Способ определения воздействия среды обитания на живой организм Советский патент 1992 года по МПК G01N3/08 

Изобретение относится к медицине, в частности к санитарной гигиене.

Цель изобретения -упрощение способа и возможность оценки воздействия на организм хлористых и фтористых соединений техногенного происхождения.

Способ осуществляют следующим образом.

Для исследования используют мелких лабораторных животных (крысы или мыши) мужского пола, находившихся на стандартном режиме питания и содержания. Животных выдерживают в исследуемой среде обитания от рождения до половой зрелости (примерно в течение 6 мес.). После декапи- тации определяют пол и вес животного. Задние конечности отделяют от тушек и препарируют либо бедренную кость, либо

голень. Определяют штангенциркулем наименьший диаметр кости. Оба эпиметафи- зарных конца образца до границы с диафизом поочередно помещают в цилиндрические емкости, предварительно заполненные быстротвердеющим веществом, например клеем МПФ. Концы образца помещают в соосно установленных цилиндрах. После этого закрепленные в цилиндрических емкостях концы образца, предварительно маркированные, помещают внутрь полого корпуса и фиксируют их втулкой с шурупами, обеспечивая при этом плотный охват половинками корпуса цилиндрических емкостей. Затем зафиксированный при помощи эластичных зажимов образец бедренной кости или голени животного помещают для определения прочно

CJ CJ Ч)

ел со

стных свойств костной ткани (растяжение изгиб) либо в стационарную универсальную машину РМП-500 (для испытания образца на растяжение), либо в пуансон, нагруженный гирями (испытание на изгиб). Для испытания образцов на сжатие вычлененную кость помещают в приспособление прямоугольной формы из органического стекла с высверленным и полированным изнутри отверстием цилиндрической формы, диаметру которого соответствуют размеры пуансона. Испытания образца, помещенного в устройство, осуществляют путем непосредственного нагружения на прессе Амслера с образцовым динамометром ДОСМ 3-0,2. Расчет предела прочности при сжатии определяют отношением усилия при разрушении образца к площади поперечного сечения:

7СЖ -т2 кгс/мм2,

АО

где асж - предел прочности кости на сжатие, кгс/мм ;

Рсж - разрушающая нагрузка, кгс;

АО - первоначальная площадь сечения, мм .

Предел прочности при растяжении определяют как отношение максимальной нагрузки до разрыва образца к его поперечному сечению в месте разрушения:

Ор -;Ј- , КГС/ММ2,

2

где Ор - предел прочности, кгс/мм ;

FP - нагрузка при растяжении, кгс;

АО - первоначальная площадь сечения, мм

Предел прочности на изгиб определяют как отношение изгибающего момента в точке приложения силы к моменту сопротивления образца круглого сечения, так как точку приложения силы проецировали на диафиз, сечение которого было круглым:

#432 -7дГ- КГС/ММ2,

где оиз2 - предел прочности при изгибе, кгс/мм ;

М - изгибающий момент,

W - момент сопротивления, мм .

Ризг I

М

кгс-мм,

где М - изгибающий момент, кгс мм; F432 - разрушающая нагрузка, кгс; I - расстояние между опорами, мм; W - для образца круглого сечения

Я (Г

или

64d/2 32

где d - диаметр образца, мм п 3,14.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Тогда для образца круглого сечения предел прочности на изгиб выражается формулой

8FI

«132 гjrd3где F432 - разрушающая нагрузка, кгс;

I - расстояние между опорами, мм;

d - диаметр образца, мм.

При уменьшении этих значений в 1,5 раза и более относительно нормы для исследуемого региона (контролем служат прочностные свойства костей мелких животных, которых содержат в чистой экологической среде, характерной для биогеохимической ситуации данного региона) оценивают воздействие на организм хлористых и фтористых соединений среды обитания техногенного происхождения как отрицательное. При исследовании контрольной группы установлен предел прочности костной ткани образца на растяжение, который равен 4,5 ±0,31 кгс/мм2, на сжатие 4,37± ±0.14 кгс/мм2, на изгиб 26,3± 0,68 кгс/мм2. что принято за норму для данного региона.

