Способ моделирования нарушений в организме лабораторных животных, вызванных воздействием шума в постконтактном периоде

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

Авторами (Андреева-Галанина Е.Ц. и соавт., 1972) в эксперименте на животных установлено, что под влиянием шума активизируется ретикулярная формация мозгового ствола и диэнцефальная область, при раздражении подкорковых образований появляются глубокие биохимические сдвиги в клетках рецепторного аппарата, происходит перенапряжение тормозных процессов в коре и подкорковых слуховых центрах, что приводит к последующим нарушениям в других звеньях слухового анализатора, истощению и перерождению клеток звуковоспринимающего аппарата, а морфологически определяется в виде дистрофических и атрофических изменений [2]. Разработанные ранее экспериментальные модели касались, прежде всего, вопросов гигиенического нормирования физических факторов, что не позволяло в полной мере подойти к раскрытию механизмов патогенеза профессиональных заболеваний, вызванных воздействием физических факторов. За последние годы экспериментальных исследований по данной проблеме практически не проводилось, за исключением отдельных, весьма немногочисленных работ.

Известны модели патологии сердечно-сосудистой, двигательной и других систем организма после воздействия шума [3,9]. Другими авторами изучались поведенческие реакции в открытом поле у белых крыс после воздействия вибрации и шума [1].

Авторами выполнена серия исследований для оценки влияния шума на организм белых беспородных крыс сразу после окончания воздействия. Данная модель предназначается для изучения воздействия шума сразу после окончания воздействия [6,7]. Животные подвергались воздействию широкополосного шума интенсивностью 100 дБА в течение 5 дней по 4 часа ежедневно на протяжении 15, 30, 60 и 120 дней, эффект воздействия изучался сразу после окончания серии экспериментов.

Прототипом для нашего способа является модель Черток А.Г. и соавт. (2006), заключавшаяся в воздействии на половозрелых белых крыс-самок шумом 86 дБ и вибрацией 72 Гц на шумовибрационном стенде по 6 часов ежедневно в течение 7 суток с целью изучения состояния сосудисто-капиллярного русла матки у крыс на 1-е, 3-й, 5-е, 10-е, 20-е, 30-е и 60-е сутки восстановительного периода [8].

Недостатком прототипа является комплексное воздействие шума и вибрации, что не дает возможности оценки изолированного воздействия шума на организм животных; отсутствие оценки функционирования нервной системы в постконтактном периоде воздействия шума, являющимся информативным для изучения и оценки течения профессиональной патологии у работавших, прекративших контакт с физическими факторами.

Задачей изобретения является получение информативной модели нарушений нервной и иммунной системы в отдаленном постконтактном периоде после воздействия шума у экспериментальных животных.

Технический результат достигается путем многократного и систематического воздействия широкополосным шумом на лабораторных животных и получения, таким образом, устойчивых изменений в центральной и периферической нервной системе и иммунологических показателей.

Способ осуществляется следующим образом:

Лабораторных животных помещают на 4 часа в экспериментальную камеру и воздействуют широкополосным шумом интенсивностью 100 дБА. Воздействие шумом проводят 5 раз в неделю в течение 30 дней. Для изучения эффектов воздействия шума в постконтактном периоде исследование систем организма животных проводят не ранее, чем через 30 дней и не позднее 120 дней после окончания шумового воздействия.

Во время проведения эксперимента осуществляется постоянный контроль за условиями микроклимата (температура воздуха, скорость движения воздуха, влажность), освещенности, параметры которых поддерживаются в оптимальном состоянии.

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 (сертификат имеется). Опытные животные были разделены на 3 группы (по 24 особи в каждой группе): 1 группа - животные, подвергавшиеся воздействию шума в течение 30 дней, обследовались через 30 дней после воздействия (n=24); 2 группа - животные, подвергавшиеся воздействию шума в течение 30 дней (n=24), обследовались через 60 дней после воздействия (n=24); 3 группа - животные, подвергавшиеся воздействию шума в течение 30 дней (n=24), обследовались через 120 дней после воздействия (n=24). Группа сравнения представлена животными, обследованными сразу после окончания 30-дневной экспозиции шума (n=24). Учитывая длительность экспериментальных исследований, в каждой серии экспериментов в качестве контроля использовали интактных животных для каждой опытной группы (n=72). Верификацию последствий воздействия шума проводили непосредственно после прекращения контакта с шумом и трижды в постконтактном периоде. Эксперименты проводили с учетом воспроизводимости. Результаты исследований, полученные во все сроки экспериментов у животных опытных и контрольных групп сопоставимы, так как обязательным условием было использование животных одного возраста и массы, содержание их в идентичных условиях, соблюдение дозировок и стандартности методик.

