Способ оценки продолжительности выполнения статической физической работы подопытными крысами и устройство для его осуществления Российский патент 2025 года по МПК G09B23/28 

Изобретение относится к области экспериментальной биологии и заключается в определении продолжительности выполнения статической физической работы подопытными крысами по результатам выполнения ими теста удержания лапами на горизонтальной потолочной поверхности экспериментального бокса, располагаясь спиной вниз.

Во время проведения исследований, например, при изучении эффективности того или иного лекарственного средства, оценке влияния какого-либо вредного фактора на подопытных животных экспериментатор нуждается в определении функционального состояния биообъектов, которое, как правило, проводят различными способами.

Для этого используется клиническая оценка и исследование поведенческой активности биообъектов с помощью различных методик, в том числе в целях изучения способности животного переносить физические нагрузки.

В частности, используют методики оценки выполнения динамической физической нагрузки, требующей максимальных физических усилий, например бег на тредбане. Однако такие физические нагрузки существенно влияют на физиологические показатели организма лабораторных животных, а для больных биообъектов, подвергшихся действию вредных факторов, они порой становятся смертельными.

В связи с этим более предпочтительными видятся методики предъявления лабораторным животным статических физических нагрузок, которые являются легко воспроизводимыми и носят щадящий характер. Полученные с их использованием результаты обеспечивают быстрое и достоверное определение функционального состояния биообъектов при проведении различных экспериментальных исследований. Кроме того, они позволяют объективизировать данные при сравнении животных с различными массами тела, так как в качестве физической нагрузки используется собственный вес животного.

Известен способ оценки способности лабораторных крыс удерживать свое тело, зацепившись передними лапами за горизонтально натянутую проволоку [Симанкова А.А. Влияние биологически активных пептидов семейства опиоидов на морфофункциональные показатели развития головного мозга белых крыс, подвергнутых антенатальной гипоксии. Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук, Хабаровск, 2017]. Высота расположения проволоки над уровнем рабочей поверхности составляет 15 см. Регистрируется время удержания в секундах. Выполнение данного теста требует высокой координации движений головы, туловища и конечностей грызуна и в значительной степени зависит от развития сенсомоторных областей его переднего мозга. Недостатком данного способа является задействование исключительно мышц верхних конечностей животного.

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 шеста вверх. Металлическая токопроводящая решетка, подключенная к источнику напряжения, ограничивает 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 обеспечивает вес тела самого биообъекта. Испытуемые животные выводятся из эксперимента по истечении заданного времени или при наступлении состояния, когда они уже не способны к удержанию на шесте.

Указанный способ выбран в качестве прототипа. Его основным недостатком является неравномерность распределения нагрузки на верхние и нижние конечности испытуемого биообъекта. В то же время достоверность оценки состояния мышечной системы животного напрямую зависит от равномерности распределения предъявляемой нагрузки и количества мышц, задействованных в тестовом испытании. Кроме того, для лабораторного животного (в частности для крысы) наиболее естественным является горизонтальное положение.

Технический результат, на решение которого направлено изобретение, заключается в разработке способа оценки продолжительности выполнения статической физической работы подопытными крысами и исключающего недостатки прототипа.

Достижение технического результата обеспечивается тем, что подопытную крысу размещают в лабораторном боксе с прозрачными стенками и токопроводящим полом, подключенным к источнику питания, и закрытом сверху крышкой, на горизонтально расположенной площадке прямоугольной формы с возможностью вращения вокруг продольной оси, пол площадки выполняют в виде сетки и поворачивают площадку на 180° таким образом, чтобы крыса оказалась спиной вниз, при этом на первом этапе подопытную крысу обучают удерживаться максимальное время за сетчатый пол площадки при ее нахождении спиной вниз, на втором этапе крысу размещают на площадке, поворачивают площадку на 180° и переводят подопытную крысу в положение спиной вниз, а продолжительность выполнения статической физической работы оценивают по временному интервалу от момента поворота площадки с размещенной на ней подопытной крысой из горизонтального положения на 180° до момента падения подопытной крысы на токопроводящий пол.

