УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДСАДКИ И ФИКСАЦИИ ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ
DEVICE FOR LABORATORY ANIMALS SITTING AND FIXATION

Изобретение относится к техническим средствам оценки качества воздушной среды обитания человека при воздействии на нее аэрозолей различных загрязнителей (токсикантов) искусственного или естественного происхождения, например к пеналу для подсадки и фиксации тела мелких лабораторных животных.
Исследования по обоснованию предельно допустимой концентрации (ПДК) аэрозолей в воздухе рабочей зоны проводят с использованием ингаляционных камер, в которых создают заданные концентрации аэрозоля токсиканта. С целью оценки воздействия токсиканта на организм лабораторных животных их подсаживают к ингаляционной камере таким образом, чтобы аэрозоль токсиканта попадал в организм через дыхательную систему. Животных помещают в специальные пеналы, благодаря которым контакт с аэрозолем токсиканта имеет только нос. Такой способ размещения исключает попадание токсиканта другими путями (например, при слизывании с шерсти). Пеналы должны обеспечивать размещение передней части головы животного в затравочном канале ингаляционной камеры таким образом, чтобы при этом соблюдались условия безопасного и нетравматического содержания животных в условиях поддержания нормальных показателей функции дыхания и теплообмена, а также отвод экскрементов при проведении длительных, до 4-х часов ежесуточно, хронических ингаляционных экспериментов.
В настоящее время существует достаточно большое многообразие подсадочных пеналов для проведения ингаляционных токсикологических экспериментов с использованием различных лабораторных животных от белых мышей до собак. Наиболее часто для этих целей выбирают пеналы для мелких лабораторных животных: белых мышей и крыс, например пеналы Small Animal Restraints (In-Tox Products, USA, http://www.intoxproducts.com/exposure_equipment_13.html) или CH TECHNOLOGIES (USA), Inc. (http://chtechusa.com/products_inhalation-noseonly-restraint.php). Изготавливаются корпуса пеналов в основном из прозрачных пластмасс методом литья, что значительно удешевляет их производство, и, кроме того, позволяет контролировать поведение животного во время проведения ингаляционного эксперимента. Реже для изготовления корпусов пеналов используется тонколистовая (0,2-0,5) мм нержавеющая сталь, что значительно повышает их ресурс долговечности в условиях многократного целевого использования и санобработки в дезинфицирующих моющих растворах.
В целом, конструкция пенала состоит из корпуса цилиндрической формы, конусовидного головного обтекателя с круглым отверстием-рамкой на его торце для вывода наружу носа животного и фиксирующего толкателя, перемещаемого вдоль оси корпуса пенала при помощи штока, проходящего через заднюю крышку пенала, либо при помощи стержня, перемещаемого вдоль продольного паза в теле корпуса пенала. Фиксация толкателя осуществляется обычно при помощи стопорных винтов или гаек.
Животные в пластиковых пеналах фирм In-Tox Products и CH TECHNOLOGIES (USA), Inc. очень плотно упакованы, что может привести к онемению тела и конечностей в многочасовом эксперименте, к сильному потовыделению из-за отсутствия контакта кожного покрова с воздушной средой. Кроме того, экскременты животного не удаляются и загрязняют волосяной покров и кожу животного. Указанные причины могут влиять на общее состояние животных и, соответственно, на достоверность результатов экспериментов. Кроме того, фиксация положения животного в пенале осуществляется в основном при помощи пластикового (резинового) толкателя, перемещаемого вдоль внутри пенала при помощи штока и фиксируемого при помощи внешнего винта. Такая фиксация является ненадежной при ее многократном использовании и неудобной в работе.
Также используются в настоящее время пеналы из перфорированного металла и с проволочным головным обтекателем - маской. Данными пеналами оснащены ингаляционные установки НИЦ ТБП - филиала ФГБУ «ГНЦ Институт иммунологии» ФМБА России. Конструкция данных пеналов позволяет проводить длительное многочасовое содержание животных в эксперименте, но она полностью не герметична.
Анализ вышеприведенных примеров соединения подсадочных пеналов с ингаляционными установками показывает, что защиту обслуживающего персонала от возможных выбросов аэрозолей токсикантов в окружающую среду через неплотные соединения пеналов можно осуществить либо путем герметизации ингаляционной камеры, либо путем размещения ее в специальных вытяжных шкафах, герметично закрываемых на время проведения ингаляционного эксперимента.
Разработка и внедрение в практику токсикологических исследований ингаляционных камерных установок типа ЭАКУ (пат. RU 2552945, 10.06.2015) привела к необходимости создания специализированных пеналов подсадки и фиксации мелких лабораторных животных, обеспечивающих необходимые требования по ограничению перемещений животного на время ингаляционной экспозиции с сохранением приемлемых условий его жизнедеятельности, а также обеспечения герметичности конструкции пенала.