Пример1.Излаборатории контрольного города была взята белая мышь (образец 35) мужского пола весом 34 г. которую содержали в стандартных условиях обитания и пищевого рациона от рождения до половой зрелости (6 мес). После декапита- ции из тушки извлечена бедренная кость, наименьший диаметр которой 1,3 мм, площадь сечения 1,32 мм2. По описанной методике определена нагрузка разрушения бедренной кости при растяжении, которая составила 7,5 кгс, а предел прочности 5,7 кгс/мм , нагрузка разрушения при сжатии составила 4,7 кгс, а предел прочности 3,54 кгс/мм2, нагрузка разрушения при изгибе 0,341 кгс, а предел прочности 17,0 кгс/мм2. Исследование проводили на 17 животных. Данные представлены в табл. 1-3,

Предел прочности на растяжение образцов из контрольного города (0,63 ± 0,31 кгс/мм ) в два раза больше, чем у образцов из промышленного города (2,1± 0,18 кгс/мм2).

Предел прочности на сжатие образцов из контрольного города (0,37 ±0,14 кгс/мм2) в 1,5 раза выше, чем у образцов из промышленного города (2,8 ±0,15 кгс/мм ).

П р и м е р 2. Из лаборатории промышленного города взята белая мышь, мужского пола весом 35 г, содержавшаяся в стандартных условиях обитания и пищевого рациона, идентичных условиям контрольного города. Отличие составлял воздух, содержащий техногенные выбросы. В условиях лаборатории животное находилось 6 мес с

момента рождения до половой зрелости. После декапитации из тушки животного извлечена бедренная кость, диаметр которой 2.4 мм, площадь сечения 4,52 мм . По описанной методике определена нагрузка разрушения бедренной кости при растяжении, которая составила 5,5 кгс, а предел прочности 1,21 кгс/мм . нагрузка разрушения при сжатии составила 4,3 кгс, а предел прочности 3,5 кгс/мм2, нагрузка разрушения при изгибе 0,67 кгс, а предел прочности 17,0 кгс/мм2. Таким образом исследовано 33 животных. Полученные данные представлены в табл. 1-3. Предел прочности на сжатие в среднем для образцов из контрольного города составил 4,37 ±0.14 кгс/мм2, что в 1,5 раза выше, чем у образцов из промышленного города (2,8± 0,15 кгс/мм2). Предел прочности на растяжение образцов из контрольного города 4,61 ± 0,31 кгс/мм2, что в 2 раза больше, чем у образцов из промышленного города (2,1 ±0,18 кгс/мм2). Предел прочности на изгиб у образцов из контрольного города в 1,8 раза больше, чем у мышей из промышленного города.

Представленные данные свидетельствуют о снижении прочностных свойств костей животных, содержащихся в условиях стандартного режима, следовательно, неблагоприятны и условия жизни людей, что подтверждается наличием в данном городе более частых проявлений ортопедо-травма- тологической патологии детей, роста врожденных диспластических и системных патологий.

В условиях комплексных техногенных воздействий снижение прочности костной ткани проявлялось у детей с переломами костей от неадекватных причин с быстрым прогрессированием посттравматических деформаций, несмотря на правильную тактику и своевременное начало лечения. Системный характер поражения костной ткани подтверждался морфологическим исследованием биоптатов, взятых из крыла подвздошной KOCTVI при любой локализации клинических проявлений.

Наблюдался Б., 8 лет, который родился и вырос в условиях исследуемого города с комплексом предприятий. В раннем детстве развивался нормально. С шестилетнего возраста у ребенка произошло 6 переломов различной локализации в области верхних и нижних конечностей от незна- чительных причин. Наличие бывших переломов подтверждалось рентгенограммами и медицинской документацией, выданной врачами по месту жительства. Данные лабораторных биохимических, клинических, функциональных методов исследования выявили увеличение в 2,5 раза по сравнению с возрастной нормой содержания гидроксипролина в суточной моче (1295 5 мкмоль/с) и отклонение параметров функций внутренних органов. Рентгенография выявила дедифференциацию и разрежение костной структуры в сегментах, где локализовались переломы, особенно в плечевых кос10 тях, но определившиеся рентгенологически во всех обследованных сегментах скелета. Отмечался склероз таза с преждевременным синостозированием У-образных хрящей. Биопсия крыла подвздошной кости выявила

15 морфологические изменения, характерные для промышленной интоксикации.

В условиях задержки процессов созревания костной ткани и снижения ее прочностных свойств ортопедическая патология

0 проявлялась раньше и неуклонно прогрессировала, несмотря на известные способы лечения.

