Может ли загрязнение воздуха влиять на развитие мозга подростков? Новое исследование показывает влияние PM2,5, NO2 и O3 на микроструктуру белого вещества в зависимости от пола.

В недавнем исследовании, опубликованном в Площадь исследований* сервер препринтов, исследователи исследовали стратифицированные по половому признаку эффекты воздействия загрязнителей атмосферного воздуха на детей, таких как твердые частицы диаметром менее 2,50 мкм (PM_2,5), озон (О₃) и диоксид азота ( NO₂), на развитие микроструктуры белого вещества (БВ) в раннем подростковом возрасте.

Изучать: Специфические для пола эффекты того, как воздействие в детстве различных загрязнителей атмосферного воздуха влияет на развитие микроструктуры белого вещества в раннем подростковом возрасте. Изображение предоставлено: Тридсану Топет/Shutterstock.com

*Важное замечание: Площадь исследований публикует предварительные научные отчеты, которые не рецензируются экспертами и, следовательно, не должны рассматриваться как окончательные, направляющие клиническую практику/поведение, связанное со здоровьем, или рассматриваться как установленная информация.

Фон

Загрязнители воздуха, такие как ТЧ_2,5 и нет₂вызывают воспаление легких и нейротоксическое действие на головной мозг, особенно у детей. Долгосрочные эффекты на динамические нервные процессы и половые различия остаются неопределенными.

Исследования могут дать директивным органам информацию для обновления оценок риска воздействия загрязнения воздуха на здоровье.

Увеличение PM_2,5 воздействие было связано с более высоким RNI, что указывает на набухание или активацию опорных клеток. Однако неясно, влияет ли загрязнение воздуха на рост микроструктуры ВВ или влияние газообразных загрязняющих веществ на конкретные параметры ВВ.

Об исследовании

В настоящем лонгитюдном исследовании исследователи оценили стратифицированные по полу эффекты ТЧ._2,5НЕТ₂и О₃ воздействие на микроструктуру белого вещества с помощью визуализации рестрикционного спектра (RSI).

В исследование были включены 8 182 человека, принимавших участие в исследовании когнитивного развития мозга подростков (ABCD), включающем 21 городской регион в Соединенных Штатах (США), возраст которых на исходном уровне составлял ≤10,0 лет, и которые свободно владели английским языком.

Группа исключила лиц с неврологическими или другими заболеваниями в анамнезе, черепно-мозговой травмой в анамнезе, умеренными или тяжелыми расстройствами аутистического спектра, шизофренией, умственной отсталостью, расстройствами, связанными с употреблением алкоголя / психоактивных веществ, преждевременными родами (гестационный возраст менее 28,0 недель), низкой массой тела при рождении. (менее 1200,0 г) и противопоказания к магнитно-резонансной томографии (МРТ).

Исследователи изучили влияние годичного воздействия PM2,5, NO2 и O3 на микроструктуру WM в возрасте девяти лет и изменения траекторий микроструктуры WM в возрасте от 9 до 13 лет с разбивкой по полу.

Микроструктурную целостность БВ оценивали путем количественной оценки ограниченной направленной (RND) и ограниченной нормализованной изотропной (RNI) диффузии для изучения биологических механизмов, способствующих развитию микроструктуры БВ.

Концентрации исследованных загрязнителей воздуха (твердые частицы = 7,7 мкг/м3; O₃=19 частей на миллиард; и нет₂= 42 части на миллиард) были значительно ниже по сравнению с действующими стандартами Агентства по охране окружающей среды США (EPA).

Для анализа было выполнено линейное моделирование смешанных эффектов с поправкой на этническую принадлежность, расу, доход, уровень образования родителей, рукопожатие, городское население, сезон сканирования магнитно-резонансной томографии (МРТ), производителей сканеров, объемы тракта и движения головы. Анализу подвергались только снимки МРТ высокого разрешения, полученные до 1 марта 2020 года.

Полученные результаты

Один год ПМ_2,5 и воздействие NO2 было связано с более высоким уровнем, тогда как O3 было связано с более низкой внутриклеточной диффузией в возрасте девяти лет.

