Исследование поведенческих реакций крыс Wistar при 56-дневном воздействии концентраций диоксида углерода (CO₂) от <500 ppm до >1500 ppm актуально, в связи с проблемой его накопления в воздухе закрытых помещений, несовершенной нормативной базой и недостаточностью доказательной экспериментальной базы о механизмах развития неврологических нарушений. Модельный эксперимент позволяет установить патогенетические закономерности влияния гиперкапнии на ЦНС и разработать критерии оценки риска для здоровья человека.
Цель исследования – оценка динамики изменений поведенческих реакций лабораторных крыс Wistar в условиях субхронического воздействия повышенных концентраций диоксида углерода.
Материал и методы. Объектом исследования служили 40 половозрелых самцов крыс линии Wistar массой 250-300 г. Животные были рандомизированы на 4 группы по 10 особей в каждой. Группа 1 (опытная, 1-я смена): воздействие ступенчато возрастающими концентрациями CO₂ (<500 ppm – 1-2 нед.; 500-1000 ppm – 3-4 нед.; 1000-1500 ppm – 5-6 нед.; >1500 ppm – 7-8 нед.) в течение 5,5 часов в день (с 8:00 до 13:30). Группа 2 (опытная, 2-я смена): аналогичное воздействие CO₂ в другое время суток (с 14:00 до 19:30). Группы 3 и 4 (контрольные): интактные животные, содержавшиеся в идентичных условиях без дополнительного воздействия CO₂ (<500 ppm – 0-8 нед.), с наблюдением в 1-ю и 2-ю смены соответственно. Воздействие CO₂ проводилось в герметичных камерах объемом 400 л. Оценке подлежали – функциональная активность нервной системы.
Статистический анализ проводился с использованием программы Statistica 10.0. Данные представлены как медиана (Ме) и перцентильный интервал. Критический уровень значимости для проверки статистических гипотез были приняты различия при p ≤ 0,05. Опыты на животных проводили согласно правилам Европейской конвенции по защите животных, используемых в научных целях, после одобрения этической комиссии ФБУН «Новосибирский НИИ гигиены» Роспотребнадзора. В исследовании использовались общепринятые и унифицированные методы.
Результаты и их обсуждение. В ходе 56-дневного эксперимента установлены статистически значимые (p ≤ 0,05) дозозависимые нарушения поведенческих реакций, проявляющиеся прогрессирующим угнетением двигательной, исследовательской и эмоциональной активности. Полученные данные раскрывают патогенетические закономерности влияния хронической гиперкапнии на центральную нервную систему и подтверждают необходимость пересмотра критериев оценки риска для здоровья человека при длительном пребывании в помещениях с повышенным содержанием CO₂.
Заключение. В результате 56-дневного субхронического эксперимента установлено, что воздействие CO₂ в концентрациях ≥1000 ppm вызывает у лабораторных крыс дозозависимое прогрессирующее угнетение двигательной, исследовательской и эмоциональной активности. Выявленный выраженный нейротропный эффект хронической гиперкапнии не зависел от времени суток воздействия. Полученные данные, в особенности обнаруженное сходство с процессами возраст-зависимого снижения функций ЦНС, обосновывают необходимость пересмотра существующих гигиенических нормативов содержания CO₂ в воздухе закрытых помещений.

Mendell MJ, Heath GA. Do indoor pollutants and thermal conditions in schools influence student performance? A critical review of the literature. Indoor Air. 2005; 15(1): 27-52. doi: 10.1111/j.1600-0668.2004.00320.x

Health evaluation of carbon dioxide in indoor air. Bundesgesundheitsblatt Gesundheitsforschung Gesundheitsschutz. 2008; 51(11): 1358-1369. doi: 10.1007/s00103-008-0707-2

CO2 Monitoring and Indoor Air Quality: Expert Article by Testo. Russian (Мониторинг CO2 и качество воздуха в помещении: экспертная статья Testo.) URL: https://climatecontrolsolutions.ru/images/Whitepaper-testo-160-IAQ-RU.pdf (дата обращения: 15.05.2024))

Satish U, Mendell MJ, Shekhar K, Hotchi T, Sullivan D, Streufert S., Fisk WJ. Is CO2 an indoor pollutant? Direct effects of low-to-moderate CO2 concentrations on human decision-making performance. Environ Health Perspect. 2012; 120(12): 1671-1677. doi: 10.1289/ehp.1104789

