СТЕНД ЛАБОРАТОРНЫЙ АКТОГРАФИЧЕСКИЙ ДЛЯ ХРОНОБИОЛОГИЧЕСКИХ И ХРОНОФАРМАКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА ЖИВОТНЫХ
LABORATORY ACTOGRAPHIC BENCH FOR CHRONOBIOLOGICAL AND CHRONOPHARMACOLOGICAL STUDIES ON ANIMALS

Стенд относится к медицине и, в частности, предназначен для исследования поведения животных при введении медицинских препаратов.
Известен стенд для электрофизиологических исследований на крысах (патент RU 2245117 МКИ A61 D3/00 опубл. 10.06.2004 г.), состоящий из клетки для крысы, электродного устройства, вспомогательного элемента, фиксированного на крысе в месте выхода наружу электропроводов электродного устройства, референтного электрода и регистрирующего устройства, причем вспомогательный элемент выполнен в виде фиксируемой на хвосте втулки с фланцами на концах, которая установлена с возможностью свободного вращения вокруг оси в прорези в стенке клетки, электропровода электродного устройства пропущены через втулку-привязь и снаружи клетки их концы фиксированы на опоре, расположенной напротив втулки-привязи и на расстоянии от нее, причем электропровода электродного устройства и референтного электрода на участке между втулкой и опорой провисают, а референтный электрод подсоединен к втулке привязи.
Предлагаемый стенд предназначен для электромиографических исследований животных с помощью вживляемых электродов и не предназначен для оценки поведения животного на вводимые в его организм лекарственные средства.
Известен стенд для проведения исследований на лабораторных животных (прототип) (патент RU 138168 МПК А01К 1/03 опубл. 10.03.2014 г.), содержащий, по меньшей мере, одну клетку для лабораторных животных, измерительную платформу с датчиками контроля характеристик жизнедеятельности лабораторного животного, и модуль сбора, обработки и передачи данных, ко входам которого подключены выходы датчиков, причем измерительная платформа размещена под клеткой и содержит, по меньшей мере, два датчика, которые симметрично расположены вдоль нижней части клетки, каждый датчик содержит генератор СВЧ колебаний, делитель мощности, смеситель сигналов, чувствительный элемент в виде копланарной полосковой линии передачи сигнала, образующей опорный канал датчика, и диэлектрическую подложку, при этом рабочий и опорный каналы включены между выходами делителя мощности, вход которого соединен с выходом генератора СВЧ колебаний, и входами смесителя сигналов, на одной поверхности подложки нанесены электропроводящий заземленный слой и печатная дорожка опорного канала, причем поверхность подложки с электропроводящим заземленным слоем и печатной дорожкой рабочего канала обращена к клетке.
В прототипе в реальном масштабе времени оценивается состояние сердечно-сосудистой и дыхательной системы лабораторного животного и его двигательная активность при проведении биомедицинских исследований, но не дается полной оценки поведения животного во время проведения исследований. Кроме того, при оценке двигательной активности животное подвергается воздействию не безопасного для его здоровья электромагнитного излучения, которое, к тому же, будет приводить к искажениям результатов исследований; метод с применением генератора СВЧ является сложным и дорогостоящим.
Целью настоящего изобретения является создание такого стенда, в котором бы проводилась полная оценка поведения животного во время биомедицинских исследований в режиме реального времени, а именно, частота посещения поилки, кормушки, его двигательная активность, реакция на световое излучение, при этом она была бы совершенно безопасна для здоровья животного и малозатратна.
