Грязный воздух тормозит взросление мозга подростков

Исследование американских учёных показало: подростки, живущие в районах с высоким уровнем мелкодисперсной пыли PM2.5 или озона, за два года продемонстрировали меньший прогресс в развитии мозга и когнитивных способностей, чем похожие по социальным характеристикам сверстники из районов с более чистым воздухом. Различия касались результатов когнитивных заданий, организации мозговых сетей и нормального для этого возраста истончения коры головного мозга. Работа опубликована в журнале Developmental Cognitive Neuroscience.

Подростковый возраст — период, когда мозг быстро меняется. Постепенно улучшаются внимание, обработка важной информации и способность контролировать свои действия. Одновременно меняется структура коры мозга: она истончается, а связи между отдельными мозговыми сетями становятся более специализированными.

Учёные давно рассматривают загрязнение воздуха как возможный фактор, влияющий на это развитие. Частицы PM2.5 настолько малы, что могут проникать в кровоток; некоторые токсичные вещества, предположительно, способны попадать в мозг через носовую полость и обонятельную систему. Озон — газ, входящий в состав смога, — может повреждать нервные клетки при длительном окислительном стрессе. Ещё один возможный механизм — воспаление в мозге.

Прежние исследования связывали воздействие PM2.5, озона и оксидов азота с различиями в толщине коры, объёме мозга, площади его поверхности и связях между мозговыми областями у детей и подростков. Однако результаты расходились: одни указывали на замедленное созревание, другие могли трактоваться как признаки более раннего развития. Кроме того, учёные редко проверяли, отражаются ли обнаруженные различия на мышлении детей.

Выяснить влияние именно загрязнителей непросто: уровень загрязнения связан с доходами семей и особенностями районов. Поэтому различия в развитии мозга могут объясняться не только воздухом, но и другими обстоятельствами жизни.

Омид Кардан из Мичиганского университета и его коллеги изучили, связаны ли высокие уровни PM2.5 и озона с развитием мозга и когнитивными способностями в позднем детстве и раннем подростковом возрасте. Исследователи предположили, что при высоком воздействии любого из этих загрязнителей созревание будет идти медленнее.

В анализ включили данные американского проекта Adolescent Brain Cognitive Development (ABCD) — длительного исследования 11 868 детей на 21 площадке в США. Участников набирали в возрасте от 9 до 10,9 года. Учёные сопоставили данные в начале проекта с результатами обследования примерно через два года. Полный набор пригодных данных за оба периода был у 3645 детей.

Данные включали функциональную магнитно-резонансную томографию в состоянии покоя, показывающую взаимодействие областей мозга, структурные снимки мозга и когнитивные задания. Они проверяли внимание, рабочую память, способность сдерживать импульсивные реакции, скорость обработки информации, память, словарный запас и чтение.

Воздействие загрязнения оценивали по смоделированным показателям воздуха в квадрате площадью один квадратный километр вокруг основного места жительства ребёнка на старте исследования. Высоким уровнем PM2.5 считали среднегодовую концентрацию выше 9 микрограммов на кубический метр, а высоким уровнем озона — пиковое значение выше 70 частей на миллиард. Для сравнения использовали детей, живших при концентрациях PM2.5 ниже 7 микрограммов на кубический метр или озона ниже 60 частей на миллиард. Пороговые значения определяли по стандартам Агентства по охране окружающей среды США (EPA).

Ни у кого из участников не было уровня диоксида азота, соответствующего заданному порогу высокого воздействия, поэтому этот загрязнитель не анализировали. Из исследования также исключили 40 детей, подвергавшихся высокому воздействию одновременно PM2.5 и озона, чтобы оценить связь каждого загрязнителя отдельно.

Чтобы уменьшить влияние социальных различий, каждую группу с высоким загрязнением сравнивали с детьми, похожими по доходу семьи, образованию родителей, расовой и этнической принадлежности, полу и возрасту. В итоговую выборку для анализа PM2.5 вошли 348 детей с высоким воздействием и 279 сопоставленных участников контрольной группы. Для анализа озона — 355 детей с высоким воздействием и 324 ребёнка из контрольной группы. Расчёты также учитывали половое созревание, симптомы психических расстройств и неблагополучие района.

Учёные объединили три показателя в индекс нейрокогнитивного созревания: результаты заданий, среднюю толщину коры и сходство организации мозговых сетей ребёнка с организацией сетей взрослого человека — в противопоставлении младенческому типу. Поскольку истончение коры в этом возрасте считается нормальной частью развития, более выраженное истончение в рамках исследования трактовали как признак большего созревания.

За два года дети из контрольных групп показали статистически значимый рост общего индекса. В группах с высоким воздействием PM2.5 или озона такого надёжного роста не обнаружили. Иными словами, контрольные группы в среднем сильнее продвинулись в когнитивных заданиях, организации мозговых сетей и истончении коры. Различия были небольшими, но сохранялись и после учёта воздействия второго загрязнителя.

Авторы заключили, что, поскольку здоровое когнитивное развитие важно для устойчивости к трудностям и успехов в учёбе, необходимо активнее сокращать загрязнение воздуха в жилых районах и возле школ.

При этом работа не доказывает, что именно загрязнение вызвало различия: исследование было наблюдательным. Оценка основывалась на среднем качестве воздуха в районе вокруг дома, которое могло не совпадать с реальным воздействием на ребёнка. Загрязнение измеряли только в начале проекта — поэтому исследователи могли не учесть переезды или воздействие в более ранние годы, в том числе до рождения.

Кроме того, показатель озона опирался на максимальный уровень за год, а не на стандартный способ расчёта EPA. Это могло привести к завышению числа детей, отнесённых к группе высокого воздействия. Для подбора сопоставимых контрольных участников также пришлось исключить 35 детей с высоким уровнем PM2.5, которым не нашлось демографически похожих сверстников из районов с низким загрязнением. Это ограничивает репрезентативность результатов.

Статья называется «Загрязнение воздуха в районе проживания связано с ослабленным нейрокогнитивным созреванием в раннем подростковом возрасте». Её авторы — Омид Кардан, Чакрия Сериётыин, Кэтрин Э. Шерц, Майк Ангштадт, Александр С. Вайгард, Марк Г. Берман, Мэри М. Хайцег и Моника Д. Розенберг.