СТРЕСС-ИНДУЦИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ НЕФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ ОККЛЮЗИИ ЧЕЛЮСТЕЙ У ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ЖИВОТНОГО

Полезная модель относится к медицинской технике, применяемой стоматологии и патологической физиологии, в частности, к устройствам, предназначенным для создания моделей патофизиологического эксперимента на животных и может быть использовано для формирования нефизиологической окклюзии полости рта.
Современное понимание окклюзии включает взаимоотношения зубов, жевательной мускулатуры и височно-нижнечелюстных суставов при функции и дисфункции. Окклюзия очень важна для того, чтобы обеспечить пациента всесторонним лечением. Стабильную физиологическую окклюзию обеспечивают множественные равномерные фиссурно-бугорковые контакты боковых зубов, которые характеризуются наличием на окклюзионной поверхности контактов скатов бугров-антагонистов. Правильные окклюзионные контакты обеспечивают осевую нагрузку зубов, создают стабильную центральную окклюзию и исключают перегрузку пародонта [Гросс М.Д., Мэтьюс Дж.Д. Нормализация окклюзии / Gross М.D., Mathews J.D. // Occlusion in restorative dentistry. Churchill livingstone, 1982. - M.: Медицина, 1986. - 288 с.].
Нарушение окклюзии может возникнуть при частичной потере зубов, особенно боковой группы зубов, когда происходит неправильное распределение жевательной нагрузки, вследствие чего может возникать перегрузка пародонта оставшихся зубов, зубоальвеолярная деформация челюстей, парафункции жевательных мышц. Данные патологические изменения приводят к пародонтиту, дисфункции височно-нижнечелюстного сустава (ВНЧС) и влекут за собой латеральный или дистальный сдвиг нижней челюсти [Хватова В.А. Окклюзионные шины - современное состояние проблемы // Маэстро стоматологии. - 2007. - №4. - С. 52-56].
При замещении дефектов зубных рядов без учета данных факторов возникают дисфункциональные нарушения элементов височно-нижнечелюстных суставов и жевательных мышц, что приводит к поломкам съемных ортопедических конструкций, сколам керамики металлокерамических коронок, увеличению сроков адаптации к изготовленным зубным протезам, а перегрузка зубов приводит к прогрессированию заболеваний пародонта. Поэтому, актуально включать в алгоритм комплексного лечения пациентов с частичной потерей зубов мероприятия по нормализации функции жевательных мышц и положения нижней челюсти, а также меры по предупреждению смещения нижней челюсти [Клинеберг И., Джагер Р. Окклюзия и клиническая практика. - 2-е изд. - М.: МЕДпресс-информ, 2008. - 200 с.].
С другой стороны, существующие методы и средства решения задачи по нормализации окклюзии, базирующиеся на использовании назубных капп и/или шин, предусматривают только восстановление равномерных фиссурно-бугорковых контактов в области твердых тканей боковых зубов, но не учитывают патологические изменения, происходящие в мягких тканях и пародонта, окружающем зуб. Подобная терапия, проводимая без учета метаболических и структурных изменений в тканях пародонта, влияния стрессового фактора, зачастую несет больше вреда, чем пользы.
Для научного исследования подобных патологических изменений, разработки методов и средств (в том числе и фармакологических) их коррекции, необходимо понимать патофизиологические механизмы, лежащие в основе формирования нефизиологической (травматической) окклюзии.
Общепринятым основным принципом исследования в медицине считают эксперимент на животных, в результате которого воссоздается та или иная патология, позволяющая всесторонне изучить стоящую перед наукой проблему.
Разработанное стресс-индуцирующее устройство для формирования нефизиологической окклюзии челюстей у экспериментального животного предназначено именно для такой цели, а именно - для всестороннего изучения патологических изменений в тканях полости рта, происходящих как на локальном (например, в тканях пародонта), так и системном уровне (например, в зубочелюстной системе организме) при нарушении физиологической окклюзии.
