Способ определения мышечного усилия подопытных крыс Российский патент 2024 года по МПК A61B5/22 G09B23/28 

Изобретение относится к области экспериментальной биологии и заключается в определении мышечного усилия подопытных крыс по результатам выполнения ими теста активного избегания под влиянием стресс-фактора.

Во время проведения доклинических исследований (например, при изучении эффективности того или иного лекарственного средства), экспериментатор нуждается в быстрой и достоверной оценке состояния здоровья лабораторных животных которую, как правило, проводят несколькими способами. Чаще всего используются клиническая оценка и исследование поведенческой активности с помощью различных методик, в том числе для изучения способности животного переносить физические нагрузки. При этом достоверность оценки состояния мышечной системы биообъекта напрямую зависит от количества мышц, задействованных в тестовом испытании.

Способ определения мышечного усилия лабораторных животных обеспечит быструю и достоверную оценку их функционального состояния при проведении различных экспериментальных исследований, позволит объективизировать данные при сравнении животных с различными массами тела.

Известен способ, реализуемый устройством для моделирования статической нагрузки у мелких лабораторных животных [RU 2785917, 14.12.2022]. Устройство представляет собой короб с прозрачными стенками и съемной крышкой, в центре которого закреплен шест диаметром 8 мм с накрученным на нем шпагатом. На дне короба размещена металлическая токопроводящая решетка, подключенная к источнику напряжения. Решетка выполнена из параллельно расположенных металлических прутьев диаметром 4 мм, расстояние между которыми составляет не менее 10 мм. На решетку подается постоянное напряжение величиной 60 вольт.

Лабораторное животное помещают в короб под крышку и располагают таким образом, чтобы его передние конечности ухватились за вертикальный шест. Крышка предупреждает перемещение грызуна вдоль стойки вверх. Металлическая токопроводящая решетка, подключенная к источнику напряжения, предупреждает его перемещение вниз. При опускании вниз биообъект касается своими лапами токопроводящей решетки, через его тело начинает протекать электрический ток, что заставляет животное взбираться на вертикальный деревянный шест. Статическую физическую нагрузку образует тяжесть тела самого биообъекта. Испытуемые животные выводятся из эксперимента по истечении заданного времени или при наступлении утомления, когда они уже не способны к удержанию на шесте.

Недостатком способа, реализуемого данным устройством, является его направленность исключительно на моделирование статической мышечной нагрузки мелких лабораторных животных и невозможность с его помощью определить мышечные усилия испытуемого биообъекта при воздействии стресс-факторов.

Известен способ, реализуемый устройством для оценки мышечной силы конечностей мелких лабораторных животных в эксперименте [RU 193975, 21.11.2019].

Устройство включает раму с неподвижными осями, на которой закреплен узел линейного перемещения с установленной на нем передвижной платформой. На платформе закреплены беспроводная система регистрации усилия и устройство для крепления животного, кроме того, на раме установлен двигатель постоянного тока с катушкой, питание на который подается с помощью выключателя и который соединен посредством нити с передвижной платформой.

Лабораторное животное фиксируется с помощью устройства для крепления животного за хвост. Посредством выключателя на двигатель постоянного тока подается напряжение и катушка на его валу начинает вращаться по часовой стрелке. На катушку наматывается нить, за счет чего приводится в движение передвижная платформа, прикрепленная к узлу линейного перемещения. Испытуемый биообъект, зафиксированный на передвижной платформе, испытывает стресс и, рефлекторно цепляясь лапами за неподвижные оси, пытается воспротивиться перемещению вместе с передвижной платформой.

Система регистрации усилия регистрирует и передает данные на компьютер через беспроводной интерфейс Bluetooth, где они подвергаются обработке в специальной программе. Программа выдает результат в виде количественного определения максимальной силы хвата конечностей лабораторного животного в граммах.

Недостатком способа является его ориентированность исключительно на определение мышечного усилия пальцев конечностей биообъекта. Кроме того, использование беспроводного канала для передачи регистрируемых показателей ведет к общему усложнению конструкции лабораторной установки. Также подобный подход не позволяет полностью обеспечить сохранность передаваемых данных из-за возможного помехового влияния на беспроводной канал электромагнитных полей другого лабораторного оборудования.

Известен способ определения мышечной силы у крыс [Островский М.М. К вопросу о способах определения мышечной силы у мышей и крыс // Гигиена и санитария, 1970. - №10. - с. 59-62]. Способ основан на использовании приставки, состоящей из «норы на качелях» и блока, установленного на уровне ее сетчатого дна. Ширина «норы» выбрана исходя из необходимости ограничения боковых движений грызуна. Ее стенки выполнены из жести, а пол представляет собой металлическую сетку с размером ячейки 6 мм на 6 мм. «Нора» подвешивается на штативе, образуя, таким образом, колебательную систему. Прочная нить соединяет через блок площадку колебательной системы («нору») с площадкой циферблатных весов.

