СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНИ ЛЕГКИХ Российский патент 2009 года по МПК G09B23/28 

Описание патента на изобретение RU2360296C1

Изобретение относится к медицине, а именно к экспериментальной пульмонологии, и может быть использовано при создании модели хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ).

Хроническая обструктивная болезнь легких - заболевание, в основе которого лежит хроническое воспаление с развитием прогрессирующей, преимущественно необратимой обструкции бронхов и ремоделирования легочной ткани. Отсутствие заметного прогресса в лечении ХОБЛ объясняется не только необратимостью морфологических изменений в бронхолегочной системе, но и недостаточной изученностью механизмов возникновения и развития этих изменений.

Известен способ моделирования ХОБЛ-подобного состояния путем ингаляций диоксида серы [Wagner U., Staats P., Fehmann H.C., Welte Т., Greneberg D.A., Fisher A. Analysis of airway secretions in a model of sulfur dioxide induced chronic obstructive pulmonary disease (COPD) // J. Occup. Med. Toxicol. - 2006. - Vol.1:12. doi: 10.1186/1745-6673-1-12]. Крыс подвергали непрерывному воздействию диоксида серы в дозах от 5 до 80 ppm (от 14 до 229 мг/м3) в течение 20-25 дней. Только при дозе 20 ppm или 57 мг/м3 было выявлено сочетание признаков воспаления дыхательных путей и гиперсекреции, которое трактовалось как ХОБЛ.

Известен способ моделирования ХОБЛ [Xu J., Zhao M., Liao S. Establishment and pathological study of models of chronic obstructive pulmonary disease by SO2 inhalation method // Chin. Med. J. (Engl). - 2000. - Vol.113 (30). - P.213-216.], в котором использовали ингаляции диоксида серы в очень высокой концентрации 250 ppm или 715 мг/м3 в режиме 5 ч/дн., 5 дн./нед., 7 нед. Снижение пиковой величины выдыхаемого потока воздуха (<80% нормы) в сочетании с гистологическими признаками воспаления и гиперсекреции оценивали как ХОБЛ. Воспроизводимость получаемой модели составляет 64%.

Недостатки указанных способов заключаются в необходимости проведения многочасовых или непрерывных ингаляций, противоречивости приводимых авторами результатов при использовании большого диапазона концентраций диоксида серы, низкой воспроизводимости. Заключения о хроническом характере полученных изменений представляются необоснованными, поскольку исследования выполнялись сразу по окончании ингаляций и не проводились длительные наблюдения за животными в постэкспозиционном периоде. Недостатки диоксида серы как индуктора воспалительного процесса в бронхах обусловлены его токсикологическими характеристиками. Диоксид серы обладает сильным раздражающим действием. Хорошо растворяясь в воде, он фиксируется слизистой оболочкой верхних дыхательных путей и достигает респираторных отделов лишь при высоких концентрациях, вызывающих токсическое поражение легочной паренхимы. Вместе с тем он способен вызвать бронхоспазм в достаточно низких концентрациях, не вызывающих альтерацию легочной ткани.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в создании подтвержденных гистологически хронического воспаления и обструкции бронхов, а также в повышении воспроизводимости модели.

Сущность изобретения заключается в достижении заявленного технического результата в способе моделирования хронической обструктивной болезни легких, включающем введение лабораторным животным ингаляционного оксиданта, при этом в качестве оксиданта используют диоксид азота в концентрации 30-40 мг/м3, который ингалируют ежедневно в течение 1,5-2 часов не менее 60 дней.