Суть предлагаемого способа состоит в следующем. В прямоугольный лабораторный бокс, выполненный из прозрачного пластика, на высоте от пола, превышающей высоту находящейся в горизонтальном положении крысы, и на такой же высоте от его верхнего края устанавливают площадку прямоугольной формы. Пол площадки выполнен из сетки с размером ячеек, оптимальным для захвата и удержания подопытной крысой лапами ее ячеистой структуры, например 6 мм на 6 мм [Островский М.М. К вопросу о способах определения мышечной силы у мышей и крыс // Гигиена и санитария, 1970. - №10. - с. 59-62]. При этом площадка устанавливается таким образом, чтобы обеспечить ее поворот вдоль продольной оси на 180° путем вращения ручки, выходящей за пределы испытательного бокса. Края площадки, параллельные оси вращения, оборудуются полукруглыми бордюрами, закругленными в сторону оси вращения. Задачей бордюров является воспрепятствование перемещению крысы в процессе вращения площадки через ее края, параллельные оси вращения. Пол лабораторного бокса выполнен в виде металлических прутьев, на которые подается напряжение.

Способ включает два этапа. На первом у подопытного животного вырабатывают рефлекс, заключающийся в его удержании за сетчатую поверхность поворотной площадки при нахождении спиной вниз в течение максимально возможного интервала времени. Для этого после установки площадки в строго горизонтальное положение на нее помещается подопытная крыса, после чего лабораторный бокс сверху закрывается крышкой. Далее экспериментатор, вращая ручку, поворачивает площадку вдоль продольной оси на 180°. В результате животное оказывается в положении спиной вниз и удерживается четырьмя лапами за сетчатый пол площадки. В случае прекращения захвата сетки происходит падение крысы на пол лабораторного бокса, в результате чего грызун подвергается воздействию болевого раздражителя. Обучение продолжается до формирования у животного устойчивого рефлекса и появления стабильно повторяющихся результатов выполнения теста.

На втором этапе осуществляется непосредственное определение продолжительности выполнения статической физической работы подопытным животным. Для этого после установки площадки в строго горизонтальное положение на нее помещается подопытная крыса, после чего лабораторный бокс сверху закрывается крышкой. Далее экспериментатор, вращая ручку, поворачивает площадку вдоль продольной оси на 180°. После поворота площадки на 180° крыса оказывается расположенной вниз спиной. Одновременно с завершением поворота площадки осуществляется запуск электронного секундомера. В соответствии с выработанным на первом этапе устойчивым рефлексом крыса удерживается за сетчатую поверхность площадки до наступления утомления. После того, как биообъект теряет способность к удержанию, происходит его падение на токопроводящий пол лабораторного бокса.

В результате падения биообъекта изменяются токопроводящие характеристики электрической цепи, составными элементами которой являются животное и электрифицированный пол, что фиксируется измерительным датчиком. Одновременно с этим осуществляется отключение питания от токопроводящего пола и остановка секундомера с фиксацией продолжительности удержания крысы за сетчатый пол поворотной площадки. По зафиксированному с помощью секундомера временному интервалу осуществляется оценка продолжительности выполнения статической физической работы подопытным биообъектом.

Указанный выше технический результат достигается устройством, реализующим заявляемый способ.

Устройство содержит лабораторный бокс, имеющий форму вытянутого параллелепипеда. Пол лабораторного бокса выполнен в виде металлических прутьев, на которые подается напряжение, и подключен к датчику измерения сопротивления. На расстоянии от пола, превышающем высоту подопытной крысы, находящейся в горизонтальном положении, и на таком же расстоянии от верхнего края бокса устанавливают поворотную площадку прямоугольной формы с возможностью ее вращения вокруг продольной оси за ручку, выходящую за пределы бокса. Пол площадки выполняется из сетки с размером ячеек, оптимальным для захвата и удержания подопытной крысой лапами ее ячеистой структуры. Боковые края площадки, параллельные оси ее вращения, оснащаются полукруглыми бордюрами, закругленными по направлению к оси вращения. Поворотная площадка, а также датчик измерения сопротивления подключены к электронному секундомеру.

В подтверждение критерия "промышленная применимость" рассмотрим пример конкретного выполнения устройства по осуществлению заявляемого способа.

На фиг. 1 представлено устройство для оценки продолжительности выполнения статической физической работы подопытными крысами.

1. Подопытная крыса.

2. Поворотная площадка.

3. Лабораторный бокс.

4. Сетчатый пол.

5. Полукруглые бордюры.

6. Ручка.

7. Крышка.

8. Электронный секундомер.