Мышечную силу крыс определяют следующим образом. Животное подносят к горизонтально расположенной «норе на качелях», в которой оно быстро прячется. Далее экспериментатор за хвост извлекает биообъект из «норы». В силу присущего крысам хватательного рефлекса, она будет препятствовать этому, хватаясь лапами за сетчатый пол. В результате указанных действий нарушается равновесие системы рычагов у весов, что приводит к перемещению стрелки по их шкале. Процедуру повторяют дважды, регистрируя только максимальную величину.

Указанный способ выбран в качестве прототипа. Основным недостатком способа является слабая мотивация биообъекта в удержании за сетчатое дно «норы» и задействование при этом преимущественно мышц конечностей. Кроме того, фиксацию значений мышечной силы осуществляет экспериментатор путем визуального наблюдения за перемещением стрелки на циферблате весов. В этом случае точность проводимых измерений существенным образом зависит от индивидуальных психофизиологических качеств экспериментатора (быстрота реакции, острота зрения, внимательность и пр.). Вместе с тем, внедрение современных возможностей программно-измерительных комплексов приведет к повышению достоверности получаемых результатов и упрощению проводимых исследований.

Технический результат, на решение которого направлено изобретение заключается в разработке способа, обеспечивающего оценку мышечного усилия подопытных крыс и исключающего недостатки прототипа.

Достижение технического результата обеспечивается тем, что в заявляемом способе определение мышечного усилия подопытных крыс осуществляется путем размещения животного в горизонтально расположенном отсеке лабораторной установки, выполненном в виде норы и принудительном удалении крысы оттуда, при том, что предварительно крысу обучают покидать отсек под действием болевого раздражителя, в качестве болевого раздражителя используют электрический ток, подающийся через токопроводящий электрифицированный пол стартового отсека, а измерение мышечного усилия осуществляют по натяжению шнура, одним концом прикрепленного к хвосту крысы, а другим к прибору измерения прикладываемого к шнуру усилия, причем длину шнура выбирают из условия ограничения перемещения крысы за пределы стартового отсека.

Известно, что при проведении экспериментов с мелкими лабораторными животными в качестве одного из наиболее часто применяемых мотивационных стимулов, заставляющих биообъект начать перемещение, используется болевой раздражитель. С этой целью установки, предназначенные для исследования поведения мелких лабораторных животных [например: Зорина З.А., Полетаева И.И. Зоопсихология. Элементарное мышление животных: Учебное пособие - М.: Аспект Пресс, 2007, с. 74; авторское свидетельство СССР №1801360; авторское свидетельство СССР №1410942] часто оборудуются электрифицированным токопроводящим полом. Подача на него тока вызывает у биообъекта болевые ощущения и, как следствие, желание максимально быстро переместиться в безопасное пространство.

Очевидно, что для покидания отсека в результате воздействия электрического тока, животное прикладывает максимальные усилия и задействует максимальное количество мышц. По этой причине именно в указанный момент мышечные усилия подопытного биообъекта достигают максимума.

При этом животное должно быть обучено тому, что перемещение в безопасный отсек приведет к прекращению болевого воздействия.

Суть предлагаемого способа состоит в следующем. Лабораторную крысу помещают в испытательную камеру, состоящую из двух равных отсеков, разделенных перегородкой. Оба отсека выполняются в виде норы из прозрачного пластика для удобства наблюдения за биообъектом. Ширина отсеков, как и в способе-прототипе, должна препятствовать его самопроизвольному развороту. Пол отсеков выполнен в виде металлических прутьев, каждый из которых расположен поперек отсека от одной боковой стенки до другой. Расстояние между прутьями составляет 13 мм, что максимально удобно для перемещения крыс [RU 2712054, 24.01.2020]. В одном из отсеков, называемом стартовым, пол подключен к источнику тока.

Способ включает два этапа. На первом у подопытного животного вырабатывают устойчивый рефлекс, заключающийся в его перемещении в безопасный отсек под действием болевого раздражителя. Для этого крысу размещают в стартовом отсеке мордой к перегородке, подают ток на прутья, составляющие его пол, и одновременно убирают перегородку. Чтобы избежать болевого воздействия, биообъект перебегает в другой отсек, выступающий в роли безопасного.

Целью обучения является выработка у крысы навыка по перемещению из стартового (опасного) отсека в безопасный под воздействием электрического тока. Обучение продолжается до формирования у животного устойчивого рефлекса избегания.

На втором этапе осуществляется непосредственное определение мышечного усилия подопытного животного. Для этого крысу помещают в стартовый отсек, закрытый перегородкой. Сторону стартового отсека, противоположную перегородке закрывают заглушкой с отверстием, в которое просовывают хвост грызуна. Непосредственно к хвосту с наружной стороны стартового отсека крепится (например, с помощью медицинского пластыря) прочный шнур, другой конец которого подсоединяется к прибору, измеряющему прикладываемое к нему усилие. В качестве такового может быть использован электронный динамометр (например, МЕГЕОН 03500 00000001781 [https://www. vseinstrumenti.rucategorydinamometry-7458megeon-13712]), либо измеритель натяжения (например, измеритель натяжения нити электронный МТ 315 или прибор для определения натяжения HEND-HELD: DT-SERIES [https://www.metrotex.ru/products/izmeritel-natyazheniya-niti-mt-315, https://ollen.ru/stat/pribor-dlya-opredeleniya-natyajeniya-HAND-HELD-ELEKTRONIC-DT-SERIES.php). При этом длина шнура не должна позволить крысе покинуть стартовый отсек.

