение проблемы болезней цивилизации и, несомненно, является актуальной. Выполнена на высоком методическом уровне с использованием современных методов исследования, а также имеет перспективы для продолжения, например, исследования влияния одинаковых концентраций толуола на экспериментальных животных с различным типом нервной системы ( или с различной двигательной активностью, для чего можно использовать метод "открытого поля" ). Желаю Вам дальнейших научных успехов. С ув., проф. Князева М.В.

Vokina Vera

Уважаемая Марина Владиславовна! Спасибо за положительный отзыв о работе. Удачи в работе!!!

Lakhtin Yuriy Vladimirovich

Исследование влияния химических веществ "малой интенсивности" на биологические объекты действительно актуально. Потому что большинство в популяции не подвергается токсическому действию ксенобиотиков, но зато пользуется всеми благами цивилизации ежедневно: китайская посуда, пищевые консерванты, красители, непонятно где и кем изготовленная косметика, парафармацевтические препараты, неблагоприятая внешняя среда и т.д. Преобразовав данные Вашего исследования, обнаружил следующую картину - время обнаружения платформы в водном бассейне Морриса через 24 часа крысами контрольной группы было быстрее на 29% от первоначального их помещения в бассейн, а крысами опытной группы - почти на 43% быстрее. Могу предположить, что под действием толуола погибают молодые нейроны при сохранении "старых". Как адаптивный процесс происходит регулирование объёма новых нейронов, что и обеспечивает возможность формирования новых воспоминаний. Но это только мои теоретические рассуждения. Желаю Вам дальнейших успехов в изучении данной проблемы. С уважением, Ю.В. Лахтин.

Vokina Vera

Уважаемый Юрий Владимирович! Благодарю Вас за проявленный интерес и и ценные комментарии к нашей работе! Возможно, когда будут готовы результаты морфологического обследования, причины наблюдаемых изменений будут более понятны. Успехов Вам!

Morozova Elena

Вы немогли бы уточнить, при помощи чего проводилось электроэнцефалографическое исследование? Совпадают ли ритмы биоактивности крысы и человека (альфа, бетта, дельта, тета) и с какого участка коры головного мозга регистрировалась наиболее выраженная биоактивность?

Vokina Vera

Регистрацию ритмической электрической активности коры головного мозга белых крыс проводили на 3-4 день после вживления электродов (в сенсомоторную и зрительную зону коры) на электроэнцефалографе Нейрософт DX – NT 32.V 19 Спектральные мощности у крыс значительно обеднены в высокочастотной области, преобладают низкочастотные ритмы. В отведении с зрительной зоны коры в фоновой записи у крыс после интоксикации наблюдались более выраженные изменения биоэлектрической активности мозга. Спасибо за интерес к работе! Желаю успехов в работе!

Kamishnikova Ludmila Aleksandrovna

Интересное исследование! А какая практическая значимость вашего исследования?

Vokina Vera

С точки зрения фундаментальных знаний - информации о нейротоксических свойствах толуола не достаточно, экспериментальные работы методически различны.Наиболее часто используются высокие концентрации. Настоящее исследование демонстрирует длительные изменения в когнитивной сфере, Параллельно обнаружены и некоторые другие последствия интоксикации, которые также наблюдались при более низких концентрациях, чем описанные ранее. С точки зрения промышленной токсикологии и гигиены - высокий уровень загрязненности атмосферного воздуха и особенно воздуха закрытых помещений толуолом определяет необходимость исследований влияния именно этих уровней токсиканта на организм человека и животных. Относительно невысокая концентрация толуола, используемая в нашем эксперименте, составляет около 10 ПДК в воздухе рабочей зоны, и на ряде производств встречается довольно часто. Когнитивные нарушения у животных в эксперименте соотносятся с клиническими проявлениями, что имеет большое значение при лечении,профилактике и установке профессиональных заболеваний. Спасибо за интерес к работе!

Moyseyenko Valentyna Oleksiivna

Молодец! Работа интересная и нужная. Возможно найдет свое применение в неврологии. Успехов.

Vokina Vera

Спасибо! Вам тоже удачи и успехов в работе!!!

Morozova Elena

Исследование интересное. Я считаю его следует продолжать и расширять. Конечно для подтверждения результатов хотелось бы увидеть данные гистологического и ультрамикроскопического строения изучаемых участков головного мозга. Какой возраст крыс брали и в основе какой классификацией возрастной пользовались?