Кроме того, все три загрязнителя влияли на траектории созревания WM от 9,0 до 13,0 лет, с некоторыми половыми различиями в анатомических областях и количестве трактов, демонстрирующих измененные траектории внутриклеточной диффузии. Значения RNI и RND увеличивались со временем с 9,0 до 13,0 лет.

Для RND эффекты PM_2,5 были более распространены среди женщин, в то время как озон воздействовал на оба пола одинаково, а диоксид азота не оказывал значительного воздействия на обоих полов.

Для РНИ, диоксида азота и ТЧ_2,5 поражало больше мозговых путей у женщин с незначительными эффектами у мужчин. Напротив, озон оказывал большее влияние на тракты, связанные с лимбической ассоциацией у мужчин, и затрагивал корково-спинномозговые пути у женщин.

В малых отделах щипцов RNI у самцов увеличивался со временем быстрее, чем у самок; ограниченная направленная диффузия увеличилась среди мужчин, но не изменилась среди женщин.

В возрасте девяти лет у мальчиков более низкие значения RND и RNI наблюдались почти во всех трактах, а воздействие ТЧ_2,5 существенно не изменили рост RNI или RND между 9 и 13,0 годами.

Кроме того, воздействие диоксида азота оказывало незначительное влияние на ограниченную направленную диффузию у мужчин и женщин в возрасте девяти лет или на развитие замедленной направленной диффузии с течением времени.

В большинстве участков WM у самок более высокое воздействие диоксида азота было связано с более высокими уровнями RNI в девять лет, но более низкий RNI увеличивается с возрастом.

Однако в лобной верхней и нижней коре и левой поясной области значения RNI были одинаковыми в девять лет, но с меньшим увеличением RNI с возрастом. Среди самцов значимых связей диоксида азота с возрастом не наблюдалось.

Пути БВ, отрицательно связанные с озоном и ограниченной направленной диффузией в возрасте девяти лет, включали свод и кортикоспинальные пути левой стороны у мужчин и левую парагиппокампальную область поясной извилины и нижний лобно-затылочный пучок у женщин.

Помимо воздействия озона в возрасте 9,0 лет, значительное взаимодействие озона с возрастом было отмечено для лобных верхних корково-стриарных путей самцов, при этом более высокие концентрации озона связаны с более значительным увеличением RND с течением времени.

Однако никаких существенных взаимодействий возраста и озона у женщин не наблюдалось. Концентрации озона показали прямую связь с RNI через 9,0 лет в билатеральных областях парагиппокампального пояса и основных областях больших щипцов у мужчин, а также в корково-спинномозговых путях с обеих сторон, мозолистом теле и верхнем продольном пучке левой теменной доли у женщин.

Значительное взаимодействие возраста и озона наблюдалось в корково-спинномозговых путях справа у женщин, при этом более высокое воздействие озона было связано с повышенной ограниченной нормализованной изотропной диффузией в девять лет, но меньшее значение RNI увеличивается с возрастом.

Среди мужчин команда наблюдала взаимодействие озона с возрастом для двусторонних областей парагиппокампального пояса, правого корково-спинномозгового тракта и мозолистого тела, при этом более высокое воздействие озона связано с меньшим увеличением RNI в возрасте от 9 до 13 лет.

Заключение

Согласно результатам исследования, воздействие даже низких уровней загрязнителей атмосферного воздуха влияет на микроструктурное развитие БВ у молодых людей, причем у мужчин и женщин наблюдаются разные закономерности.

Результаты исследования подтверждают рекомендацию Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) о снижении стандартов качества воздуха для защиты здоровья мозга развивающейся молодежи, поскольку загрязняющие вещества значительно влияют на внутриклеточную изотропную и направленную диффузию, воздействуя на тракты, связанные с проекцией и ассоциацией.

*Важное замечание: Площадь исследований публикует предварительные научные отчеты, которые не рецензируются экспертами и, следовательно, не должны рассматриваться как окончательные, направляющие клиническую практику/поведение, связанное со здоровьем, или рассматриваться как установленная информация.