Известен пенал для фиксации животных в целях проведения различных медицинских исследований, состоящий из двух секций, которые соединены между собой так, что образуют держатель, имеющий цилиндрическую внутреннюю полость, размер которой регулируется. Обе секции изготовлены из неметаллических, неагрессивных материалов, которые могут быть легко обеззаражены. Размер полости регулируется, чтобы жестко ограничить животного в пространстве. Задняя пластина упирается сзади в животное и имеет отверстие для прохода экскрементов животных, которые падают в стакан. Дополнительный сосуд выполнен с возможностью перемещения в пенале с целью прижима животного для целей сбора образцов мочи (пат. US 3739751, 19.06.1973).
Недостатками данной конструкции является сложность в эксплуатации, негерметичность конструкции, онемение тела и конечностей животных в многочасовом эксперименте, что влияет на общее состояние животных и, соответственно, на достоверность результатов экспериментов, ненадежная фиксация животного и неудобство в работе.
В качестве наиболее близкого аналога заявленного изобретения можно принять устройство для подсадки и фиксации тела мелких лабораторных животных, содержащий гибкий цилиндрический перфорированный корпус с возможностью регулирования его диаметра посредством винта, расположенного на прямоугольном основании, и проволочную головную маску-обтекатель (пат. US 3625185, 07.12.1971).
В данной конструкции устройства не устранены указанные выше недостатки.
Задача, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в создании устройства для подсадки лабораторного животного и фиксации положения его тела, обеспечивающего необходимые требования по ограничению перемещений животного внутри затравочного канала ингаляционной камеры на время аэрозольной экспозиции с сохранением приемлемых травмобезопасных условий его жизнедеятельности, а также обеспечения герметичности конструкции пенала.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества фиксации положения тела лабораторных животных в пеналах подсадки, в том числе улучшение условий их содержания на время проведения многочасовых ингаляционных экспериментов, а также обеспечение герметичности конструкции пенала.
Указанный технический результат достигается в устройстве для подсадки лабораторного животного и фиксации положения его тела, состоящего из пенала, узла фиксации и узла крепления и защитной герметизации конструкции, при этом пенал содержит цилиндрический корпус, соединенный, с одной стороны, с головным обтекателем и далее с головной маской и имеющий байонетные стержни для подвижного крепления пенала в затравочном окне ингаляционной камеры, а с другой стороны, с хвостовиком и крышкой пенала, соединенными между собой при помощи второго байонетного соединения, шток толкателя, расположенный вдоль общей центральной оси корпуса и крышки пенала, и соединенного одним концом с толкателем, а вторым концом - с ручкой толкателя; узел фиксации положения тела животного содержит скобу фиксатора, приваренную на внешнюю сторону крышки пенала на расстоянии от ее центра, а также надетых на шток толкателя последовательно пружины и планки фиксатора, причем пружина одним концом упирается соосно в центр внешней стороны крышки пенала, а другой - в планку фиксатора, контактирующую своей верхней частью под углом менее 90° со скобой фиксатора; и узел крепления и защитной герметизации состоит из соосных внутреннего патрон-держателя с вырезанными на торцевой поверхности диаметрально противоположными байонетными пазами для подвижного соединения с подсадочным пеналом и внешнего фланца корпуса защиты с вырезанными на торцевой поверхности тремя круговыми канавками, в крайние из которых уложены резиновые уплотнительные кольца, а в среднюю установлен крепежный винт, фиксирующий корпус защиты на внешнем фланце, причем для повышения степени герметизации конструкции устройства на внешний фланец надета уплотнительная резиновая прокладка, защищающая торец корпуса защиты от удара при его установке на внешний фланец защиты, при этом внутренний байонетный патрон-держатель и внешний фланец узла крепления и защитной герметизации приварены к внешней стороне корпуса ингаляционной камеры соосно с имеющимися в ней затравочными окнами.
Цилиндрический корпус пенала выполнен из перфорированного материала: прозрачного пластика (например, оргстекла) либо тонколистовой (например, 0,2-0,3 мм) нержавеющей стали, либо из стальной сетки с диаметром нитей, например, не более 0,5 мм и шагом не более 5 мм, при этом на поверхности цилиндра выполнен/вырезан продольный паз шириной не менее 1 см и длиной, определяемой предельными значениями габаритов животных, для удаления отходов их жизнедеятельности при долговременном пребывании в пенале.
Цилиндрический корпус пенала соединяется с головным обтекателем, с одной стороны, и с хвостовиком пенала, с другой стороны, при помощи сварки либо клеевого соединения в зависимости от вида применяемых материалов.