Пример. История развития заболевания у больной К., наблюдавшейся с восьми5 летнего возраста по поводу врожденного правостороннего грудного инфосколиоза четвертой степени, декомпенсированного с прогрессирующим течением. Девочка родилась в условиях города с комплексом энер0 гоемких предприятий, в котором проводилось исследование. При осмотре в 13 лет обращало внимание резкое укорочение туловища вследствие грубой деформации позвоночника во фронтальной и

5 сагиттальной плоскостях. Вследствие торсионного компонента деформации правое плечо выдвинуто кпереди. Асимметричны уровни надплечий, нижних углов лопаток, треугольников талии. Значительная дефор0 мация позвоночника обуславливала соприкосновение ребер с левым крылом таза. Позвоночный столб смещен, дуга искривлена, обращена выпуклостью вправо, на уровне средней части грудного отдела имеет

5 форму широкого вала. Остроконечный реберный горб расположен по паравертеб- ральной линии соответственно дуге искривления. При пальпации болезненность в паравертебральных точках не опре0 деляется. Деформация при самовытяжении не меняется. Движения в поясничном отделе ограничены во всех направлениях. Повышен тонус мышц в левой нижней конечности. Коленные и ахилловы рефлексы

5 повышены, слева больше, чем справа. Патологических рефлексов нет. На рентгенограмме определяется смещение сегментов позвоночного столба в грудном отделе по уровню тел позвонков с разреженной структурой в исходном состоянии, располагавшихся на вершине деформации в восьмилетнем возрасте.

Проявление сколиоза в раннем возрасте объясняется системным изменением структуры костной ткани с уменьшением ее прочностных свойств в тех случаях, когда отсутствуют врожденные дефекты позвоночного столба, так как дипластические сколиозы обычно проявляются в более поздние возрастные сроки, совпадающие с периодами скачков роста.

Проведено клиническое наблюдение больной Б., 3 лет. При осмотре в трехлетнем возрасте обращали внимание крошащиеся зубы темного цвета с поперечной исчерченностью. Имелась воронкообразная деформация грудины II степени. Уровни надплечий, нижних углов лопаток, треугольники талии были асимметричны. Линия остистых отростков позвонков образовывала дугу, в грудном отделе направленную вправо с вершиной на уровне нижнегрудного отдела. Имелся перекос таза с опущением правой половины на 0,5 см. Рентгенологическое исследование выявило картину правостороннего грудного сколиоза II степени с вершиной на уровне 7-8 грудных позвонков, отсутствие 12 пары ребер, асимметричное развитие таза по горизонтали и вертикали, склерозирование таза, костей бедер, голени с утолщением кортикального слоя и разрежением метафизов, дифференцирование структуры костей, образующих локтевой сустав,

При клиническом обследовании детей выявлены значительные нарушения деятельности сердца, печени, органов кровообращения, дыхания, мочевыделительной системы. Отмечено снижение репродуктивной функции у родителей детей обследован- ной группы. Нарушение функции жизненноважных органов и систем подтверждает неблагоприятное воздействие техногенных факторов на живой организм в целом, снижающее возможности жизнеобеспечения региона.

Для оценки отрицательного воздействия антропогенных факторов на живой организм необходимо исследовать группу животных в количестве не менее 15с учетом величины полученного стандартного отклонения оценивающего разброс отдельных измерений относительно среднего. Для исследования необходимо брать цельную кость , так как она представляет собой функциональную единицу органа опоры и движения организма, которая с точки зрения биосопромата является полой замкнутой конструкцией с перегородками внутри нее с находящейся между ними вязкой жидкостной средой. Если брать для исследования лишь фрагменты кости в виде кубиков и других геометрических форм, то невозможно получить достоверную оценку прочности костной ткани.

Предлагаемый способ позволяет объективно оценивать отрицательную экологическую ситуацию, что дает возможность обосновать необходимость

0 профилактических мер тяжелой патологии, обусловленной ею. Изменение параметров прочностных свойств костной ткани обеспечивает возможность проведения суммарной оценки ответной реакции

5 организма на определенном этапе воздействий на организм хлористых и фтористых соединений техногенного происхождения среды обитания, что невозможно определить в изменяющихся условиях жизни изве0 стным способом.

Осмотрено более 3 тыс детей и определены уровни функциональных возможностей формирования опорно-двигательного аппарата детей в зависимости от характера

5 промышленных производств вблизи территории их проживания.

Данные представлены в табл. 4. Из табл. 4 видно, что более высок процент ортопедической патологии в городах с

0 комплексным размещением предприятий, загрязняющих среду хлористыми и фтористыми соединениями.

Кроме этого, была проанализирована зависимость состояния опорно-двигатель5 ного аппарата от удаленности жилых микро- районов от преприятия, а также от длительности проживания в зоне комплексного размещения предприятий. Данные представлены в табл. 5.