После этого осуществляется подача тока на пол стартового отсека и одновременно убирается перегородка на выходе из него. Чтобы избежать болевого воздействия, а также в соответствии с выработанным навыком, биообъект стремится переместиться в другой (безопасный) отсек. В ходе движения шнур натягивается и препятствует перемещению животного, а прибор измеряет силу его натяжения, что и является показателем мышечного усилия. После максимального натяжения шнура подача тока на пол стартового отсека прекращается.

Значение мышечного усилия подопытной крысы фиксируется на экране измерительного прибора. У некоторых приборов (например, у МТ 315) есть также возможность подключения по проводным каналам к персональной ЭВМ, где с помощью заранее установленного программного обеспечения осуществляется фиксация не только текущих значений натяжения, но и их изменение во времени.

На фиг. 1 представлена реализация способа определения мышечного усилия подопытных крыс.

1. Подопытная крыса.

2. Стартовый отсек.

3. Безопасный отсек.

4. Съемная разделительная перегородка.

5. Заглушка.

6. Отверстие.

7. Шнур.

8. Прибор измерения прикладываемого к шнуру усилия.

9. Источник питания.

10. Токопроводящий электрифицированный пол.

Подопытную крысу 1 помещают в стартовый отсек 2, отделенный от безопасного отсека 3 съемной разделительной перегородкой 4. Со стороны, противоположной разделительной перегородке, оба отсека закрываются заглушками 5. В заглушке стартового отсека имеется отверстие 6, в которое просовывают хвост биообъекта. К хвосту крепится шнур 7, который другим концом подсоединяется к прибору измерения прикладываемого к шнуру усилия 8.

Далее осуществляют подачу тока от источника питания 9 на токопроводящий электрифицированный пол 10 стартового отсека и одновременно с этим убирают съемную разделительную перегородку 4. Под действием болевого раздражителя и в соответствии с выработанным навыком крыса пытается покинуть стартовый отсек 2 и переместиться в безопасный 3. В процессе движения биообъекта происходит натяжение шнура 7, что препятствует его перемещению, а сила натяжения, фиксируемая прибором 8, соответствует мышечному усилию.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет проводить оценку мышечного усилия подопытных крыс, используя их рефлекс избегания под действием болевого раздражителя. Важными преимуществами способа также является задействование при этом максимального числа мышц животного и возможность регистрации искомых величин современными электронными средствами измерений.

Изобретение относится к экспериментальной медицине, а именно к физиологии. На первом этапе крысу обучают покидать стартовый отсек и перемещаться в безопасный отсек под действием болевого раздражителя. На втором этапе после формирования рефлекса крысу помещают в стартовый отсек, отделенный от безопасного отсека съемной разделительной перегородкой. Оба отсека закрывают заглушками. Через отверстие в заглушке стартового отсека проводят хвост крысы. К хвосту крепят шнур, который другим концом подсоединяют к прибору для измерения натяжения. Осуществляют подачу тока на токопроводящий электрифицированный пол стартового отсека и одновременно с этим убирают съемную разделительную перегородку между отсеками. При попытке крысы покинуть стартовый отсек под действием болевого раздражителя и в соответствии с выработанным рефлексом происходит натяжение шнура, а сила натяжения, фиксируемая измерительным прибором, соответствует мышечному усилию. Способ позволяет проводить оценку мышечного усилия подопытных крыс, используя их рефлекс избегания под действием болевого раздражителя, при этом задействовано максимальное число мышц животного. 1 ил.

Способ определения мышечного усилия подопытных крыс, включающий размещение крысы в горизонтально расположенной лабораторной установке, выполненной в виде норы и состоящей из стартового и безопасного отсеков, и принудительном удалении крысы оттуда, отличающийся тем, что на первом этапе крысу обучают покидать стартовый отсек и перемещаться в безопасный отсек под действием болевого раздражителя, в качестве болевого раздражителя используют электрический ток, подающийся через токопроводящий электрифицированный пол стартового отсека, на втором этапе после формирования рефлекса крысу помещают в стартовый отсек, отделенный от безопасного отсека съемной разделительной перегородкой, оба отсека закрывают заглушками, через отверстие в заглушке стартового отсека проводят хвост крысы, к хвосту крепят шнур, который другим концом подсоединяют к прибору для измерения натяжения, причем длину шнура выбирают из условия ограничения перемещения крысы за пределы стартового отсека, далее осуществляют подачу тока на токопроводящий электрифицированный пол стартового отсека и одновременно с этим убирают съемную разделительную перегородку между отсеками, при попытке крысы покинуть стартовый отсек под действием болевого раздражителя и в соответствии с выработанным рефлексом происходит натяжение шнура, а сила натяжения, фиксируемая измерительным прибором, соответствует мышечному усилию.