Для обеспечения подвижного соединения пенала с затравочным окном ингаляционной камеры на цилиндрической части головного обтекателя выполнены (приварены) диаметрально противоположно два байонетных стержня, которые при вдвигании пенала с подсаженным животным в затравочное окно входят в байонетные пазы патрон-держателя и обеспечивают надежную фиксацию пенала с удобным расположением тела животного.
Для обеспечения подвижного соединения корпуса пенала с крышкой пенала в торцевой поверхности крышки пенала выполнены/вырезаны диаметрально противоположно два байонетных паза, а на торцевой внешней поверхности хвостовика пенала выполнены (приварены) диаметрально противоположно два байонетных стержня, обеспечивающие надежную фиксацию крышки пенала при ее совмещении с хвостовиком.
В нижней части днища крышки пенала выполнено (вырезано) полукруглое отверстие для расположения хвоста животного при его фиксации в корпусе пенала, а в центре крышки - отверстие в виде многогранника, повторяющего форму поперечного сечения штока толкателя и размерами, обеспечивающими скользящую посадку штока при его перемещении.
Толкатель выполнен из пластиковых или резиновых материалов и имеет в нижней части полукруглое отверстие для размещения хвоста животного при его фиксации в корпусе пенала, при этом толкатель соединен по центру со штоком при помощи, например, резьбового соединения.
В поперечном сечении шток толкателя имеет многогранную форму, оптимально в виде шестигранника, и соединен другим концом с ручкой толкателя.
Скоба фиксатора закреплена (приварена) к задней стороне крышки пенала таким образом, чтобы образовавшийся зазор между крышкой и упором скобы был меньше, чем суммарная длина пружины фиксатора плюс толщина планки фиксатора, например, на 2-3 мм, а расстояние от нижнего среза упора скобы до оси штока толкателя было несколько меньше радиуса навивки пружины.
В планке фиксатора по центру на некотором удалении от верхнего края вырезано отверстие, идентичное по форме сечению штока толкателя с небольшим положительным зазором по периметру.
При сборке узла фиксации положения тела животного надетые на шток толкателя пружина и планка фиксатора размещаются в зазоре между крышкой пенала и упором скобы фиксатора, при этом верхняя половина пружины фиксатора частично сжата за счет планки фиксатора, ограниченной упором скобы, а сама планка приобретает наклон менее 90° по отношению к оси штока толкателя.
Корпус защиты (защитный корпус) подсадочного устройства представляет собой полый стакан из прозрачного пластика, например из оргстекла, с размерами, определяемыми габаритами пенала и длиной выдвинутого штока при подсадке в пенал предельно крупного лабораторного животного, при этом фиксация корпуса защиты при его установке на внешнем фланце корпуса защиты осуществляется крепежным винтом, а герметичность всего подсадочного устройства - резиновыми уплотнительными кольцами и резиновой прокладкой.
Заявленное изобретение поясняется чертежами, на фиг. 1 которого приведена структурная схема предлагаемого к патентованию устройства для подсадки лабораторного животного и фиксации положения его тела при проведении ингаляционного токсикологического эксперимента; на фиг. 2 - сборка корпуса пенала для подсадки и фиксации мелких лабораторных животных; на фиг. 3 - крышка пенала; на фиг. 4 - разрез Б-Б по фиг. 3; на фиг. 5 - вид А по фиг. 3; на фиг. 6 - планка узла фиксации положения тела животного в пенале; на фиг. 7 - вид в разрезе планки узла фиксации положения тела животного в пенале; на фиг. 8 - вид сбоку штока толкателя; на фиг. 9 - вид спереди штока толкателя.
Устройство для подсадки лабораторного животного и фиксации положения его тела содержит пенал, узел фиксации и узел крепления и защитной герметизации конструкции.
Пенал состоит из цилиндрического корпуса 15, покрытого сеткой перфорации 21 и соединенного, с одной стороны, с головным обтекателем 6 и далее с головной маской 1, а, с другой стороны, с хвостовиком 13 пенала и далее с крышкой 8 пенала, причем к цилиндрической части головного обтекателя 6 приварены диаметрально противоположно два байонетных стержня 19. Все соединения деталей пенала клеевые либо сварные, в зависимости от применяемых материалов, помимо соединения с крышкой 8, где используется подвижное байонетное соединение, для чего хвостовик 13 снабжен двумя диаметрально расположенными байонетными стержнями 19, а в крышке 8 пенала вырезаны два диаметрально расположенных байонетных паза 24. Вдоль центральной оси крышки 8 и корпуса 15 проходит шток толкателя 14, соединенный одним концом с толкателем 7, а другим - с ручкой толкателя 11. Возможный вид соединения - резьбовой. В поперечном сечении шток толкателя 14 имеет многогранную форму, причем наиболее оптимально применение шестигранной формы. Габариты корпуса 15 и длина штока толкателя 14 определяются исходя из предельных габаритов лабораторных животных, используемых в реальных ингаляционных экспериментах, а также требований нетравматической фиксации положения тела животного при проведении многочасовой аэрозольной затравки.
