Результат интеллектуальной деятельности: Способ моделирования черепно-мозговой травмы у крыс с использованием установки с ударным механизмом

Изобретение относится к нейрохирургии и нейротравматологии, может быть использовано для моделирования на крысах различной степени повреждения мозга с целью разработки способов восстановления функций головного мозга в посттравматическом периоде.

Черепно-мозговая травма остается одной из актуальных проблем медицины. Степень неврологического и когнитивного дефицита тяжелой травмы проявляется первичным механическим повреждениями и вторичным воздействием, связанным с активацией воспаления и апоптозом клеток. Для изучения механизмов черепно-мозговой травмы и способов восстановления функций головного мозга используются различные модели на животных. [Hoogenboom WS, Branch CA, Lipton ML. Animal models of closed-skull, repetitive mild traumatic brain injury. Pharmacol Ther. 2019 Jun]. Большинство исследований нейробиологии и нейрохимии последствий острой черепно-мозговой травмы основаны на инвазивных способах ее моделирования: трепанации костей черепа животного, травмы коры головного мозга путем ее размозжения или компрессии, например, с помощью жесткого ударника («контролируемое корковое повреждение»), свободного падения груза, нанесения травмы взрывом, жидкостной перкуссии, травмы «ударного ускорения». [Mammalian Models of Traumatic Brain Injury and a Place for Drosophila in TBI Research / Ekta J. Shah, Katherine Gurdziel, Douglas M. Ruden // Frontiers in Neuroscience. 2019 Apr].

Эти способы достаточно широко описаны в литературе, и с их применением проведено определенное количество исследований. Однако вышеперечисленные способы имеют сходные недостатки в виде быстрого спонтанного восстановления функций головного мозга (в течение 2 недель), кроме того, имеются технические сложности в моделировании травмы.

Самым важным недостатком этих способов является сложность управляемого обеспечения передачи мозгу модельного животного дозированной энергии, и как следствие – неоднородность повреждений в серии опытов. Этот факт заставляет проводить исследователей измерение силы удара.

Известен близкий по техническому выполнению, достигаемому техническому результату выбранный за прототип предлагаемого изобретения способ моделирования черепно-мозговой травмы в результате свободного падения груза определенной массы с определенной высоты, предложенный группой исследователей-сотрудников Nagoya University School of Medicine, Япония. Для реализации способа используется устройство травмы по механизму «удар». В устройстве предусмотрено падение груза внутри вертикальной трубы, с передачей энергии удара голове лабораторного животного через расположенный в нижнем конце трубы стержень. Для измерения энергии удара используется электронная система. Однако этот способ демонстрирует высокую степень смертности лабораторных животных в одних опытах, а также быстрое спонтанное восстановление функций мозга (4-5 недель) в других, что свидетельствует о неоднородности степени повреждения.

Cпособ моделирования черепно-мозговой травмы у крыс с использованием установки с ударным механизмом, характеризующийся тем, что используют для эксперимента устройство, основанное на принципе передачи кинетической энергии падающего цилиндрического груза, оказывающего травмирующее воздействие на головной мозг крысы штангой, перемещающейся в центральной втулке, в сборе с грузом, совершающим свободное падение по направляющей штанге, причем с момента, когда груз достигает ударной втулки, жестко закрепленной на штанге, штанга совершает перемещение вместе с грузом, ударной втулкой и ударной площадкой, ударяющей непосредственно по голове крысы, зафиксированной на операционном столике с амортизирующей прокладкой под нижней челюстью крысы.

Основной задачей изобретения является разработка способа моделирования тяжелой черепно-мозговой травмы путем дозированного механического воздействия ударом груза через ударную втулку, штангу и ударную площадку на затылочно-теменную область коры больших полушарий для формирования контузионного очага повреждения, позволяющего вызвать стойкий неврологический дефицит.

Техническим результатом предлагаемого способа является создание стабильных воспроизводимых условий, создающих клиническую и морфологическую картину тяжелой степени повреждения головного мозга без формирования сателлитных повреждений и без гибели лабораторного животного, с максимально близкими характеристиками дозированного повреждения головного мозга и однородностью травматических изменений головного мозга в серии экспериментов.

Преимущества данного способа моделирования в отличие от аналогов:

1. Отсутствие разрыва твердой мозговой оболочки, что не повреждает целостность и герметичность черепа;

2. Снижение смертности лабораторных животных при правильно подобранной высоте и массе груза;

3. Создание клинической и морфологической картины тяжелой черепно-мозговой травмы, проявляющейся нейровоспалением и нарушение поведенческих функций, включая когнитивные расстройства;

4. Экспериментальный расчет энергии удара согласно подобранным параметрам установки и массы животного, позволяет воспроизвести тяжелую степень повреждения головного мозга.

