Результат интеллектуальной деятельности: Способ моделирования отдаленных последствий воздействия вибрации на лабораторных животных

Изобретение относится к области медицины, а именно к экспериментальной медицине.

Ранее выполненные экспериментальные исследования воздействия вибрации на организм, начиная с работ Е.Ц. Андреевой-Галаниной с соавт. (1956-1961); О.Г. Алексеевой (1962); Л.И. Израйлета (1974); И.Н. Ильинских (1978), так и более поздние исследования посвящены, как правило, изучению отдельных органов и систем. Известно, что длительное воздействие вибрации вызывает нарушения почти во всех органах и системах организма, которые приводят к развитию профессионального заболевания. Разработанные экспериментальные модели касались, прежде всего, вопросов гигиенического нормирования уровня вибрации, что не позволяло в полной мере подойти к раскрытию механизмов патогенеза профессиональных заболеваний, вызванных ее воздействием. У лиц виброопасных профессий было установлено нарушение деятельности различных систем организма, которые позднее нашли подтверждение и в экспериментальных работах на животных [1].

Наряду с вибрационной болезнью воздействие вибрации может вызывать ряд производственно обусловленных заболеваний и нарушений в состоянии здоровья, причем вовлеченными в патологический процесс оказываются многие органы и системы организма, которые при прогрессировании заболевания имеют тенденцию к генерализации. По клиническим наблюдениям после прекращения контакта с вибрацией отмечается сохранение и прогрессирование нарушений, вызванных воздействием вибрации [2-4].

Известны способы вибрационного воздействия на мелких лабораторных животных с целью изучения нарушений гипофизарно-надпочечниковой, гипофизарно-гонадной регуляции, тиреоидной функции, системы крови, патологии сердечно-сосудистой, двигательной и других систем организма [5-7]. Наиболее близким способом к заявленному изобретению (прототип) является способ Бородина Ю.И. и соавт. (2014), с помощью которого изучались возможные отдаленные морфофункциональные последствия у потомства [9]. Способ заключается в том, что беременные самки породы Вистар подвергались общей вертикальной вибрации категории 3а (общая технологическая) с частотой 32 Гц, виброскоростью 50 м/с², стандартизированной по санитарным нормам (СН 2.2.4/2.1.8.566-96) [8]. Животных помещали в клетку, установленную на специальной площадке вибростенда «ВЭДС-100Б», подвергая их вибрации. Экспериментальная модель создавалась в режиме многократно и систематически повторяющихся воздействий, продолжительностью 3, 7, 10, 12 дней по 1 часу ежедневно. Недостатком прототипа является создание модели на беременных крысах-самках, несоответствие условий моделирования производственным. Предлагаемое изобретение отличается от данного способа тем, что созданная модель по режиму и условиям воздействия наиболее приближена к производственным условиям.

Задачей, решаемой данным изобретением, является создание модели, пригодной для исследования отдаленных последствий воздействия вибрации на экспериментальных животных.

Предлагаемая нами модель позволяет проводить исследования по изучению постконтактного периода длительного воздействия вибрации, являющегося информативным для изучения и оценки течения профессиональной патологии у работавших, прекративших контакт с вибрацией.

Поставленная задача достигается тем, что самцы белых беспородных крыс половозрелого возраста непрерывно по 4 часа ежедневно 5 дней в неделю в течение 60 дней подвергаются вибрационному воздействию с уровнем вибрации на основной частоте 40 Гц, по виброускорению 7,9 м/с². В качестве модели используют животных по истечении не менее 30 и не более 120 дней после воздействия вибрации.

Ранее авторами была создана модель для оценки влияния вибрации на организм белых беспородных крыс сразу после окончания воздействия. Животные подвергались воздействию вибрации с частотой 40 Гц и виброускорением 138 дБ в течение 5 дней по 4 часа ежедневно на протяжении 15, 30, 60 и 120 дней, эффект воздействия изучался сразу после окончания серии эксперимента. Результаты исследований свидетельствуют, что срок воздействия 60 дней оптимальный для изучения и оценки экспозиции вибрации [10, 11], поскольку он соответствует средней продолжительности профессиональной деятельности в контакте с вибрацией (8-9 годам), достаточной для формирования нарушений в организме и сохранения их в постконтактном периоде. В предлагаемом способе модель создается для изучения последствий воздействия вибрации в отдаленном посткантактном периоде.