Реализация поставленной цели у экспериментального животного (крысы) имеет ряд трудностей: прямое прототипирование используемых у человека назубных шин и капп неприемлемо для животных, поскольку обусловлено особенностями строения зубочелюстного аппарата крысы (режущие, а не трущие, как у человека, поверхности боковых зубов), высокой стоимостью и трудоемкостью изготовления индивидуальных капп или шин для каждого животного и невозможностью динамического наблюдения за состоянием зубочелюстного аппарата животного.
Из уровня техники известна узда, часть конской сбруи - надеваемые на голову лошади ремни специальной конструкции с удилами и поводьями объединенные в одно целое, служащие для управления лошадью.
Недостатком для использования узды в эксперименте является сложность экстраполяции конструкции на несопоставимого по размеру экспериментального животного (крысу, например), а также необходимость управления каждым животным индивидуально.
Достаточно близко к предлагаемому техническому решению является кляп - кусок дерева или тряпки, насильно всовываемый в рот животному или человеку с тем, чтобы лишить его возможности кусаться или кричать. Существуют кляпы разной конструкции, они могут быть выполнены из разных материалов, например, кожи, пластмассы, резины, имеют, как правило, в своей конструкции ограничивающий (например, шарик) и фиксирующий (например, ремешок) элементы (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BB%D1%8F%D0%BF).
Недостатком известной конструкции являются сложности использования кляпа при приеме пищи и воды, что может привести к преждевременной смерти экспериментального животного, а также отсутствие системы его крепления на теле животного.
Известные конструкции кляпов не позволяют зафиксировать их на длительное время у экспериментального животного, поскольку крыса легко избавится от любых инородных тел во рту с помощью передних лап. Ограничение же движения путем связывания или другого вида фиксации конечностей экспериментального животного снизит чистоту эксперимента и не позволит исследовать стресс-индуцирующий фактор на требуемом для решения поставленной цели уровне.
Известна шлейка-жилет TRIXIE (ТРИКСИ) для морской свинки/крысы, в комплект входит жилет (жилетка) и поводок с карабином (http://www.krysota.ru/product_info_php?products_id=3514).
Жилет фиксируется на животном в 2-х местах: под горлом, чтобы животное не достало его зубами и лапами и на животе. Оба крепления регулируются, использование жилета возможно для животного любого возраста. Жилет застегивается на липучки (контактная лента), которые произведены из качественного синтетического материала, что сильно удлиняет срок использования устройства.
Недостатки шлейки-жилета заключаются в конструктивных особенностях, не позволяющих его использовать для решения поставленной цели без внесения существенных изменений в его устройство.
Результаты поиска показали, что специалисту недостаточно просто совместить наиболее близкие по технической сущности устройства - кляп и жилет, которые явным образом вытекают из известного уровня техники, поскольку для достижения поставленной цели требуется значительное по объему усовершенствование известных конструкций, изменяющее, по сути, их первоначальное предназначение.
Задача предлагаемого технического решения - неинвазивное обеспечение нефизиологической окклюзии у экспериментального животного (крысы) без ущерба для его жизнедеятельности и свободе передвижения, характеризующееся простотой изготовления и использования в течение продолжительного промежутка времени.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в том, что обеспечивается возможность моделирования патологии тканей пародонта, вызванной воздействием стресс-индуцирующего фактора в виде нефизиологической окклюзии у экспериментального животного (крысы).
Поставленная задача решается за счет того, что у стресс-индуцирующего устройства для формирования нефизиологической окклюзии челюстей у экспериментальной крысы, включающего фиксирующий жилет, снабженный двумя отверстиями для передних лап и одним отверстием для шеи с застежкой на контактную ленту, дополнительно имеется металлическое кольцо, вшитое в воротник, к которому жестко крепится круглая арамидная нить толщиной 1 мм с двумя симметрично расположенными силиконовыми ограничителями и металлическим шариком, имеющим отверстие посредине такого диаметра, который позволяет ему свободно перемещаться по нити.