Выбор диоксида азота в качестве оксиданта для моделирования ХОБЛ был обусловлен тем, что основными этиологическими факторами развития воспалительного процесса при ХОБЛ являются табачный дым и поллютанты промышленного происхождения. Среди аэрогенных поллютантов наиболее агрессивен диоксид азота, концентрации которого в воздушной среде производственных и бытовых помещений в 10-100 раз превышают допустимые нормы. Диоксид азота - важный компонент табачного дыма, и значительная часть населения при курении (как активном, так и пассивном) подвергается воздействию диоксида азота в сверхвысоких концентрациях, достигающих в табачном дыме 90-150 мг/м3. В отличие от диоксида серы оксиды азота, плохо растворяясь в воде, легко проникают до уровня терминальных бронхиол и альвеол. Обладая значительным оксидативным потенциалом, диоксид азота взаимодействует с ненасыщенными липидами клеточных мембран, вызывая цепную реакцию выработки свободных радикалов и инициируя в легких оксидативный стресс - важный механизм развития ХОБЛ, а также подавляет антиоксидантную защиту легких, окисляя низкомолекулярные восстанавливающие субстраты (глутатион, аскорбиновую кислоту, α-токоферол) и белки.

Выбор дозы и длительности воздействия диоксида азота основывался на следующих положениях. Параметры экспозиции должны исключать острые токсические повреждения легких, гибель животных и не оказывать резкого раздражающего действия на дыхательные пути. Порог раздражающего действия диоксида азота при 15-минутной экспозиции составляет 90 мг/м3. Вдыхание диоксида азота в концентрации 100 мг/м3 уже представляет опасность для организма человека и животных, а при концентрации >500 мг/м3 развивается отек легких. Доза 350-450 мг/м3 при длительности воздействия 15 мин приводит к гибели 50% животных (ЛД50). Опытным путем были установлены параметры экспозиции диоксида азота, которые не вызывают острых токсических повреждений, обеспечивают 100% выживаемость животных и хронический характер формирующихся патологических изменений, характерных для ХОБЛ. При этом воспроизводимость модели составляет 90%.

Способ осуществляют, например, следующим образом.

Животных (взрослые крысы линии Вистар) помещают в камеру, которая соединена шлангом с лабораторной установкой для получения ex temporae диоксида азота. Лабораторная установка состоит из колбы Вюрца с отводной трубкой и делительной воронки. Камеру и установку располагают в вытяжном шкафу. Навеску азотнокислого натрия (50 мг) помещают в колбу Вюрца и с помощью делительной воронки по каплям прибавляют концентрированную серную кислоту. В результате химической реакции

2NaNO2+H2SO4=Na2SO4+NO+NO22О

выделяется смесь оксидов азота. Под влиянием кислорода воздуха, содержащегося в колбе, бесцветный оксид азота (NO) переходит в наиболее стабильный желто-бурый диоксид (NO2), который по отводной трубке и соединительному шлангу с помощью резиновой груши нагнетают в экспериментальную камеру. Через специальное герметично закрывающееся отверстие забирают пробы воздуха для определения концентрации диоксида азота и поддержания ее в пределах 30-40 мг/м3. Ингаляции проводят ежедневно в течение 1,5-2 часов не менее 60 дней.

Способ иллюстрируется следующими экспериментальными исследованиями.

Объектом моделирования явились взрослые крысы линии Вистар (самцы) массой тела 180-200 г (n=160). Исследования выполнены на четырех группах животных (по 30 особей в каждой группе) с различными сроками воздействия диоксида азота: 15, 30, 60 дней и восстановительный период 6 мес. Контролем к каждой группе служили 10 интактных крыс.

Животных помещали в камеру объемом 90 л, оснащенную вентилятором для обеспечения равномерного распределения газа, и подвергали 30-40 минутным экспозициям диоксида азота по описанной выше методике три раза в день с интервалом между экспозициями 30 мин на протяжении 15, 30 и 60 дней. Прерывистый режим экспозиции обусловлен необходимостью проветривания камеры от накапливающегося при дыхании животных углекислого газа.

Животных контрольных групп на те же сроки помещали в аналогичную камеру, заполненную воздухом. После завершения 60-дневного периода экспозиции диоксидом азота за 30 животными продолжали наблюдение в течение полугода (восстановительный период). Эвтаназию животных осуществляли путем цервикальной дислокации.