Vokina Vera

Параллельно были проведены морфологические и электроэнцефалографические исследования, на настоящий момент не все результаты я могу привести, так, при воздействии толуола наблюдалось снижение числа нормальных нейронов и глии и повышение числа дегенеративных, а также отмечались нарушения биоэлектрической активности мозга крыс. Животных в эксперимент включали в половозрелом возрасте, 3 месяца, не только для выявления действия токсиканта, но и для моделирования производственных условий.

Vokina Vera

Здравствуйте, во-первых, хочу поблагодарить Вас за вопросы. Что касается дизайна эксперимента - в каждой группе было по 20 крыс, режим воздействия описан кратко в аннотации - 150 ppm (в среднем концентрация на уровне 560-570 мг/м3), экспозиция в течение 4 недель, 4 часа в день, 5 дней в неделю (в некоторой степени моделирование производственных условий). В данной работе описана лишь часть эксперимента, касающаяся когнитивных последствий (исследовали и поведение с открытом поле, крестообразном и радиальном лабиринте), проведенное параллельно исследование морфологических и электроэнцефалографических показателей у животных при воздействии толуола показало, что наблюдаемые поведенческие и когнитивные изменения опосредованы как органическими нарушениями тканей головного мозга, так и изменением биоэлектрической активности могза. В литературе встречаются редкие данные о влиянии относительно низких доз толуола на когнитивные функции животных, чаще встречаются эксперименты с величиной экспозиции от 1000 ppm. Наличие нейротоксического эффекта данного соединения в дозе 150 ppm -встречающейся на производстве и в быту, - является важным фактом для оценки безопасных уровней воздействия толуола для человека. Надеюсь Я ответила на Ваши вопросы.

Sarov Georgi

Привет, Я не специалист в вашем поле, но, читая вашу статью меня впечатлили некоторые пробелы. Перед тем, как голосовать, я хочу задать вам несколько вопросов А. Мне кажется, что ваша статья не указано количество животных в контрольной и экспериментальной групп. Ето важно, чтобы оценить надежность эксперимента. Б. Мне кажется, что ваш текст не указывает величину экспозиции (подострое концентрации могут быть разными), но толко объем пространства и времени воздействия. В. Я не понимаю, почему вы решили изучить пространственную ориентацию, что происходит в коре головного мозга, как только вы цитируете литературу, что толуол влияет толко на суб-коры головного мозга структур. Я не понимаю логику выбора именно этого эксперимента.
Comments: 14

Knyazyeva Maryna

Представленная экспериментальная работа вносит определенный вклад в решение проблемы болезней цивилизации и, несомненно, является актуальной. Выполнена на высоком методическом уровне с использованием современных методов исследования, а также имеет перспективы для продолжения, например, исследования влияния одинаковых концентраций толуола на экспериментальных животных с различным типом нервной системы ( или с различной двигательной активностью, для чего можно использовать метод "открытого поля" ). Желаю Вам дальнейших научных успехов. С ув., проф. Князева М.В.

Vokina Vera

Уважаемая Марина Владиславовна! Спасибо за положительный отзыв о работе. Удачи в работе!!!

Lakhtin Yuriy Vladimirovich

Исследование влияния химических веществ "малой интенсивности" на биологические объекты действительно актуально. Потому что большинство в популяции не подвергается токсическому действию ксенобиотиков, но зато пользуется всеми благами цивилизации ежедневно: китайская посуда, пищевые консерванты, красители, непонятно где и кем изготовленная косметика, парафармацевтические препараты, неблагоприятая внешняя среда и т.д. Преобразовав данные Вашего исследования, обнаружил следующую картину - время обнаружения платформы в водном бассейне Морриса через 24 часа крысами контрольной группы было быстрее на 29% от первоначального их помещения в бассейн, а крысами опытной группы - почти на 43% быстрее. Могу предположить, что под действием толуола погибают молодые нейроны при сохранении "старых". Как адаптивный процесс происходит регулирование объёма новых нейронов, что и обеспечивает возможность формирования новых воспоминаний. Но это только мои теоретические рассуждения. Желаю Вам дальнейших успехов в изучении данной проблемы. С уважением, Ю.В. Лахтин.

Vokina Vera

Уважаемый Юрий Владимирович! Благодарю Вас за проявленный интерес и и ценные комментарии к нашей работе! Возможно, когда будут готовы результаты морфологического обследования, причины наблюдаемых изменений будут более понятны. Успехов Вам!

Morozova Elena

Вы немогли бы уточнить, при помощи чего проводилось электроэнцефалографическое исследование? Совпадают ли ритмы биоактивности крысы и человека (альфа, бетта, дельта, тета) и с какого участка коры головного мозга регистрировалась наиболее выраженная биоактивность?