9. Токопроводящий электрифицированный пол.

10. Источник питания.

11. Датчик измерения сопротивления.

Подопытная крыса 1 помещается на горизонтально расположенную поворотную площадку 2 лабораторного бокса 3. Поворотная площадка оборудована сетчатым полом 4 и полукруглыми бордюрами 5, а также ручкой 6, выходящей за пределы лабораторного бокса. Вращая ручку, экспериментатор поворачивает площадку на 180°, в результате чего крыса оказывается в положении вниз спиной и удерживается от падения за сетчатый пол. Одновременно с завершением поворота площадки происходит запуск электронного секундомера 8. После того, как биообъект 1 теряет способность к удержанию в результате физического утомления, происходит его падение на токопроводящий электрифицированный пол 9, подключенный к источнику питания 10. В результате падения ток начинает протекать через тело грызуна, в результате чего происходит изменение токопроводящих характеристик электрифицированного пола, что незамедлительно фиксируется датчиком измерения сопротивления 11. Одновременно с этим датчик выдает управляющие сигналы на секундомер 8 и на источник питания 10. В результате прекращается подача питания на электрифицированный пол, а также происходит остановка секундомера и фиксация временного интервала, по которому осуществляется оценка продолжительности выполнения статической физической работы подопытной крысой.

Группа изобретений относится к медицинской технике, в частности к медицинским моделям. Способ оценки продолжительности выполнения статической физической работы подопытными крысами заключается в размещении крысы в лабораторном боксе с прозрачными стенками и токопроводящим полом, подключенным к источнику питания, и закрытом сверху крышкой. Подопытную крысу размещают на горизонтально расположенной площадке прямоугольной формы с полом в виде сетки. На первом этапе поворачивают площадку на 180° таким образом, чтобы подопытная крыса оказалась спиной вниз, и обучают ее удерживаться максимальное время за сетчатый пол площадки при нахождении спиной вниз. На втором этапе подопытную крысу размещают на площадке, поворачивают площадку на 180° и переводят подопытную крысу в положение спиной вниз. Продолжительность выполнения статической физической работы оценивают по временному интервалу от момента поворота площадки с размещенной на ней подопытной крысой из горизонтального положения на 180° до момента падения подопытной крысы на токопроводящий пол. Раскрыто устройство для осуществления способа. Технический результат состоит в определении оценки продолжительности выполнения статической физической работы подопытными крысами. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ оценки продолжительности выполнения статической физической работы подопытными крысами, заключающийся в размещении крысы в лабораторном боксе с прозрачными стенками и токопроводящим полом, подключенным к источнику питания, и закрытом сверху крышкой, отличающийся тем, что подопытную крысу размещают на горизонтально расположенной площадке прямоугольной формы с полом в виде сетки, на первом этапе поворачивают площадку на 180° таким образом, чтобы подопытная крыса оказалась спиной вниз, и обучают ее удерживаться максимальное время за сетчатый пол площадки при нахождении спиной вниз, на втором этапе подопытную крысу размещают на площадке, поворачивают площадку на 180° и переводят подопытную крысу в положение спиной вниз, продолжительность выполнения статической физической работы оценивают по временному интервалу от момента поворота площадки с размещенной на ней подопытной крысой из горизонтального положения на 180° до момента падения подопытной крысы на токопроводящий пол.

2. Устройство для оценки продолжительности выполнения статической физической работы подопытными крысами, содержащее лабораторный бокс, оборудованный токопроводящим электрифицированным полом, отличающееся тем, что дополнительно включает электронный секундомер, связанный с ним датчик сопротивления и источник питания, подключенный к токопроводящему электрифицированному полу и датчику сопротивления, при этом бокс имеет форму горизонтально вытянутого параллелепипеда и оборудован прямоугольной горизонтально расположенной с возможностью вращения вокруг продольной оси площадкой, пол которой выполнен в виде сетки с размером ячеек для захвата и удержания подопытной крысой, боковые края площадки, параллельные оси вращения, выполнены в виде полукруглых бордюров, закругленных в направлении оси вращения площадки, площадка закреплена на высоте, превышающей высоту горизонтально расположенной подопытной крысы от пола лабораторного бокса и превышающей высоту горизонтально расположенной подопытной крысы от верхнего края лабораторного бокса, и выполнена с возможностью запуска электронного секундомера при завершении поворота на 180°.