Таким образом, заявленное изобретение соответствует критериям изобретения «Новизна» и «Изобретательский уровень», так как оно явным образом не следует для специалиста из уровня техники. Предлагаемое изобретение соответствует критерию «Промышленная применимость», так как оно может использоваться в экспериментальной медицине для моделирования патологических состояний животных и человека.

Способ осуществляется следующим образом:

Лабораторных животных помещают на 4 часа на вибростенд ВЭДС-10а и воздействуют вибрацией на основной частоте 40 Гц, по виброускорению 7,9 м/с². Вибрационное воздействие проводят 5 раз в неделю в течение 60 дней. Для изучения эффектов воздействия вибрации в постконтактном периоде исследование систем организма животных проводят не ранее, чем через 30 дней, и не позднее, чем через 120 дней после окончания вибрационного воздействия.

Предлагаемый способ был применен в эксперименте на половозрелых беспородных крысах-самцах в количестве 168 особей массой 180-260 г., полученных из собственного питомника ФГБНУ ВСИМЭИ. Верификацию последствий воздействия вибрации проводили сразу после прекращения контакта с вибрацией и трижды в постконтактном периоде. Было выделено 3 группы (по 24 особи в каждой группе), которые подверглись воздействию вибрации в течение 60 дней. В 1-й группе животные обследовались через 30 дней после прекращения воздействия вибрации; во 2-й группе постоконтактный период составил 60 дней; в 3-й группе постконтактный период составил 120 дней. Группа сравнения из 24 животных представлена животными, обследованными сразу после окончания 60-дневной экспозиции вибрацией. В качестве контроля использовали интактных крыс - 72 особи по 24 для каждой серии эксперимента.

Ориентировочно-исследовательскую активность, эмоциональное состояние оценивали по методу «Открытое поле». Идентификацию отдельных поведенческих паттернов (актов) проводили на основании вероятности появления того или иного акта [12]. Оценку состояния центральной и периферической нервной систем проводили по данным регистрации электроэнцефалографии (ЭЭГ), зрительных вызванных потенциалов (ЗВП), соматосенсорных вызванных потенциалов (ССВП), показателей стимуляционной электронейромиографии (ЭНМГ). Для изучения изменений в иммунной системе определяли в сыворотке крови содержание цитокинов: интерлейкина-1β (IL-1P), интерлейкина-10 (IL-10) и фактора некроза опухоли-α (TNF-α) методом ИФА с помощью тест-систем BenderMedSystems (Austria). Статистическая обработка данных выполнялась с помощью пакета прикладных программ «Statistica 6.0». Различия считались статистически значимыми при р<0,05.

Результаты исследования.

До начала проведения эксперимента статистически значимых различий в поведении животных опытных и контрольных групп не установлено. Сравнительный анализ поведенческой активности животных опытной и контрольной групп показал, что в постконтактном периоде воздействия вибрации (30, 60, 120 дней) у крыс опытных групп наблюдается снижение спонтанной двигательной активности («локомоция»), норковой активности («норка»), увеличение паттернов поведения, характеризующих негативно-эмоциональное поведение животных («движение на месте», «сидит»). У животных в постконтактном периоде воздействия вибрации сохраняются и усугубляются изменения ориентировочно-исследовательского поведения, включая двигательную активность и эмоциональность животных (табл. 1).

Следующим этапом изучения воздействия вибрации в постконтактном периоде являлись нейрофизиологические исследования у белых крыс, результаты которых представлены в таблице 2.