На фиг. 1 изображены основные элементы устройства.
На фиг. 2 - устройство в рабочем состоянии, установленное у экспериментального животного.
На фиг. 3 - электронно-микроскопическое изображение дистрофических процессов в твердых тканях пародонта у экспериментальных животных через 30 суток после установки устройства. Цифрой 1 обозначены края зубной альвеолы.
На фиг. 4 - электронно-микроскопическое изображение дистрофических процессов в твердых тканях пародонта у экспериментальных животных через 60 суток после установки устройства. Цифрой 1 обозначены края зубной альвеолы, цифрой 2 обозначено истирание режущих краев зубов и межбугорковых контактов, цифрой 3 обозначено распространение патологического процесса деструкции на альвеолярную кость.
Таким образом, предлагаемое стресс-индуцирующее устройство для формирования нефизиологической окклюзии челюстей у экспериментальной крысы выполнено в виде металлического шарика (1), имеющего отверстие посредине (2), через которое свободно пропущена круглая арамидная нить (3) толщиной 1 мм с двумя симметрично расположенными силиконовыми ограничителями (4), которая жестко крепится к металлическому кольцу (5), вшитому в воротник (6) фиксирующего жилета (7) с застежкой на контактную ленту (8), снабженному двумя отверстиями (9) для передних лап и одним отверстием (10) для шеи. В соответствии с возрастом или размером экспериментального животного, диаметр шарика может быть разным.
Краткая характеристика элементов, использованных в устройстве.
Шарик - металлический шарик, изготовленный из биологические нейтрального металла, например, из титана, который имеет отверстие посредине, через которое свободно проходит арамидная нить. Подобная конструкция позволяет шарику свободно перемещаться во рту животного, однако, не позволяет его выплюнуть или разгрызть, титан не окисляется в полости рта и не влияет на важные биохимические показатели слюны.
Арамидная нить - в несколько раз прочнее рояльной стали, что своей при толщине в 1 мм уже исключает ее перекусывание зубами животного, полностью биологически совместима с натуральными костными и мягкими тканями полости рта, пластична и доступна по цене. Положение шарика на арамидной нити регулируется двумя симметрично расположенными силиконовыми ограничителями таким образом, чтобы они всегда располагались снаружи на уровне щек, а металлический шарик всегда находился во рту экспериментального животного в области неба между зубными рядами на уровне боковых коренных зубов.
Жилет - выполнен из синтетического материала, представляет собой единую фиксирующую конструкцию вместе с вшитым в воротник металлическим кольцом, размер которого соответствует типоразмеру головы крысы, к которому жестко прикреплена круглая арамидная нить толщиной 1 мм с двумя симметрично расположенными силиконовыми ограничителями, пропущенная свободно через отверстие в металлическом шарике. Жилет одевается путем продевания головы и лап животного в соответствующие технологические отверстия, дополнительно снабжен удобной широкой застежкой на контактную ленту, с фиксацией на спине животного, которая позволяет при необходимости регулировать степень фиксации жилета на теле экспериментального животного и не позволяет животному его расстегнуть.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и ближайших аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критериям «новизна» и «промышленная применимость».
Результаты поиска показали, что заявленная полезная модель не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного технического решения, что обеспечивает положительную реакцию на решение технической задачи - моделирование патологии тканей пародонта, вызванной воздействием стресс-индуцирующего фактора в виде нефизиологической окклюзии у экспериментальной крысы.
Стресс-индуцирующее устройство для формирования нефизиологической окклюзии челюстей у экспериментальной крысы используют следующим образом.
