Стенд для проведения экспериментов по методике "принудительное плавание"

Полезная модель относится к области экспериментальных исследований на животных, а именно к исследованиям депрессивного состояния мелких лабораторных животных, в частности белых нелинейных крыс, по методике «принудительное плавание» [1-3].
Актуальность разработки стенда для проведения экспериментов по методике «принудительное плавание» обусловлена необходимостью создания условий для воспроизводимости эксперимента, снижения трудоемкости подготовительных работ и повышения достоверности полученных результатов. При проведении экспериментов по данной методике ведется регистрация показателей активности лабораторных животных при плавании в плексигласовых цилиндрах. Температура воды в цилиндрах поддерживается на уровне (25±1)°С. Типы плавания животных определяются как:
- «активное плавание» - активные движения конечностями, хвостом, всем туловищем;
- «пассивное плавание» - движения конечностями, хвостом, отсутствие движений туловищем;
- «иммобилизация» - зависание животного на поверхности воды при отсутствии движений туловищем, конечностями и хвостом.
В классической методике [1-3] секундомером регистрируются временные параметры (начало, продолжительность, количество) типов плавания лабораторных животных.
Прототипом предлагаемой полезной модели является комплект оборудования в составе: ПЭВМ, видеокамера, плата видеозахвата, специальное программное обеспечение SMART, поставляемого производителем Panlab HARVARD APPARATUS [4-7]. Экспериментальная площадка состоит из установленных в ряд плексигласовых цилиндров, наполненных водой, направленной на них видеокамеры, подключенной через плату видеозахвата к ПЭВМ с установленной программой SMART. Актуальная в настоящее время версия SMART v 3.0 позволяет с высокой точностью оценивать активность лабораторных животных. Основным элементом автоматизации методики является компьютерная обработка ряда кадров, определение количества изменяющихся пикселей и перевод значения в показатель скорости изменения изображения, который позволяет дифференцировать варианты двигательной активности как «иммобилизация», «пассивное плавание» и «активное плавание».
При проведении исследований по данной методике возникает проблема настройки правильного освещения рабочего поля. При общем освещении лаборатории люминисцентными лампами на поверхности цилиндров создается большое количество бликов, являющихся помехами при определении контура подвижности животного. Это снижает точность распознавания программным обеспечением двигательных локомоций мелких лабораторных животных в процессе плавания и вносит неконтролируемую погрешность.
Следующим проблемным моментом является обеспечение оптимальной температуры воды в цилиндрах (25±1)°С.При высоте цилиндров 50 см и диаметре 30 см в один цилиндр помещается около 25 л воды. Эксперимент проводится одновременно в четырех цилиндрах. Замену воды, в связи с ее помутнением вследствие выделений животных, необходимо проводить после каждого тестирования. В экспериментах по исследованию влияния на функции организма одного препарата используется от 12 до 24 животных. Таким образом, за один цикл экспериментов необходима замена воды в цилиндрах от трех до шести раз, то есть от 300 до 600 л. При отсутствии горячего водоснабжения регулирование температуры воды проводится подручными средствами: перенос воды ведрами, нагревание, перемешивание и замер температуры в цилиндрах. На подготовительный этап тратится существенно больше времени, чем на сам эксперимент (30 мин на подготовку воды, 20 мин на тестирование, 15 мин на слив воды).
Таким образом, основными недостатками аналога являются:
- отсутствие возможности создания стационарных условий освещения, оптимальных для оценки активности лабораторных животных программой SMART;
- трудоемкость и продолжительность подготовки эксперимента;
- необходимость постоянного контроля температуры воды при наполнении цилиндров.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в создании стационарных условий освещения цилиндров, позволяющих минимизировать помехи при оценке активности животных, снижении трудоемкости и длительности подготовки эксперимента, исключении необходимости постоянного контроля температуры воды при наполнении цилиндров.
Поставленная задача решается разработкой стенда для проведения экспериментов по методике «принудительное плавание», состоящего из системы освещения с противоблико-вым периметром и системы водообмена.
Противобликовый периметр для установки цилиндров представляет собой прямоугольную конструкцию с размерами 105 см в ширину, 62 см в высоту, 50 см в глубину с открытой передней и верхней поверхностями. Внутренняя часть конструкции поделена на равные отсеки для цилиндров 9 вертикальными перегородками 7. Боковые стенки 12 и перегородки периметра выполнены из фанеры толщиной 10 мм, изнутри выкрашены черной матовой краской. Задняя стенка 1 увеличена в вертикальном и горизонтальном направлении и служит основой для крепления элементов стенда.