Ориентировочно-исследовательскую активность, эмоциональное состояние оценивали по методу «Открытое поле». Идентификацию отдельных поведенческих паттернов (актов), проводили на основании вероятности появления того или иного акта. Оценку состояния центральной нервной системы (ЦНС) и периферической нервной системы проводили по данным регистрации электроэнцефалографии (ЭЭГ), слуховых вызванных потенциалов (СВП), соматосенсорных вызванных потенциалов (ССВП), показателей стимуляционной электронейромиографии (ЭНМГ). Для изучения изменений в иммунной системе определяли в сыворотке крови содержание цитокинов: интерлейкина-1β (IL-1β), 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» с использованием параметрических и непараметрических методов статистической обработки.

По данным анализа ЭНМГ - показателей у экспериментальных животных регистрируются статистически значимые различия с данными контрольной группы через 30 дней после действия шума. В опытной группе отмечается увеличение длительности и латентного периода М-ответа (табл. 1). Через 60, 120 дней после воздействия шума у экспериментальных животных сохраняется возрастание латентного периода М-ответа при сравнении с данными контроля.

По данным регистрации ССВП установлены статистически значимые различия с данными контрольной группы, заключающиеся в увеличении латентного периода коркового компонента, у группы экспериментальных животных в 30-дневном постконтактном периоде, которые сохраняются через 60 и 120 дней (табл. 2).

В постконтактном периоде воздействия шума отмечаются выраженные изменения в ЦНС в виде перераспределения основных ритмов ЭЭГ в сторону депрессии доли медленноволновой тетта- и дельта-активности и доминирования быстроволновых бета1- и бета 2-ритмов (табл. 4). Регистрация СВП позволила выявить тенденцию к увеличению латентности пика Р1 на протяжении всего постконтактного периода и статистически значимое удлинение латентности пика Р2 спустя 30 и сохранение данной направленности через 60 дней периода восстановления.

Амплитуда пика Р1 СВП значительно снизилась на 30-ый и 60-ый дни постконтактного периода, а к 120 дню наблюдения достигла значений группы животных, обследованной сразу после окончания воздействия шумом. Амплитудные значения пика Р2 характеризовались достоверным уменьшением через 60 дней до 120-дневного восстановительного периода. Сохранение изменений ЭЭГ у белых крыс опытных групп в динамике постконтактного периода свидетельствуют о стойком дестабилизирующем эффекте шумового воздействия на ЦНС белых крыс.

При обследовании в тесте «Открытого поля» до проведения эксперимента различий в поведении животных опытных и контрольных групп не выявлено. Сравнительный анализ поведенческой активности животных опытных и контрольных групп показывает, что в 120-дневном постконтактном периоде воздействия шума у крыс опытной группы наблюдается снижение спонтанной двигательной активности («локомоция»), исследовательской активности («норка»), увеличение паттернов поведения, характеризующих негативно-эмоциональное поведение животных («движение на месте», «стойки», «сидит»). Нарушения ориентировочно-исследовательского поведения, включая двигательную активность и эмоциональность животных сохраняются у животных в постконтактном периоде воздействия шума (табл. 3). Показатели поведения животных в «Открытом поле» являются вариабельными, и наблюдавшиеся некоторые изменения поведенческих реакций у интактных животных между собой при тестировании в разные сроки эксперимента можно объяснить различиями в сезонности обследования, колебаниями атмосферного давления, температуры окружающей среды.

В динамике постконтактного периода воздействия шумом происходили изменения в содержании провоспалительных IL-1β и TNF-α. IL-1β является основным медиатором воспалительных реакций, в том числе при повреждении ткани, и пусковым фактором роста и пролиферации клеток. Он также служит ко-фактором активации В-клеток [5]. В патогенезе заболеваний важная роль отводится дисбалансу про- и противовоспалительных цитокинов [4,10]. Нарушение продукции и процесса рецепции цитокинов способно приводить к различным заболеваниям. Развивающийся при заболеваниях цитокиновый дисбаланс, в свою очередь, способен выступать фактором, отягощающим их течение.

Установлено, что в постконтактном периоде происходит достоверное увеличение IL-1β через 30, 60 и 120 дней после окончания воздействия по отношению к группе сравнения. В то же время, концентрация TNF-α после прекращения контакта с шумом оставалась низкой спустя 30, 60 и 120 дней относительно группы сравнения. Значения показателя противовоспалительного IL-10 не повышались как на начальных, так и на последних этапах наблюдения в постконтактном периоде (табл. 5).

Анализ изменений цитокинового профиля после воздействия шума позволил выявить сохранение нарушений в балансе цитокинов в постконтактном периоде. Результаты свидетельствуют о значительном нарушении цитокиновой регуляции в формировании иммунного ответа организма в постконтактный период после воздействия шума.