Предварительно подобранное по размеру в зависимости от возраста и характера телосложения экспериментальной крысы устройство для формирования нефизиологической окклюзии челюстей надевают через раскрытый фиксирующий жилет, сначала продев голову сквозь металлическое кольцо, вшитое в воротник, одновременно припасовывают металлический шарик, перемещающийся свободно на круглой арамидной нити во рту животного. Два симметрично расположенных силиконовых ограничителя устанавливают на уровне щек, ограничивая диапазон перемещения шарика только полостью рта, затем затягивают фиксирующий жилет с застежкой на контактную ленту на спине животного таким образом, чтобы круглая арамидная нить располагалась на уровне углов рта, а металлический шарик находился во рту в области неба между зубными рядами на уровне боковых коренных зубов.
После размещения устройства на теле экспериментальной крысы, его помещают в клетку.
Благодаря заявленной конструкции устройства животное может свободно перемещаться, но не имеет возможности избавиться ни от одного элемента устройства даже с использованием лап, также не может выплюнуть шарик через угол рта ввиду отсутствия соответствующих мимических мышц и наличия на арамидной нити двух симметрично расположенных силиконовых ограничителей, также не может разгрызть арамидную нить ввиду ее особой прочности.
Длительность эксперимента не ограничена: с закрепленным на теле и во рту устройством крыса свободно пьет, принимает пищу, однако, благодаря конструктивным особенностям устройства, не может жевать на обе стороны челюстей одновременно (мешает металлический шарик во рту), поэтому пережевывает пишу то на одной, то на другой стороне.
Непрерывно перекатывая шарик во рту, и не имея возможности от него избавиться, экспериментальное животное испытывает постоянный стресс, который служит пусковым механизмом сначала формирования нефизиологической окклюзии, а затем и воспаления тканей пародонта (пародонтит), причем устройство обеспечивает неинвазивное формирование исследуемой патологии без ущерба для жизнедеятельности и свободе передвижения животного. Кроме этого, разработанное устройство характеризуется простотой изготовления, низкой стоимостью материалов и возможностью многократного использования в течение продолжительного промежутка времени в различных экспериментальных исследованиях для формирования нефизиологической окклюзии челюстей в условиях постоянного стресса.
Разработанное стресс-индуцирующее устройство для формирования нефизиологической окклюзии челюстей у экспериментальной крысы апробировано в условиях вивария на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Ставропольский государственный медицинский университет» Минздрава России (ФГБОУ ВО СтГМУ Минздрава РФ).
Эксперимент на животных проведен в соответствии с принципами надлежащей лабораторной практики (Национальный стандарт «Принципы надлежащей лабораторной практики» ГОСТ Р 53434-2009) и положительным заключением этического комитета СтГМУ №34 от 12.04.2017.
Исследования проведены на белых лабораторных крысах (всего 40 животных), которые разделены на 4 равные группы по 10 особей: 1-я - интактные животные (без устройства); 2-я группа - животные с установленным стресс-индуцирующим устройством для формирования нефизиологической окклюзии челюстей в течение 15 суток; 3-я группа - животные с установленным стресс-индуцирующим устройством для формирования нефизиологической окклюзии челюстей в течение 30 суток, 4-я группа - животные с установленным стресс-индуцирующим устройством для формирования нефизиологической окклюзии челюстей в течение 60 суток.
Животных выводили из эксперимента передозировкой эфира. Морфологические изменения в тканях пародонта оценивали по препаратам, окрашенным гематоксилином и эозином и по Массону.
10
Макропрепараты исследовали с помощью растрового электронного микроскопа JSM-T300 (Япония) с режимом работы: ускоряющее напряжение - 20 КV; сила тока - (2,9-3,1)×10А при увеличении - ×50, ×500.
Микроскопию гистологических срезов проводили на цифровом микроскопе со встроенным фотоаппаратом Olympus ВХ45. Морфометрические исследования проводили с использованием программы Видео-Тест Морфология 5.1 для Windows. Полученные цифровые данные анализировали с применением статистического метода t-критерия Стьюдента в программе Primer of Biostatistics 4.03 для Windows. Достоверными считали различия при р<0,05.
