СПОСОБ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ЖИВОТНЫХ К ГИПОКСИИ Российский патент 1994 года по МПК A61B10/00 G01N33/28 

Изобретение относится к экспериментальной биологии и медицине, а именно к нейрохимическим способам подбора эффективных тренировок к гипоксии, и может быть использовано для прогнозирования эффективного числа тренировок, приводящих к развитию адаптивной реакции энергетического метаболизма мозга, вследствие чего повышается устойчивость тканей организма, в частности мозга к недостатку кислорода. Разработка способов определения эффективного количества тренировок к гипоксии является оптимальной задачей современной биологии и медицины, так как гипобарические тренировки являются общепринятым способом повышения устойчивости организма к гипоксии, но вопрос об эффективном количестве тренировок продолжает оставаться неразработанным, в силу чего известные сроки тренировок сильно варьируют.

Известны следующие сроки и виды тренировок:
1) 30-45-дневная тренировка, включающая ежедневный "подъем" в барокамере на определенную "высоту" (6000-7000 м) и ежедневная экспозиция на этой "высоте" в течение 6 ч .

2) 30-дневная тренировка, включающая "подъем" в барокамере на высоту 2500-7000 м при ежедневном увеличении "высоты" на 500 м с экспозицией 5 ч в сутки.

3) Адаптация к гипоскии при непрерывном прибывании в условиях высокогорья (3200 м над уровнем моря) в течение нескольких недель.

4) 2-4-8-дневные тренировки путем ежедневной 60-минутной экспозиции животных в барокамере проточного типа при разрежении воздуха до 310 мм рт.ст. , что соответствует "высоте" 7000 м.

Сложность подбора оптимального числа тренировок усугубляется тем, что, судя по последним данным, в развитии адаптивной реакции явно отсутствует непрерывная тенденция повышения устойчивости с увеличением числа тренировок.

По некоторым данным, при краткосрочной адаптации 4-дневная тренировка повышает устойчивость к гипоксии, а 8-дневная является уже неэффективной.

Специальных способов определения оптимального количества тренировок, позволяющих прогнозировать таковое количество по результатам какого-то одного тестирования или одной тренировки, в литературе не описано. Поэтому в настоящее время подбор оптимального срока адаптации сводится к ежедневному комплексному сложному исследованию организма, его различных органов и тканей с последующим выделением наиболее оптимального состояния организма в какой-то срок. Для такого подбора используется изучение различных органов и тканей, но особое внимание уделяется состоянию головного мозга как наиболее чувствительного к гипоксии. Среди имеющихся способов оценки состояния мозга особое место занимают биохимические способы, позволяющие исследовать энергетический метаболизм мозга, наиболее тонко реагирующий на малейшие изменения в мозге. Развитию этих способов уделяется все большее внимание, несмотря на то, что они являются сугубо экспериментальными, т.к. воспроизводимыми только у экспериментальных животных, так как требуют для своего осуществления взятия ткани мозга. Такие способы используются для подбора и проверки регулируемых моделей гипоксии, выбора и проверки действия на организм искусственных газовых смесей, которые используются в условиях герметически замкнутых систем жизнеобеспечения при подъемах на большие высоты, а также как первый предварительный этап в разработке оптимальных режимов адаптации для человека.

Поскольку предлагаемый способ также относится к числу сугубо экспериментальных, за прототип взят биохимический способ оценки тренировочных режимов к гипоксии, требующий для своего осуществления взятия ткани мозга.

За прототип предлагаемого изобретения выбран способ определения эффективного количества тренировок к гипоксии, включающий взятие мозга после тренировки и определение эффективного срока тренировок по снижению содержания АМФ мозга относительно нормы.

В конкретном примере осуществления этого способа показано, как с его помощью оценивается эффективность какого-то срока тренировки к гипоксии (в примере - 8-дневного). Критерием эффективности тренировки в этом способе является снижение АМФ мозга относительно нормы. Используется этот критерий следующим образом. Если требуется оценить эффективность какого-то определенного срока, например 8 дней, животное тренируют 8 дней, затем забивают и в мозге определяют содержание АМФ. Если требуется выбрать эффективное количество тренировок из тех же 8 дней, необходимо ежедневно (от первого до восьмого дня) забивать животных и в мозге определять АМФ, затем из 8 определений АМФ выбирать оптимальное. Хотя этот способ основан на определении только одного показателя (АМФ мозга) и не требует комплексного исследования, применение его сложно, длительно и неэкономично: требуется длительное проведение тренировки, забой большого количества животных, много реактивов и т. п. Это объясняется невозможностью прогнозирования эффективного количества тренировок по результатам какого-то одного тестирования нагрузкой, одной тренировки.

Целью изобретения является прогнозирование эффективного количества тренировок по результатам одной тренировки к гипоксии.