Узел фиксации положения тела (лабораторного) животного (толкателя 7) внутри корпуса 15 пенала последовательно состоит из пружины 9 фиксатора, планки 10 фиксатора и скобы 12 фиксатора. Сборка узла фиксации осуществляется таким образом, чтобы плоскость симметрии, проходящая через планку 10, скобу 12 и продольную ось штока толкателя 14 проходила вертикально вниз при установке пенала в затравочный аэрозольный канал 3 ингаляционной камеры, при этом сама планка 10 получает наклон в плоскости симметрии менее 90° за счет расположения ее между сжатой верхней частью пружины 9 и гранью скобы 12. Такая конфигурация обеспечивает надежную работу узла фиксации положения тела животного в пенале.
Узел крепления и защитной герметизации состоит из двух приваренных к внешней стороне корпуса ингаляционной камеры соосно с затравочными окнами фланцев: внутреннего патрон-держателя 2 с вырезанными на торцевой поверхности диаметрально противоположными байонетными пазами, которые совместно с байонетными стержнями 19, расположенными на головном обтекателе 6, образуют подвижное крепление всей конструкции подсадочного пенала, и внешнего фланца 18 корпуса защиты с вырезанными на торцевой поверхности тремя круговыми канавками, в крайние из которых уложены резиновые уплотнительные кольца 5, а средняя служит для фиксации крепежного винта 17 и, соответственно, корпуса защиты 16, причем для повышения степени герметизации конструкции устройства на внешний фланец 18 надета уплотнительная резиновая прокладка 4, защищающая торец корпуса защиты 16 от удара при его установке на внешний фланец 18 корпуса защиты.
В конструкциях толкателя 7 и крышки 8 пенала в нижней части сделан полукруглый вырез 23 для нетравматического удержания хвоста животного при его подсадке в пенал, кроме того, в центре крышки 8 выполнено отверстие 22, причем его форма повторяет с небольшим зазором форму сечения штока 14 и обеспечивает скользящее его движение во время процедуры фиксации положения тела животного.
Устройство работает следующим образом.
В подготовленный чистый корпус пенала 15, фиг. 2, вводится головой вперед лабораторное животное, удерживая его за заднюю часть свободной рукой. Как только животное полностью войдет в объем корпуса пенала 15, в заднее пространство пенала вводится толкатель 7, соединенный со штоком толкателя 14 таким образом, чтобы хвост животного попал в вырезанное отверстие 23 в нижней части толкателя 7. Затем, нажимая на ручку 11 толкателя, перемещают толкатель 7 вперед вдоль корпуса пенала 15 и, следовательно, заставляя животное так сгруппироваться в передней части пенала, чтобы его голова полностью оказалась в объеме головной маски 1, но при этом обеспечивая нестесненное положение его туловища. Затем берут крышку 8 пенала, свободно висящую на штоке 14 толкателя, и при помощи байонетного соединения 19 закрепляют на хвостовике 13 пенала. После чего проверяют реальное положение животного в пенале. В случае слишком свободного его положения, позволяющего животному в любой момент самостоятельно развернуться в объеме пенала, путем перемещения ручки 11 толкателя вперед выбирается излишний зазор, что заставляет животное более плотно сгруппироваться в передней части пенала. И наоборот, если нужно ослабить давление толкателя 7 на животное, нужно нажать вперед на нижнюю часть планки 10 фиксатора, освободив тем самым шток 14 от зацепления с планкой 10 и сдвигая ручку 11 толкателя назад, перемещают толкатель 7 в сторону крышки 8, тем самым увеличивая объем пенала, занятый телом животного. Если отпустить планку 10, это обеспечит ей под действием пружины 9 и скобы 12 нормальный угол наклона (менее 90°, как на фиг. 1), при котором осуществляется зацепление граней штока 14 с гранями отверстия планки 10, что фиксирует новое положение толкателя 7 и предотвращает его возможное перемещение под действием спонтанных движений животного в объеме корпуса пенала. В то же время перемещение толкателя 7 вперед при помощи ручки 11 не требует одновременного нажатия планки 10, так как не зависит от зацепления граней штока 14 и планки 10, что облегчает процесс снаряжения пенала для работы.
По окончании сборки пенал вставляется в патрон-держатель 2 аэрозольного канала 3 ингаляционной камеры и при помощи байонетного соединения 19 осуществляется фиксация его положения. После этого на внешний фланец 18 надевается защитный кожух 16 и фиксируется при помощи крепежного винта 17, обеспечивая герметизацию всего подсадочного устройства от возможных выбросов аэрозоля исследуемого токсиканта в окружающую среду.