Как показали результаты проведенного исследования, использование стресс-индуцирующего устройства приводит к формированию нефизиологической окклюзии челюстей уже к 30-м суткам эксперимента, а к 60 стукам у экспериментального животного на фоне сформированной нефизиологической окклюзии регистрируются патологические воспалительные изменения в тканях пародонта, характеризующиеся кровоточивостью десен, подвижностью жевательных зубов, зубным налетом и патологическими карманами, глубиной до 5 мм.
При непродолжительном использовании стресс-индуцирующего устройства (15 суток) в мягких тканях пародонта экспериментальных животных происходили структурные изменения, которые сопровождались потерей эластичности мышечных волокон и стенок сосудов за счет выхода из миоцитов жидкости с включением белковых компонентов. Однако, проявления генерализованного отека прикрепленной десны не носили критического характера. Также наблюдались изменения ультраструктуры митохондрий: умеренное набухание, частичная вакуолизация, сжатие митохондриального матрикса и мембран. Такие изменения являются свидетельством митохондриальной дисфункции, которая является характерной для развития стресс-реакции. Имело место увеличение количества расширенных канальцев саркоплазматического ретикулума, что может рассматриваться как один из начальных этапов формирования повреждения ткани пародонта.
Проведенные методом растровой электронной микроскопии исследования показали, что длительное использование разработанного устройства приводит к формированию нефизиологической окклюзии в виде истирания режущих краев зубов и межбугорковых контактов уже к 30-м суткам эксперимента, но особенно ярко проявляющееся к сроку наблюдения 60 суток. К этому сроку наблюдается выраженное истончение и деструкция краев зубных альвеол (обозначено цифрой 1 на фиг. 3 и фиг. 4), а также распространение патологического процесса деструкции дальше - на альвеолярную кость (обозначено цифрой 3 на фиг. 4).
Структура твердых тканей пародонта и зубов у крыс изображена на фиг. 3 и фиг. 4.
На фиг. 3 - электронно-микроскопическое изображение дистрофических процессов в твердых тканях пародонта (1) у экспериментальных животных 3-ей группы (через 30 суток после установки устройства).
На фиг. 4 - электронно-микроскопическое изображение дистрофических процессов в твердых тканях пародонта (1), формирование нефизиологической окклюзии в виде истирания режущих краев зубов и межбугорковых контактов (2) и переход патологического процесса на альвеолярную кость (3) и у экспериментальных животных 4-ей группы (через 60 суток после установки устройства).
Таким образом, электронно-микроскопические и гистологические результаты экспериментального исследования с использованием разработанного стресс-индуцирующего устройства для формирования нефизиологической окклюзии челюстей подтвердили возможность эффективного воспроизведения неинвазивной экспериментальной нефизиологической окклюзии и воспаления тканей пародонта без ущерба для жизнедеятельности и свободе передвижения животного, гарантируя высокую точность и чистоту полученных научных данных, носящих прецизионный и доказательный характер.
Практическая эффективность разработанного стресс-индуцирующего устройства для формирования нефизиологической окклюзии челюстей у экспериментальной крысы позволяет многократно использовать его в экспериментальных условиях в течение продолжительного времени для всестороннего изучения патологических изменений, происходящих как на местном (непосредственно в тканях пародонта), так и общем уровне (в организме) при нарушении физиологической окклюзии.
Источники информации
1. Гросс М.Д., Мэтьюс Дж. Д. Нормализация окклюзии / Gross М.D., Mathews J.D. // Occlusion in restorative dentistry. Churchill livingstone, 1982. - M.: Медицина, 1986. - 288 с.
2. Клинеберг И., Джагер Р. Окклюзия и клиническая практика. - 2-е изд. - М.: МЕДпресс-информ, 2008. - 200 с.
3. Хватова В.А. Окклюзионные шины - современное состояние проблемы // Маэстро стоматологии. - 2007. - №4. - С. 52-56.
4. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BB%D1%8F%D0%BF
5. http://www.krysota.ru/product_info.php?products_id=3514