Биоэлектрическая активность головного мозга крыс до проведения эксперимента характеризовалась преобладанием бета-активности и медленноволновой активности дельта-диапазона. Сразу после окончания 60-дневного воздействия вибрации наблюдается смещение распределения ритмов в сторону уменьшения дельта-диапазона и увеличения доли бета-1 ритма, а также нарастание латентности и амплитуды пика Р200 ЗВП по сравнению с контрольной группой.

Сравнительный анализ спектра ритмов ЭЭГ показал, что у крыс, подвергавшихся воздействию вибрации, через 30 и 60 дней после прекращения экспозиции вибрацией наблюдается волнообразное перераспределение фоновой активности ЭЭГ по дельта-индексу в сторону резкого увеличения, а затем уменьшения его доли после 120 дней после прекращения контакта с вибрацией относительно группы сравнения. Кроме того, в постконтактном периоде регистрируется депрессия бета-активности, которая нарастает через 60 дней после окончания воздействия вибрации по сравнению как с контролем, так и с показателем животных сразу после окончания воздействия вибрации и уменьшается лишь через 120 дней. Угнетение в спектре ЭЭГ альфа-активности на протяжении всех сроков постконтактного периода свидетельствует о подавляющем влиянии ретикулярной формации на ствол мозга.

Установлено, что через 30 и 60 дней после окончания воздействия вибрации отмечается изменение амплитуды пика Р200 ЗВП, проявляющееся его снижением, а через 120 дней наблюдается увеличение его амплитудных значений по отношению к группе сравнения. Латентность пика Р200 ЗВП снижается через 30 дней и остается неизменной через 60 и 120 дней после окончания экспозиции вибрацией относительно группы сравнения. Вышеизложенное свидетельствует о дестабилизирующем влиянии вибрации на биоэлектрическую активность головного мозга белых крыс в постконтактном периоде воздействия.

Регистрация ВП соматосенсорной зоны коры головного мозга белых крыс показала, что у крыс в постконтактном периоде воздействия вибрации через 30 и 60 дней отмечается возрастание латентности коркового компонента относительно показателей группы сравнения (табл. 3). Спустя 60 и 120 дней после окончания воздействия вибрации наблюдается тенденция к восстановлению измененных показателей, но значение латентного периода не достигает значения группы сравнения.

Таким образом, анализ полученных результатов показал, что изменения, наблюдавшиеся у белых крыс сразу после воздействия вибрации и заключавшиеся в возрастании латентного периода ответа нейронов соматосенсорной зоны коры головного мозга, превышают значения группы сравнения через 60 и 120 дней после прекращения воздействия вибрации.

Оценка состояния периферической нервной системы белых крыс показала, что у крыс опытных групп также сохраняются изменения периферических нервов в постконтактном периоде (табл. 3). Так, через 30 дней после окончания экспозиции вибрацией у белых крыс отмечается снижение амплитуды М-ответа и возрастание длительности латентного периода М-ответа при сопоставлении с группой сравнения. Через 60 дней после воздействия вибрации отмечается увеличение длительности М-ответа, сохраняется тенденция к увеличению амплитуды М-ответа и восстановлению латентного периода. Спустя 120 дней после экспозиции вибрацией сохраняется тенденция к увеличению длительности М-ответа и снижению амплитуды М-ответа.

Важное значение в изучении реакции организма на воздействие вибрации имеет состояние иммунной системы. Из данных, представленных в таблице 4, следует, что наблюдается тенденция к снижению IL-1β через 30 дней и повышение его через 60, 120 дней после прекращения контакта с вибрацией. В ходе эксперимента установлено увеличение продукции TNF-α, снижение уровней противовоспалительного IL-10 у белых крыс опытных групп по отношению к группе сравнения. Считается, что IL-10 играет, как правило, протективную роль, непосредственно подавляя секрецию TNF-α и ослабляя его негативные эффекты [13]. Повышение уровня TNF-α в постконтактном периоде после воздействия вибрации обусловлено относительным дефицитом и, как следствие, уменьшением сдерживающего влияния IL-10.