Предлагаемый стенд лабораторный актографический для хронобиологических и хронофармакологических исследований на животных, содержащий клетку, разделенную на отсеки, датчики контроля, содержит блок сбора и блок обработки информации, пульт управления, причем, каждый отсек клетки содержит кормушку с датчиком количества обращений, поилку с датчиком минимального уровня и датчиком количества обращений, датчик температуры, датчик вибрации, а также модуль светового воздействия, кроме того, как блок сбора, так и блок обработки информации содержат микроконтроллеры, причем в блоке обработки информации один из выходов микроконтроллера соединен с носителем информации, другой выход соединен с модулем связи, третий вход-выход микроконтроллера соединен с пультом управления, четвертый выход соединен с энергонезависимыми часами реального времени, а один из входов соединен с выходом источника постоянного тока, одна из линий ввода-вывода является интерфейсом связи, к которому подключены блоки сбора информации каждого отсека, кроме того, в блоке сбора информации к одному из входов микроконтроллера присоединены выход датчика вибрации, носитель информации и энергонезависимые часы реального времени, к другому входу присоединены модуль светового воздействия, датчики кормушки, поилки и температуры.
Датчики количества обращений к кормушке и поилке, а также датчики температуры размещены внутри каждого отсека клетки в блоке датчиков, который, в свою очередь, закреплен на одной из боковых стенок снаружи клетки.
Блоки сбора информации, содержащие датчики вибрации, выполненные в виде конденсаторных акселерометров, прикреплены снаружи к решетчатому полу каждого отсека клетки, закрыты сверху защитной планкой, а блок обработки информации расположен на одной из боковых стенок снаружи клетки.
Пульт управления выполнен на основе дисплея и сенсорной панели, а носитель информации выполнен в виде карты памяти.
Кормушка представляет собой короб для корма, прикрепленный к корпусу клетки и расположенный как снаружи, так и внутри отсека клетки с присоединенными к нему двумя открывающимися крышками, содержащий педаль, соединенную системой рычагов и шарниров с крышкой, расположенной внутри отсека, причем внутри отсека с одной из сторон части короба прикреплен флажок, имеющий возможность перекрытия сигнала оптопары датчика количества обращений при нажатии на педаль; а поилка, которая закреплена в пружинном держателе снаружи отсека клетки, состоит из чаши для воды с установленной на дне чаши цилиндрической трубкой с круглым основанием и соединенной с пластиковой прозрачной колбой при помощи регулировочной шайбы и гайки с отверстием в центре, а датчик минимального уровня воды в поилке состоит из поплавка с вмонтированными в нем магнитом и противовесами, имеющего возможность перемещения вдоль цилиндрической трубки, и геркона, закрепленного на дне цилиндрической трубки и имеющего возможность передачи на пульт управления светового и звукового сигнала, а также передачи информационных сообщений определенным адресатам.
Датчики кормушки и поилки, регистрирующие количество обращений, представляют собой оптопары, сигналы которых имеют возможность перекрытия в момент обращения к кормушке или поилке животного.
Модуль светового воздействия состоит из корпуса, прикрепленного внутри отсека к его стенке при помощи планки и содержащего плату с четырьмя светодиодами - белого, красного, зеленого и синего цвета, снабженными коллиматорными линзами.
Датчик температуры представляет собой терморезистивный элемент каплевидной формы, закрытый сверху защитным колпачком.
В качестве резервного источника питания может использоваться аккумуляторная батарея.
Смежные отсеки клетки разделены между собой двумя съемными перегородками - прозрачной и не прозрачной, а внешние стенки клетки выполнены непрозрачными - металлическими; при этом клетка сверху закрыта прозрачной крышкой с отверстиями для вентиляции над каждым отсеком и задвижкой для запирания.
На поясняющих чертежах изображено следующее:
- на фиг. 1 - общий вид стенда;
- на фиг. 2 - вид отсека внутри;
- на фиг. 3 - общий вид поилки;
- на фиг. 4 - общий вид кормушки;
- на фиг. 5 - общий вид модуля светового воздействия;
- на фиг. 6 - структурная схема стенда.
Стенд содержит клетку 1, разделенную перегородками 2 на четыре автономных отсека 3, каждый из которых содержит поилку 4 с датчиком минимального уровня 5 и датчиком количества обращений 6, кормушку 7 с датчиком количества обращений 8, модуль светового воздействия 9, датчик температуры 10 и датчик вибрации (не показан), расположенный в блоке сбора информации 11, прикрепленном снаружи к решетчатому полу 12 и закрытом сверху защитной планкой 13.