Структурно-функциональные изменения, развивающиеся под воздействием ингаляций диоксида азота, оценивали по результатам морфологического, морфометрического и иммуногистохимического исследования легочной ткани, иммунологического исследования бронхоальвеолярной лаважной жидкости (БАЛЖ).

1. Гистология

Динамика структурных изменений легочной ткани на различных сроках воздействия диоксида азота представлена в таблице 1.

Таблица 1 Сроки воздействия диоксида азота Характеристика морфологических изменений легочной ткани 15 дней В просветах крупных и мелких бронхов отек слизистой оболочки и пласты десквамированного эпителия. Гиперплазия лимфоидных образований в стенке бронхов и нарушение образования секрета бронхиальными железами. 30 дней В стенке бронхов отек стромы, лимфоцитарно-лейкоцитарная инфильтрация подслизистого слоя и дистрофия эпителия бронхиальных желез. Инфильтрация лейкоцитами с примесью лимфоцитов и плазмоцитов перебронхиальной и периваскулярной клетчатки и межальвеолярных перегородок. В респираторной части легких - участки перерастяжения. Расширение просвета мелких бронхов с атрофией мышечной пластинки. 60 дней В стенке крупных бронхов - умеренный склероз, дистрофические и атрофические изменения бронхиальных желез, участки плоскоклеточной метаплазии цилиндрического эпителия. В субэпителиальном отделе стенки бронхов - периваскулярный и перибронхиальный склероз, диффузная лимфомоноцитарная инфильтрация с примесью лейкоцитов. В мелких дистальных бронхах - атрофия слизистой оболочки и мышечной пластинки, выраженная дилятация просвета, дистрофия хрящевой пластинки и бронхиальных желез. В мелких и крупных сосудах - дисциркуляторные нарушения, перекалибровка сосудов, редукция капиллярного русла в межальвеолярных перегородках. В респираторной части легких - признаки эмфиземы и очагового фиброза. Восстановительный период (6 мес) Сохраняются все перечисленные выше изменения в крупных, средних, мелких бронхах и респираторной части легких. Клетки Клара замещались бокаловидными клетками, просвет бронхиол заполнен слизистым секретом. Контроль Структура легочной ткани без особенностей. В респираторной части - редкие участки перерастяжения.

Представленные результаты морфологических исследований позволяют считать, что под влиянием длительного воздействия ингаляционного оксиданта диоксида азота происходит формирование модели ХОБЛ, предполагающей развитие нарастающего по степени выраженности и распространенности повреждения легочных структур. Так, при ингаляции диоксида азота в течение 15, 30 и 60 дней происходило формирование хронического воспалительного процесса в бронхах. Выявлен морфологический субстрат, предрасполагающий к бронхиальной обструкции: гиперплазия и гиперсекреция бокаловидных клеток, метаплазия реснитчатого эпителия, способствующая нарушению трахеобронхиального клиренса, истончение и атрофия мышечной пластинки мелких бронхов и расширение их просвета. Изменения респираторной части легких - перерастяжение и эмфизема - способствуют возникновению клапанного механизма обструкции. Гиперпродукция секрета и нарушение его оттока из респираторного тракта способствуют персистенции воспалительного процесса и возникновению порочного круга, приводящего к прогрессированию морфологической перестройки (ремоделированию) легких экспериментальных животных. Структурные изменения, формирующиеся в бронхах и респираторной части легких после 60 дней воздействия диоксида азота, характеризуют хронический воспалительный процесс с возможностью возникновения необратимой обструкции бронхов.

2. Морфометрия

При морфометрическом анализе выявлено достоверное увеличение фиброзной ткани в бронхах, артериях и межальвеолярных перегородках после 60 дней воздействия диоксида азота. Выраженность развития фиброзной ткани в стенке долевого бронха, легочной артерии и межальверолярных перегородках после 60-дневного воздействия диоксида азота (в пикселях) представлена в таблице 2.