Vokina Vera

Регистрацию ритмической электрической активности коры головного мозга белых крыс проводили на 3-4 день после вживления электродов (в сенсомоторную и зрительную зону коры) на электроэнцефалографе Нейрософт DX – NT 32.V 19 Спектральные мощности у крыс значительно обеднены в высокочастотной области, преобладают низкочастотные ритмы. В отведении с зрительной зоны коры в фоновой записи у крыс после интоксикации наблюдались более выраженные изменения биоэлектрической активности мозга. Спасибо за интерес к работе! Желаю успехов в работе!

Kamishnikova Ludmila Aleksandrovna

Интересное исследование! А какая практическая значимость вашего исследования?

Vokina Vera

С точки зрения фундаментальных знаний - информации о нейротоксических свойствах толуола не достаточно, экспериментальные работы методически различны.Наиболее часто используются высокие концентрации. Настоящее исследование демонстрирует длительные изменения в когнитивной сфере, Параллельно обнаружены и некоторые другие последствия интоксикации, которые также наблюдались при более низких концентрациях, чем описанные ранее. С точки зрения промышленной токсикологии и гигиены - высокий уровень загрязненности атмосферного воздуха и особенно воздуха закрытых помещений толуолом определяет необходимость исследований влияния именно этих уровней токсиканта на организм человека и животных. Относительно невысокая концентрация толуола, используемая в нашем эксперименте, составляет около 10 ПДК в воздухе рабочей зоны, и на ряде производств встречается довольно часто. Когнитивные нарушения у животных в эксперименте соотносятся с клиническими проявлениями, что имеет большое значение при лечении,профилактике и установке профессиональных заболеваний. Спасибо за интерес к работе!

Moyseyenko Valentyna Oleksiivna

Молодец! Работа интересная и нужная. Возможно найдет свое применение в неврологии. Успехов.

Vokina Vera

Спасибо! Вам тоже удачи и успехов в работе!!!

Morozova Elena

Исследование интересное. Я считаю его следует продолжать и расширять. Конечно для подтверждения результатов хотелось бы увидеть данные гистологического и ультрамикроскопического строения изучаемых участков головного мозга. Какой возраст крыс брали и в основе какой классификацией возрастной пользовались?

Vokina Vera

Параллельно были проведены морфологические и электроэнцефалографические исследования, на настоящий момент не все результаты я могу привести, так, при воздействии толуола наблюдалось снижение числа нормальных нейронов и глии и повышение числа дегенеративных, а также отмечались нарушения биоэлектрической активности мозга крыс. Животных в эксперимент включали в половозрелом возрасте, 3 месяца, не только для выявления действия токсиканта, но и для моделирования производственных условий.

Vokina Vera

Здравствуйте, во-первых, хочу поблагодарить Вас за вопросы. Что касается дизайна эксперимента - в каждой группе было по 20 крыс, режим воздействия описан кратко в аннотации - 150 ppm (в среднем концентрация на уровне 560-570 мг/м3), экспозиция в течение 4 недель, 4 часа в день, 5 дней в неделю (в некоторой степени моделирование производственных условий). В данной работе описана лишь часть эксперимента, касающаяся когнитивных последствий (исследовали и поведение с открытом поле, крестообразном и радиальном лабиринте), проведенное параллельно исследование морфологических и электроэнцефалографических показателей у животных при воздействии толуола показало, что наблюдаемые поведенческие и когнитивные изменения опосредованы как органическими нарушениями тканей головного мозга, так и изменением биоэлектрической активности могза. В литературе встречаются редкие данные о влиянии относительно низких доз толуола на когнитивные функции животных, чаще встречаются эксперименты с величиной экспозиции от 1000 ppm. Наличие нейротоксического эффекта данного соединения в дозе 150 ppm -встречающейся на производстве и в быту, - является важным фактом для оценки безопасных уровней воздействия толуола для человека. Надеюсь Я ответила на Ваши вопросы.

Sarov Georgi

Привет, Я не специалист в вашем поле, но, читая вашу статью меня впечатлили некоторые пробелы. Перед тем, как голосовать, я хочу задать вам несколько вопросов А. Мне кажется, что ваша статья не указано количество животных в контрольной и экспериментальной групп. Ето важно, чтобы оценить надежность эксперимента. Б. Мне кажется, что ваш текст не указывает величину экспозиции (подострое концентрации могут быть разными), но толко объем пространства и времени воздействия. В. Я не понимаю, почему вы решили изучить пространственную ориентацию, что происходит в коре головного мозга, как только вы цитируете литературу, что толуол влияет толко на суб-коры головного мозга структур. Я не понимаю логику выбора именно этого эксперимента.
PARTNERS
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.