Поставленная цель в способе определения эффективного количества тренировок к гипоксии достигается тем, что животному проводят одну гипобарическую тренировку, затем берут мозг, определяют в нем содержание АТФ, а содержание АМФ рассчитывают по формуле

Для доказательства соответствия предлагаемого изобретения критерию "новизна" проведено сопоставление его признаков с признаками прототипа, что отражено в таблице.

Из таблицы видно, что предлагаемый способ имеет два отличительных признака от прототипа, что обеспечивает его соответствие критерию "новизна".

Все отличительные признаки существенны для достижения поставленной цели. Прогнозировать эффективное количество тренировок можно только при условии определения в ткани мозга АТФ (а не АМФ), как в прототипе, с последующим расчетом АМФ по предлагаемой формуле. По значению АМФ после одной тренировки прогнозировать дальнейшее его изменение невозможно, так как эти изменения зависят от содержания АТФ и эта зависимость имеет четкое математическое выражение.

Для доказательства соответствия предлагаемого изобретения критерию "существенные отличия" проведен анализ технических решений, содержащих признаки, отличающие предлагаемое изобретение от прототипа.

Первый отличительный признак - проведение всего одной тренировки. Ранее ни в одном из известных способов не предлагалось по результатам всего одной тренировки прогнозировать эффективность любого последующего срока тренировок.

Второй отличительный признак - определение в мозге содержания АТФ. В данном случае АТФ определяется для того, чтобы в последующем на основании этого значения рассчитать АМФ. Прием расчета АМФ по экспериментально полученному значению АТФ известен в известном способе определения АМФ. В отличие от известного способа в предлагаемом способе впервые показано, что изменение АМФ в процессе адаптации зависит от АТФ и от срока тренировки. В известном способе показано, что содержание АМФ в какой-то строго фиксированный момент зависит от АТФ и от времени пребывания животного в состоянии кислородного голодания. От каких величин зависит изменение АМФ в процессе тренировки и как выражается эта зависимость показано впеpвые. Сам вид зависимости имеет в известном способе и в предлагаемом разное выражение.

Таким образом, предлагаемый способ отвечает критерию "существенные отличия", так как основан на новой, неизвестной ранее закономерности изменения АМФ в процессе тренировок.

Положительный эффект способа заключается в том, что предлагаемый способ позволяет прогнозировать количество эффективных тренировок лишь по одной тренировке. Это дает возможность сократить время экспериментального исследования и сэкономить количество экспериментальных животных и используемые реактивы.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Берут экспериментальное животное и проводят с ним одну тренировку в условиях разреженной атмосферы. Может быть взято экспериментальное животное любого вида, так как содержание АМФ в мозге животных (крысы, кролики, кошки, мыши) приблизительно одинаково. Тренировку проводят путем "подъема" животного в барокамере на "высоту" 7000 м с экспозицией в течение 60 мин. Описанная закономерность установлена именно для этого режима тренировки. Предпочтительность его выбора объясняется тем, что уже единственная экспозиция животных при гипобарической гипоксии (60 мин. на "высоте" 7000 м) повышает устойчивость мозга к недостатку кислорода. После однократного внешнего воздействия формируется приспособительная реакция, которая готовит организм к повторной "встрече" с данным воздействием через сутки.

На кафедре биохимии Горьковского медицинского института разработан режим краткосрочных тренировок к гипоксии. Тренировки осуществляются путем ежедневной 60-минутной экспозиции животных в барокамере проточного типа при разрежении воздуха до 310 мм рт.ст. ("высота" 7000 м) в течение 2, 4 и 8 дней. Воздействие гипоксии данной тяжести выбрано потому, что в этих условиях не развиваются заметные изменения в энергетическом обмене мозга, данная степень тяжести гипоксии не является жизненноопасной. При тренировке к гипоксии очень важны временные интервалы между индивидуальными стимулами. Если интервалы слишком коротки, неблагоприятные эффекты первоначального стимулирования суммируются с последующими, и адаптация не происходит. Использование подходящих адаптационных доз увеличивает резистентность на относительно длительный период.

Далее в ткани мозга животного определяют АТФ любым известным методом.

Затем содержание АМФ рассчитывают по формуле

где y - концентрация АМФ в мозге животных;
х - концентрация АТФ в мозге животных;
n - число тренировок, n=1, 2, 3 и т.д.

Задают число тренировок (n). Экспериментально полученную концентрацию АТФ и количество тренировок подставляют в приведенную формулу. Рассчитывают значение y - содержание АМФ.

Сравнивают полученные значения y с содержанием АМФ в мозге интактных животных.

Те значения n, при которых наблюдается увеличение y по сравнению с нормой, относят к неэффективному количеству тренировок. Те значения n, при которых наблюдается существенное снижение y по сравнению с нормой, относят к эффективному количеству тренировок.