Таблица 2 Группы животных Стенка бронха Стенка артерии Межальвеолярные перегородки 60 дней NO2 4,96±0,03* 4,74±0,02* 5,30±0,04* Контроль 3,69±0,01 4,01±0,01 3,29±0,02 Примечание: * различие с контролем достоверно, р<0,05

3. Иммуногистохимия

Количество Т-лимфоцитов в стенке мелких и средних бронхов (описательные статистики, т-тест для одиночных вариантов) представлено в таблице 3.

Таблица 3 Лимфоциты Среднее (М) ±σ ±m t p 60 дней NO2 61,66 3,17 1,58 38,79 0,000038 контроль 28,08 4,72 2,36 - -

Результаты т-теста по группирующим показателям выявили значительное и достоверное увеличение количества Т-лимфоцитов в перибронхиальной ткани мелких и средних бронхов после 60 дней воздействия диоксида азота, что свидетельствует о хроническом воспалении в стенках бронхов и повышении специфического иммунитета.

4. Содержание цитокинов в бронхоальвеолярной лаважной жидкости

Экспозиция диоксида азота в течение 60 дней привела к значительному увеличению содержания в БАЛЖ провоспалительного цитокина фактора некроза опухоли α (TNFα) и трансформирующего фактора роста β (TGFβ). Данные представлены в таблице 4 (М±m).

Таблица 4 Группы животных TNFα (пг/мл) TGFβ (нг/мл) 60 дней NO2 204,95±25,76* 31,27±7,24* 6 мес восстановления 234,82±32,46* 29,69±8,12* Контроль (интактные животные) 1,50±0,03 Не определяется Примечание: * различие с интактными животными достоверно, р<0,05.

Из данных, представленных в таблице 4, видно, что за время восстановительного периода (6 мес после окончания воздействия диоксида азота) содержание обоих цитокинов в бронхоальвеолярной лаважной жидкости, являющейся «зеркалом» локальных процессов в легких, сохранялось на высоком уровне, что свидетельствует о персистирующем воспалении.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о хроническом характере формирующихся патологических изменений, характерных для ХОБЛ. При этом воспроизводимость модели составляет 90% при 100% выживаемости животных.