Таким образом, адекватность способа моделирования воздействия вибрации для изучения отдаленных последствий подтверждена формированием и сохранением патологических ответных реакций организма животных в функционировании ЦНС (показатели ЭЭГ, ССВП и поведенческой активности), периферической нервной системы (показатели ЭНМГ), иммунного статуса (интерлейкины, TNF-α) на протяжении 30-120 дней после прекращения контакта с вибрацией.

Данный способ позволяет создать модель воздействия вибрации и последствий влияния данного фактора на половозрелых самцов белых крыс в постконтактном периоде, изучать функционирование нервной и иммунной систем половозрелых самцов белых крыс в отдаленном периоде.

Литература

1. Дрогичина Э.И. К клинике вибрационной болезни, вызванной воздействием общей вибрации / Э.И. Дрогичина, Н.В. Метлина // Гигиена труда и профзаболевания. - 1962. - №7. - С. 19-22.

2. Ганович Е.А. Дисфункция когнитивно-мнестической сферы при вибрационной болезни у горнорабочих Кузбасса / Е.А. Ганович, В.А. Семенихин // Медицина труда и промышленная экология. - 2011. - №12. - С. 43-48.

3. Смирнова Е.Л. Роль клеточных маркеров в формировании особенностей течения вибрационной болезни в послеконтактном периоде / Е.Л. Смирнова, Е.Л. Потеряева, Н.Г. Никифорова // Медицина и образование в Сибири. - 2013. - №6. - С. 58-65.

4. Смирнова Е.Л. Роль процессов перекисного окисления липидов и антиоксидантной защиты в формировании особенностей течения вибрационной болезни в различные сроки послеконтактного периода / Е.Л. Смирнова, Е.Л. Потеряева, Н.Г. Никифорова // Справочник врача общей практики. - 2015. - №1. - С. 25-30.

5. Власов В.Н. О возможности использования общей вибрации в качестве функциональной нагрузки при изучении воздействия ксилола и толуола / В.Н. Власов // Медицина труда и пром. экология. - 2006. - №9. - С. 12-17.

6. Долгушин М.В., Давыдова Н.С. Влияние вибрационного стресса на функционально-метаболический статус лейкоцитов крови / М.В. Долгушин, Н.С. Давыдова // Биомедицинская химия. - 2013. - №1, Т. 59. - С. 97-103.

7. Шпагина Л.А. Состояние гормональной регуляции при вибрационной болезни в сочетании с артериальной гипертонией в ближайший и отдаленный постконтактные периоды: клинико-экспериментальное исследование / Л.А. Шпагина, В.В. Власенко, Г.В. Кузнецова, О.Б. Кириченко // Бюллетень научного совета медико-экологические проблемы работающих. - 2007. - №2. - 53-59.

8. СН 2.2.4/2.1.8.566-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий. Санитарные нормы».

9. Влияние вибрации на систему «мать-плод» в эксперименте. Монография. Под ред. акад. РАН Ю.И. Бородина, акад. РАН С.И. Колесникова. М.: Литтерра, 2014. - 192 с.

10. Панков В.А. Влияние вибрации на функциональную активность нервной системы у животных в эксперименте / В.А. Панков, М.В. Кулешова, Е.В. Катаманова, Н.В. Картапольцева // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. - 2013. - №3 (91), Ч. 2. - С. 113-119.

11. Панков В.А. Динамика морфофункционального состояния центральной нервной системы у белых крыс при вибрационном воздействии / В.А. Панков, Е.В. Катаманова, М.В. Кулешова, Е.А. Титов, Н.В. Картапольцева, Н.Л. Якимова, А.В. Лизарев // Медицина труда и промышленная экология. - 2014. - №4. - С. 37-44.

12. Буреш Я., Бурешова О., Хьюстон Д.П. Методики и основные эксперименты по изучению мозга и поведения. - М.: Высшая школа, 1991. - 390 с.

13. Ярилин А.А. Иммунология. М.: ГЭОТАР_Медиа, 2010. - 752 с.