Allen JG, MacNaughton P, Satish U, Santanam S, Vallarino J, Spengler JD. Associations of cognitive function scores with carbon dioxide, ventilation, and volatile organic compound exposures in office workers: a controlled exposure study of green and conventional office environments. Environ Health Perspect. 2016; 124(6): 805-812. doi: 10.1289/ehp.1510037

Kajtar L, Herczeg L. Influence of carbon-dioxide concentration on human well-being and intensity of mental work. Időjárás. 2012; 116(2): 145-169

Novikova II, Sorokina AV, Lobkis MA, Zubtsovskaya NA, Semenikhina MV, Sheveleva VA, Nazimkin NI. Carbon dioxide: issues of regulation, monitoring, and prevention of adverse effects in educational organizations. Russian Bulletin of Hygiene. 2023; (4): 18-28. Russian (Новикова И.И., Сорокина А.В., Лобкис М.А., Зубцовская Н.А., Семенихина М.В., Щевелева В.А., Назимкин Н.И. Углекислый газ: проблемы нормирования, контроля и профилактики неблагоприятного воздействия в образовательных организациях //Российский вестник гигиены. 2023. № 4. С. 18-28.) doi: 10.24075/rbh.2023.081

Savchenko OA, Ogudov AS, Savchenko OA, Chuyenko NF, Savchenko OO. The impact of nanoparticles and nanomaterials on warm-blooded organisms and the processes of their accelerated aging. National Priorities of Russia. 2025; 1(56): 77-84. Russian (Савченко О.А., Огудов А.С., Савченко О.А., Чуенко Н.Ф., Савченко О.О. Влияние наночастиц и наноматериалов на теплокровный организм и процессы его ускоренного старения //Национальные приоритеты России. 2025. № 1(56). С. 77-84)

Mansurov RSh, Gurin MA, Rubel EV. The influence of carbon dioxide concentration on the human body. Universum: Technical Sciences. 2017; (8): 20-23. Russian (Мансуров Р.Ш., Гурин М.А., Рубель Е.В. Влияние концентрации углекислого газа на организм человека //Universum: технические науки. 2017; № 8. С. 20-23)

Shendell DG, Prill R, Fisk WJ, Apte MG, Blake D, Faulkner D. Associations between classroom CO2 concentrations and student attendance in Washington and Idaho. Indoor Air. 2004; 14(5): 333-341. doi: 10.1111/j.1600-0668.2004.00251.x

Petersen S, Jensen KL, Pedersen ALS, Rasmussen HS. The effect of increased classroom ventilation rate indicated by reduced CO2 concentration on the performance of schoolwork by children. Indoor Air. 2016; 26(3): 366-379. doi: 10.1111/ina.12210

Gorman D, Drewry A, Huang YL, Sames C. The clinical toxicology of carbon monoxide. Toxicology. 2003; 187(1): 25-38. doi: 10.1016/s0300-483x(03)00005-2

Kiray M, Sisman AR, Camsari UM, Eser HY, Gencoglu C, Baykara B, Aksu I. The effects of carbon dioxide exposure on the anxiety-like behavior and GABA/glutamate balance in the amygdala of rats: A behavioral and proton magnetic resonance spectroscopy study. J Chem Neuroanat. 2021; 118: 102037. doi: 10.1016/j.jchemneu.2021.102037

Vehviläinen T, Lindholm H, Rintamäki H, Pääkkönen R, Hirvonen A, Niemi O, Vinha J. The effects of low-level carbon dioxide exposure on learning and memory in rats. Environmental Research. 2018; 167: 706-712. doi: 10.1016/j.envres.2018.09.003

Azuma K, Kagi N, Yanagi U, Osawa H. Effects of low-level inhalation exposure to carbon dioxide in indoor environments: A short review on human health and psychomotor performance. Environment Int. 2018; 121: 51-56. doi: 10.1016/j.envint.2018.08.059

Savchenko OA, Novikova II, Savchenko OA. Comparative assessment of the isolated influence of physical and chemical factors on the relative telomere length of laboratory animals in model conditions. Health Risk Analysis. 2025; (1): 106-113. Russian (Савченко О.А., Новикова И.И., Савченко О.А. Сравнительная оценка изолированного влияния физических и химических факторов на относительную длину теломер лабораторных животных в модельных условиях //Анализ риска здоровью. 2025. № 1. С. 106-113.) doi: 10.21668/health.risk/2025.1.10