Похожие патенты RU2360296C1

название год авторы номер документа
Способ медицинской реабилитации пациентов трудоспособного возраста в раннем восстановительном периоде ишемического инсульта с сопутствующим обструктивным хроническим нарушением функции дыхательной системы вне обострения 2019
  • Рачин Андрей Петрович
  • Нувахова Маргарита Борисовна
  • Выговская Светлана Николаевна
  • Айрапетова Нина Степановна
RU2714214C1
СПОСОБ ЛЕЧЕНИЯ БОЛЬНЫХ ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНЬЮ ЛЕГКИХ 2011
  • Рассулова Марина Анатольевна
  • Айрапетова Нина Степановна
  • Линок Виктор Александрович
  • Уянаева Мария Аскеровна
  • Никода Нина Вадимовна
  • Ксенофонтова Ирина Васильевна
  • Антонович Игорь Вячеславович
RU2464007C1
СПОСОБ ЛЕЧЕНИЯ ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНИ ЛЕГКИХ 2015
  • Розенберг Олег Александрович
  • Сейлиев Андрей Алиевич
  • Волчков Владимир Андреевич
RU2600833C1
СПОСОБ ЗАТРАВКИ ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ ПЫЛЬЮ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИЛИКОЗА 2013
  • Горохова Лариса Геннадьевна
  • Бугаева Мария Сергеевна
  • Уланова Евгения Викторовна
  • Фоменко Диана Валериевна
  • Кизиченко Наталья Викторовна
  • Михайлова Надежда Николаевна
RU2546096C1
СПОСОБ ЛЕЧЕНИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНИ ЛЕГКИХ У РАБОТНИКОВ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2015
  • Кузьменко Ольга Васильевна
  • Гордеева Раиса Васильевна
  • Сизикова Ирина Львовна
  • Мартынова Елена Александровна
  • Анищенкова Татьяна Ивановна
  • Лихоузова Любовь Дмитриевна
RU2596892C1
СПОСОБ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВОСПАЛЕНИЯ В ОКОЛОНОСОВЫХ ПАЗУХАХ ПРИ ХРОНИЧЕСКОМ ТАБАКОКУРЕНИИ У КРЫС 2012
  • Гилифанов Евгений Альбертович
  • Невзорова Вера Афанасьевна
  • Дюйзен Инесса Валерьевна
  • Тилик Татьяна Валерьевна
  • Лепейко Борис Андреевич
RU2522954C2
КОМБИНАЦИЯ СОЕДИНЕНИЙ МЕТИЛКСАНТИНА И СТЕРОИДОВ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ ХРОНИЧЕСКИХ РЕСПИРАТОРНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ 2006
  • Фокс Джастиан Крейг
  • Фицджералд Мэри Фрэнсис
  • Финч Гэрри
RU2395285C2
СПОСОБ РАННЕЙ НЕИНВАЗИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ ПРОЦЕССОВ РЕМОДЕЛИНГА БРОНХОВ ПРИ ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНИ ЛЕГКИХ (ХОБЛ) У МУЖЧИН 2004
  • Степанищева Лариса Александровна
  • Теплова Светлана Николаевна
  • Игнатова Галина Львовна
RU2285264C2
АЛЬФА-1-АНТИТРИПСИН ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ ЭПИЗОДОВ ОБОСТРЕНИЯ БОЛЕЗНЕЙ ЛЕГКИХ 2007
  • Бауэр Шабтай
RU2472524C2
СПОСОБ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНИ ЛЕГКИХ И БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЫ 2011
  • Кривоногов Николай Георгиевич
  • Лишманов Юрий Борисович
  • Завадовский Константин Валерьевич
  • Агеева Татьяна Сергеевна
  • Тетенев Федор Федорович
  • Дубоделова Анна Валентиновна
RU2483677C1

Реферат патента 2009 года СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНИ ЛЕГКИХ

Изобретение относится к экспериментальной медицине, а именно к экспериментальной пульмонологии и может быть использовано при создании модели хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ). Для этого лабораторным животным вводят ингаляционный оксидант: диоксид азота в концентрации 30-40 мг/м3. Ингаляции осуществляют ежедневно в течение 1,5-2 часов не менее 60 дней. Способ обеспечивает адекватную воспроизводимость модели при 100% выживаемости животных. 4 табл.

Формула изобретения RU 2 360 296 C1

Способ моделирования хронической обструктивной болезни легких, включающий введение лабораторным животным ингаляционного оксиданта, отличающийся тем, что в качестве оксиданта используют диоксид азота в концентрации 30-40 мг/м3, который ингалируют ежедневно в течение 1,5-2 ч не менее 60 дней.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2360296C1

GARN Н
et al
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Am J Respir Cell Mol Biol
Способ и приспособление для нагревания хлебопекарных камер 1923
  • Иссерлис И.Л.
SU2003A1
СПОСОБ ГАЛОТЕРАПИИ ОБСТРУКТИВНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ ЛЕГКИХ 2001
  • Зарипова Т.Н.
  • Смирнова И.Н.
  • Антипова И.И.
  • Хон В.Б.
  • Карафинка М.М.
RU2211015C2
Определение физико-химического состава и свойств вещества
Система автоматизированная контроля и управления качеством воздуха.

RU 2 360 296 C1

Авторы

Данилов Лев Николаевич

Лебедева Елена Сергеевна

Кузубова Наталья Анатольевна

Преображенская Татьяна Николаевна

Двораковская Иветта Владиславовна

Платонова Ирина Семеновна

Фионик Анатолий Михайлович

Даты

2009-06-27Публикация

2008-03-25Подача