П р и м е р. Имеется возможность тренировки животного в течение 8 дней. Поставлена задача: определить эффективное количество тренировок, т.е. определить, сколько дней необходимо и достаточно тренировать животное для повышения устойчивости к гипоксии, обязательно ли тренировать все 8 дней или можно обойтись более коротким сроком.

Решение поставленной задачи.

Тренируют животное (кролика) к гипоксии, создавая разрежение воздуха в барокамере до 310 мм рт.ст., что соответствует "подъему" на "высоту" 7000 м, и выдерживают его в течение 60 мин.

Выделяют ткань мозга животного, замороженного в жидком азоте. Определяют концентрацию АТФ в мозге хроматографическим методом, получают 1,74 мкM/г ткани.

Затем рассчитывают содержание АМФ для каждого тренировочного "подъема" (первого, второго, третьего и т.д.) по формуле

при n=2,3,4,5,6,7,8.

n=2 х=1,74
y_o(2)=2542,8333+5086,4041·cos = -1,269
y₁(2)=1420,6595+2837,5352·cos = 7,4138
y₂(2) = -37,986152+70,45783·cos = -14,090027
y₃(2) = -188,38576-379,80187·cos = 8,84079
+7,41138(1,74)²-14,090027(1,74)+
Аналитическое значение АМФ 0,085 получилось меньше концентрации АМФ 0,22 ± 0,919, которое наблюдается у интактных животных, значит двухдневная тренировка эффективна.

n=3 х=1,74
y_o(3)=2542,8333+5086,4041·cos = 6439,6749
y₁(3)=1420,6595+2837,5352·cos = 3591,6037
y₂(3) = -37,986152+70,45783·cos = -86,233067
y₃(3) = -188,38576-379,80187·cos = -482,94717
y=6439,6749х³+3591,6037х²-86,233067х- - 482,94717
По величине коэффициентов перед х³ и х² видно, что функция y при любом значении х>1 (концентрация АТФ) резко растет, а поэтому концентрация АМФ естественно будет больше нормы, 3-дневная тренировка будет неэффективной.

n=4 х=1,74
y_o(4)=2542,8333+5086,4041·cos = 0,0942
y₁(4)=1420,6595+2837,5352·cos = -0,8463
y₂(4) = -37,986152+70,45783·cos = 2,514699
y₃(4) = -188,38576-379,80187·cos = -2,18372
y= 0,0942(1,74)³-0,8463(1,74)²+2,514699(1,74)- - 2,18372=0,4962478-2,5622578+4,3755762- - 2,18372=0,125862
Аналитическое значение концентрации АМФ меньше содержания АМФ, которое наблюдается у животного в норме, значит 4-дневная тренировка является эффективной.

n=5 х=1,74
y_o(5)=2542,83333+5086,4041·cos = 7189,6652
y₁(5)=1420,6595+2837,5352·cos = 4011,8398
y₂(5) = -37,986152-70,45783·cos = 31,797889
y₃(5) = -188,38576-379,80187·cos = 182,39353
y=7189,6652х³+4011,8398х²+31,797889х+ +182,39353
Значения коэффициентов функции y таковы, что при любом значении х (концентрации АТФ) y будет резко расти и всегда концентрация АМФ будет оставаться значительно выше.

Изобретение относится к экспериментальной биологии и медицине, а именно к нейрохимическим способам подбора оптимальных тренировок к гипоксии, и может быть использовано для прогнозирования эффективности числа тренировок, приводящих к развитию адаптивной реакции энергетического метаболизма мозга, вследствие чего повышается устойчивость тканей организма, в частности мозга, к недостатку кислорода. Целью изобретения является сокращение времени исследования, экономия экспериментального материала и реактивов, а также экспериментальных животных, прогнозирование сроков развития устойчивости животных к гипоксии с помощью математической модели. Поставленная цель достигается тем, что эксперментально создается заданная степень разрежения воздуха (310 мм, рт. ст.), замеряется время пребывания животного в условиях гипоксии (60 мин), проводят прижизненную фиксацию мозга быстрым замораживанием, определяют концентрацию АТФ в мозге любым известным методом. Затем рассчитывают концентрацию АМФ по формуле где x - концентрация АТФ в мозге животного; y - концентрация АМФ в мозге животного; n - число тренировочных подъемов. 1 табл.

СПОСОБ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ЖИВОТНЫХ К ГИПОКСИИ путем взятия мозга после тренировки к гипоксии, определения в мозге содержания АМФ и оценки устойчивости по направленности изменения АМФ относительно нормы, отличающийся тем, что тренировку проводят однократно, затем дополнительно в мозге определяют содержание АТФ, а содержание АМФ определяют по формуле
y = 2542,8333+50886,4041·cos X³ +
+ 1420,6595+2837,5352·cos X²-
- 37,986152+70,45783·cos X-188,38576+379,80187·cos ,
где X - концентрат АТФ в мозге;
Y - функция, характеризующая направленность изменения АМФ в мозге животного;
n - число тренировочных подъемов.