Заявленный способ моделирования представлен на Фиг. Устройство для моделирования черепно-мозговой травмы с использованием установки с ударным механизмом, включающего в себя: 1-правый торцевой винт; 2-операционный столик; 3-наркотизированное животное; 4-планка; 5-центральная втулка; 6-ударная втулка; 7-груз; 8-левый торцевой винт; 9-левая опора; 10-направляющая штанга; 11-ударная площадка; 12-подушка из губчатого материала; 13-правая опора.

Испытуемых животных предварительно наркотизируют и фиксируют на операционном столике, для ограничения движения головой с учетом выбранной затылочно-теменной области удара. В проекции свободной от животного части операционного столика проводят настройку устройства:

1. Сначала соединяют с нижним концом штанги ударную площадку диаметром 2,5 см шплинтом, затем опускают направляющую штангу через центральную втулку на планке до соприкосновения с жестко закрепленной на штанге ударной втулкой.

2. После чего ослабляют торцевые винты на планке и смещают ее вниз-вверх по опорам так, чтоб ударная площадка коснулась поверхности операционного столика. Последовательно фиксируют данную высоту планки на опорах, затягивая винты.

Принцип работы устройства заключается в последующих действиях:

1. Приподнимают штангу с ударной площадкой, ориентируют устройство ударной площадкой в проекции черепа животного, аккуратно опускают штангу с ударной площадкой на затылочно-теменную область головы.

2. Груз массой 598 г располагают по меткам на штанге на высоте 35 см осевым отверстием на направляющей штанге, удерживая рукой, и по готовности отпускают. Совершая свободное падение по направляющей штанге, груз достигает ударной втулки. Штанга с этого момента совершает перемещение вместе с грузом, ударной втулкой и ударной площадкой, которая и наносит травму тяжелой степени повреждения, ударяя непосредственно по голове крысы.

Клинические примеры

Изобретение применено в рамках проводимого экспериментального исследования повреждения мозга при черепно-мозговой травме. Черепно-мозговая травма моделировалась на 63 крысах линии Wistar массой 350-400 гр.

Примеры конкретного выполнения приведены в виде протоколов эксперимента.

Опыт № 1 - Крыса № 5.

Проведена наркотизация животного (Zoletil 100, 10 мг/кг). По отсутствию роговичного рефлекса определена стадия действия наркоза. Крыса (m=350 гр) зафиксирована на операционном столике с амортизирующей подушкой из губчатого материала для исключения переломов нижней челюсти. Приподняв штангу с ударной площадкой, ориентировали устройство ударной площадкой в проекции черепа животного, аккуратно опуская штангу с ударной площадкой на затылочно-теменную область головы. Груз устанавливали на необходимую высоту и опускали по направляющей штанге для осуществления повреждения ударной площадкой.

Опыт №2 - Крыса № 7.

Проведена наркотизация животного (Zoletil 100, 10 мг/кг). По отсутствию роговичного рефлекса определена стадия действия наркоза. Крыса (m=400 гр) зафиксирована на операционном столике с амортизирующей подушкой из губчатого материала для исключения переломов нижней челюсти. Приподняв штангу с ударной площадкой, ориентировали устройство ударной площадкой в проекции черепа животного, аккуратно опуская штангу с ударной площадкой на затылочно-теменную область головы. Груз устанавливали на необходимую высоту и опускали по направляющей штанге для осуществления повреждения ударной площадкой.

После нанесения удара у крыс, как правило, отмечалось тяжелое общее состояние, отсутствие мышечного тонуса, углубление угнетения сознания, имевшего место до травмы за счет общей анестезии, и носовые кровотечения. После моделирования черепно-мозговой травмы у крыс наблюдались непрерывно до выхода из острого периода травмы, пробуждения от наркоза, прекращения носового кровотечения. По восстановлении элементов сознания и двигательной активности животные возвращались в клетку с послеоперационным уходом и свободным доступом к воде и пище.

Следовательно, можно сказать, что данный способ позволит изучать не только моментальные травматические изменения, но и процессы, которые происходят в динамике, как с использованием клинических, так и морфологических методов, которые сопровождаются вторичной гибелью нервных клеток в отдаленных отделах мозга, чувствительных к травме, таких как гиппокамп, зубчатая извилина, зрительный бугор, а также оценивать грубые двигательные нарушения, изменения тонкой координации движений, дефицит когнитивных функций.