0 Из табл. 5 видно, что дети дошкольного возраста составили более половины обследуемых. При сопоставлении данных по длительности проживания и возрасту детей. выявлено, что не только дети в возрасте до

5 5 лет, но и старше по возрасту оказались уроженцами обследуемого города и длительность их проживания соответствовала возрасту.

Клинические поражения зон роста в пе0 риод интенсивного формирования скелета выражались (в зависимости от степени и распространенности их) врожденной, дисп- ластической или системной патологией. При наиболее грубых и ранних поражениях про5 цессов костного роста на стадии формирования органов и систем это проявляется врожденной патологией. При менее интенсивном и более распространенном процессе торможения функции костного роста клинические проявления его выражались

системной патологией. Диспластические процессы занимают промежуточное положение, так как характеризуются сочетан- ным или локальным поражением зон роста в периоды наиболее интенсивных нагрузок на растущий организм, преимущественно в периоды скачков роста.

Сочетанная патология составила 43%, а деформации средней и тяжелой степеней 40,3% к числу диспластических поражений, что свидетельствует не только о высоком уровне, но и тяжести ортопедической патологии.

Частота переломов у детей из обследованных районов города составила 6,7%. Было отмечено несоответствие этиологических факторов и степени повреждения, когда от незначительных причин-имелись переломы костных структур с грубыми и обширными повреждениями. Сроки сращения были удлинены по сравнению с общепринятыми. В некоторых случаях дважды и трижды наблюдались рефрактуры, не свойственные детскому возрасту. Это обусловлено изменениями костных структур, выявленными рентгенологически и морфологически.

Длитепьное пребывание растущего организма в условиях повышенной концентрации промышленных выбросов клинически проявлялось ранними болевыми синдромами и деформациями костной системы, не свойственными детскому возрасту.

При определении прочности костной

ткани по результатам диагностической биопсии было выявлено снижение прочностных свойств костной ткани в 1,5 раза и более относительно нормы для исследуемого региона.

Формула изобретения Способ определения воздействия среды обитания на живой организм путем лабораторного исследования, отличающийс я тем, что, с целью упрощения способа и возможности оценки воздействия на организм хлористых и фтористых соединений техногенного происхождения, лабораторных животных выдерживают в исследуемой

среде от рождения до половой зрелости, вычленяют трубчатую кость и исследуют ее прочностные свойства на сжатие, изгиб и растяжение и при уменьшении этих показателей в 1,5 раза и более относительно нормы

для исследуемого региона оценивают воздействие на организм хлористых и фтористых соединений среды обитания техногенного происхождения как неблагоприятное. Таблица 1

Изобретение относится к медицине, в частности к санитарной гигиене. Цель - упрощение способа и возможность оценки воздействия на организм хлористых и фтористых соединений техногенного происхождения. Для этого выдерживают мелких лабораторных животных в исследуемой среде обитания от рождения до половой зрелости, затем проводят декапитацию и вычленяют трубчатую кость, которую исследуют на растяжение, сжатие и изгиб, и при уменьшении этих значений в 1,5 раза и более относительно нормы для исследуемого региона оценивают воздействие на организм хлористых и фтористых соединений среды обитания техногенного происхождения как неблагоприятное. Способ позволяет упростить определение и оценить воздействие на организм хлористых и фтористых соединений техногенного происхождения. 5 табл. у Ё

Результаты определения предела прочности бедренных костей белых мышей на растяжение (образцы 1-32 - из промышленного города, образцы 34-50 - из контрольного города)

1 2

3 4

5

6

7

8

9

0

1

2

3

ч

5

,6 ,3 ,4 ,4 ,5 ,4 2,15

2,4

1,4

2,45

ЬЗ

1,3

ЬЗ

2,05

ЬЗ

1,1

2,01 1,32 1,53 1,53 1,77 1,53 3,63 4,52 U53 4,71 1,32 1,32 1,32 3,30 1,32 0,95

1,60 2,87 3,00

1,73 1,80 2,61 2,04 1,21 2,90 1,25 2,27 2,27 2,71 1,36 2,70 2,63

Таблиц

Результаты определения предела прочности бедренных костей белых мышей на сжатие (образцы 1-33 из промышленного города, образцы - из контрольного города)

Продолжение табл. 1

Продолжение табл. 2

Таблица

Результаты определения предела прочности больше- берцовых костей белых мышей на изгиб (образцы 1-33. из промышленного города, (образцы из контрольного города)

Таблица 4

Таблица 5