Таким образом, нарушения в организме лабораторных животных, вызванные воздействием шума в постконтактном периоде характеризуются по результатам ЭНМГ увеличением длительности и латентного периода М-ответа в постконтактном периоде (30, 60, 120 дней); удлинением латентного периода коркового компонента ССВП, сохраняющегося по 30-, 60- и 120-дневный период восстановления. Нарушения в виде снижения амплитуды и нарастания латентности СВП, а также перераспределение ритмов со сменой медленноволновой активности на доминирование быстроволнового диапазона у белых крыс в динамике постконтактного периода воздействия шума, свидетельствуют о длительно протекающих стойких дестабилизирующих процессах в головном мозге животных, подверженных воздействию шума. Изменения поведенческой активности у белых крыс опытной группы в виде снижения количества показателей исследовательского поведения: «локомоция» и «норка», а также увеличения паттернов поведения, характеризующих негативно-эмоциональное поведение животных: «движение на месте», «стойки», «сидит», подтверждают нарушение целостности структуры поведения животных и сохраняются вплоть до 120-дневного постконтактного периода воздействия шума. Повышение содержания IL-1β и снижение уровня TNF-α в сыворотке крови белых крыс и сохранение данных изменений в динамике свидетельствует о стойкости сформировавшихся повреждений в иммунной системе животных.

Таким образом, предлагаемый способ моделирования отдаленных последствий шумового воздействия позволяет получить у животных стойкие изменения в нервной и иммунной системах с целью проведения исследований по изучению патологических состояний животных и человека, а также разработки технологий лечения и профилактики шумового воздействия.

Литература

1. Абдулкина Н.Г., Зайцев К.В., Жукова О.Б., Гостюхина А.А., Воробьев B.А., Зайцев А.А. Ориентировочно-исследовательское поведение у крыс при вибрационно-шумовом воздействии. Медицина и образование в Сибири. - №6. - 2015.

2. Андреева-Галанина Е.Ц., Алексеев С.В., А.В. Кадыскин, Суворов Г.А. Шум и шумовая болезнь / Монография, под ред. Е.Ц. Андреевой-Галаниной. - Ленинград: «Медицина», 1972. - 302 с.

3. Власов В.Н., Самыкина Л.Н., Шумилина А.В. и др. Постановка экспериментальных исследований по оценке сочетанного действия химических веществ, общей вибрации и шума на сердечно-сосудистую систему / Пособие для врачей. - Самара-Тольятти, 2006. - 32 с.

4. Кашаева Л.Н., Карзакова Л.М., Саперова В.Н. [и др.] Изучение цитокинового статуса при церебральном инсульте // Иммунология. - 2005. - №3. - C. 161-164.

5. Кетлинский С.А., Симбирцев А.С. Цитокины. СПб.: ООО «Издательство Фолиант», 2008. - 552 с.

6. Панков В.А., Катаманова Е.В., Кулешова М.В., Титов Е.А., Картапольцева Н.В., Лизарев А.В., Якимова Н.Л. Динамика формирования изменений в центральной нервной системе при воздействии шума в эксперименте / Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. №11-3. С. 464-468.

7. Титов Е.А., Новиков М.А., Панков В.А., Рукавишников B.C. Альтерация ткани головного мозга белых крыс при воздействии шума в динамике эксперимента / В сборнике: Инновационные научные исследования: теория, методология, практика сборник статей победителей III международной научно-практической конференции. 2016. - С. 231-233.

8. Черток А.Г., Беспалова Е.В., Немков Ю.К. Влияние шумовибрационного воздействия на микроциркуляторное русло матки в эксперименте // Тихоокеанский медицинский журнал. - 2006. - №3. - С. 70-72.

9. Унанян Л.С, Соцкий О.П., Хачатрян Л.Г., Ширинян Э.А., Мелконян М.М. Окислительная модификация белков сыворотки крови белых крыс под влиянием шума и b₂-адреноблокаторов. Биологический журнал Армении. - 2010. - 1(62). - С. 79-83.

10. Sivalingam S.P., Thumboo J., Vasoo S., Thio S.T., Tse C, Fong K.Y. In vivo Pro- and Antiinflammatory Cytokines in Normal and Patients with Rheumatoid Arthritis // Ann. Acad. Med. Singapore. - 2007. - Vol. 36, N 2. - P. 96-94.

Примечание: * - различия статистически значимы по сравнению с контрольной группой белых крыс при р<0,05, количество животных в каждой группе равно 8.

Примечание: * - различия статистически значимы по сравнению с контрольной группой белых крыс при р<0,05, количество животных в каждой группе равно 8.

Примечание: * - различия статистически значимы по сравнению с контрольной группой белых крыс при р<0,05; ^ - различия статистически значимы между показателями опытной группы и группы сравнения при р<0,05, количество животных в каждой группе равно 24.

Примечание: * - по сравнению с группой сравнения при р<0,05; • - между сроком 30 и 60 дней при р<0,05; ♦ - между сроком 60 и 120 дней при р<0,05; количество животных в каждой группе равно 8.

Примечание: * - по сравнению с группой сравнения при р<0,05; • - между сроком 30 и 60 дней при р<0,05; ♦ - между сроком 60 и 120 дней при р<0,05; А - между 30 и 120 дней различия достоверны при р<0,05; количество животных в каждой группе равно 8.