Система освещения цилиндров, представляет собой металлический каркас 2 П-образной формы высотой 140 см и шириной 150 см с регулируемой высотой подъема установленных на нем осветительных устройств 5. Регулировка высоты осветительных устройств достигается перемещением вертикальных частей каркаса внутри направляющих трубкок 10 и фиксацией в необходимом положении с помощью фиксатора 8. Экспериментально было установлено, что оптимальная высота расположения осветительных устройств над цилиндрами для плавания составляет 70 см. Напраляющие трубки 10 крепятся скобами 11 к боковым стенкам противобликового периметра 12. В качестве источников света используются зеркальные лампы накаливания.
Для ограничения светового потока естественного освещения окна в лаборатории закрываются непрозрачными жалюзи, а искусственное освещение люминесцентными лампами не используется. Это минимизирует боковое освещение цилиндров и исключает появление бликов. В результате рабочее поле каждого цилиндра освещается равномерно за счет непрямого рассеянного искусственного света, который создается лампами накаливания и падает на цилиндр сверху.
Использование системы освещения позволяет получить более четкие изображения контуров подвижности животных вследствие уменьшения бликов на стенках цилиндров.
Для ускорения подготовки эксперимента, на основе проточного водонагревателя Stiebel Eltron DHE 18SLi 17, позволяющего регулировать температуру воды в диапазоне от 20°С до 60°С с точностью до 0,5°С, была разработана система водоснабжения. От водонагревателя вода распределяется по цилиндрам 9 по системе полипропиленовых труб 4. Подвод воды к каждому цилиндру снабжен шаровым краном 6. Элементы системы водоснабжения крепятся к задней стенке противобликового периметра скобами 3, проточный водонагреватель - штатными креплениями.
Для слива воды на дне каждого цилиндра проделаны отверстия 13, в которые впаяны шаровые краны 15 с внутренним диаметром 20 мм. От кранов идут гибкие шланги 14 в систему канализации 16.
Как показали контрольные замеры, производительность проточного водонагревателя Stiebel Eltron DHE 18SLi в условиях отсутствия горячего водоснабжения при нагревании воды до 25°С составляет от 6 до 6,5 л/мин, соответственно на наполнение цилиндров водой необходимо от 16,7 до 15,4 мин. На слив воды из цилиндров необходимо 3 мин.
Техническое решение поясняется фиг. 1, на которой изображен стенд для проведения экспериментов по методике «принудительное плавание», где:
1 - задняя стенка периметра;
2 - П-образный каркас системы освещения;
3 - скобы крепления системы водоснабжения;
4 - трубы системы водоснабжения;
5 - осветительное устройство;
6 - шаровые краны системы водоснабжения;
7 - перегородки периметра;
8 - фиксатор системы освещения;
9 - цилиндры для плавания животных;
10 - направляющая трубка системы освещения;
11 - скобы крепления;
12 - боковая стенка периметра;
13 - отверстия на дне цилиндров;
14 - гибкие шланги системы водоотведения;
15 - шаровые краны системы водоотведения;
16 - канализация;
17 - проточный водонагреватель Stiebel Eltron DHE 18SLi;
18 - труба холодного водоснабжения.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является:
-оптимизации условий освещения и получении четкого изображения контуров подвижности плавающих животных, что позволяет повысить точность распознавания двигательных локомоций мелких лабораторных животных в процессе плавания и обеспечить достоверность полученных данных о характере плавательной активности животных;
-изоляция животных друг от друга и исключении фактора социального поведения животных при оценке их поведенческой реакции;
- увеличение производительности проведения экспериментов от 85% до 92%;
- автоматическое регулировании температуры воды;
- снижение трудоемкости эксперимента за счет исключение необходимости ручного переноса от 600 до 1200 л воды при проведении экспериментов с одним препаратом.
Литература
1 Porsolt R.D., Pichon M. Le., Jalfre M. Depression: a new animal model sensitive to antidepressant treatment [Text]. // Nature. - 1977. - Vol. 266. - P. 730-732.
2 Porsolt R.D., Anton G., Blavet N., Jalfre M. Behavioural despair in rats: a new model sensitive to antidepressant treatment [Text]. // European Journal of Pharmacology. - 1978. -Vol. 47. - P. 379-391.
3 Porsolt R.D., Bertin A. Behavioral despair in mice: A primary screening test for antidepressants [Text]. / Arch. Int. Pharmacodyn. - 1977 - Vol. 229 - P. 327-336.
4 Forced swimming test [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.panlab.com/en/tests-solutions/forced-swimming-test. - Загл. с экрана.
5 SMART VIDEO TRACKING Software [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.panlab.com/en/products/smart-video-tracking-software-panlab. - Загл. с экрана.
6 Оборудование для поведенческих экспериментов / Депрессия / Принудительное плавание [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.science-pribor.ru/catalog/D500767/D5028C4/3.html. - Загл. с экрана.
7 SMART Video Tracking System [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.harvardapparatus.co.uk/webapp/wcs/stores/servlet/haisku2_10001_l1051_60201_-l_HAUK_ProductDetail N 37367 41301. - Загл. с экрана.