Поилка 4 закреплена в пружинном держателе 14 снаружи отсека 3 клетки 1 и состоит из чаши для воды 15 с установленной на ее дне цилиндрической трубкой (не показано) с круглым основанием (обе - из нержавеющей стали), соединенной, в свою очередь, с прозрачной колбой 16 из полимерного материала при помощи регулировочной шайбы и гайки (не показаны) с отверстием в центре, а датчик минимального уровня 5 состоит из поплавка 17 с вмонтированным в нем магнитом 18 и противовесами 19, геркона (не показано), закрепленного вертикально на дне цилиндрической трубки (не показано). Датчик количества обращений 6 к поилке 4 представляет собой оптопару 20, перекрываемую животным в момент обращения к поилке 4.
Кормушка 7 представляет собой короб 21 для корма, закрепленный как снаружи, так и внутри (не показано) отсека 3; внутри отсека 3 с одной стороны части короба 21 прикреплен флажок 22, который перекрывает сигнал оптопары (не показано) датчика количества обращений 8 при нажатии животным педали 23.
Датчики температуры 10, как и датчики количества обращений к поилке 6 и к кормушке 8, размещены внутри отсека 3 в блоке датчиков 24.
Модуль светового воздействия 9 состоит из корпуса 25, прикрепленного к стенке внутри отсека 3 при помощи планки 26 и содержит плату 27 с четырьмя светодиодами (не показаны) с коллиматорными линзами 28.
Блок обработки информации 29 размещен снаружи клетки 1 на одной из ее боковых стенок.
В состав стенда входит пульт управления 30, выполненный на основе дисплея и сенсорной панели, и электрически соединенный с блоком обработки информации 29.
Между смежными отсеками клетки размещены две съемные перегородки - прозрачная 31 и непрозрачная 32, внешние стенки клетки 33 выполнены металлическими, верх клетки закрыт прозрачной крышкой 34 с отверстиями для вентиляции 35 и задвижкой для запирания 36.
Блок сбора информации 11, так и блок обработки информации 29 содержат микроконтроллеры 37 и 38 соответственно, причем в блоке обработки информации 29 один из выходов микроконтроллера 38 соединен с картой памяти 39, другой выход соединен с модулем связи 40, третий вход-выход микроконтроллера 38 соединен с пультом управления 30, четвертый выход соединен с энергонезависимыми часами реального времени 41, а один из входов соединен с выходом источника постоянного тока 42, одна из линий ввода-вывода является интерфейсом связи, к которому подключены блоки сбора информации 11 каждого отсека 3. В блоке сбора информации 11 к одному из входов микроконтроллера 37 присоединены выход 43 датчика вибрации, карта памяти 44 и энергонезависимые часы реального времени 45, к другому входу присоединены модуль светового воздействия 9, датчик количества обращений к кормушке 8, датчик минимального уровня воды в поилке 5, датчик количества обращений к поилке 6, а также датчик температуры 10.
Стенд работает следующим образом.
Наполняют кормушки 7 и поилки 4, запускают в отсеки 3 испытуемых животных (без введения медпрепаратов), включают стенд. На пульте управления 30 редактируют необходимые настройки: чувствительность датчиков вибрации, длительность эксперимента, выбор цвета и длительность светового воздействия и т.д., нажимают «СТАРТ», с этого момента датчики начинают собирать и регистрировать информацию. При обращении к поилке 4 перекрывается оптический канал оптопары 20 - регистрируется время и количество обращений к поилке, при обращении к кормушке 7 перекрывается оптический канал оптопары (не показано) - регистрируется время и количество обращений к кормушке, датчик вибрации, установленный в блоке сбора информации 11, регистрирует наибольшее проявленное значение активности по пятибалльной шкале (где 1 - минимальная активность, 5 - максимальная активность) каждую минуту, измерение температуры датчиком 10 внутри отсека 3 происходит постоянно, а регистрируется значение температуры один раз в минуту, модуль светового воздействия 9 начинает работать по команде с пульта управления 30. Когда уровень воды в поилке 4 окажется минимальным, поплавок 17 с магнитом 18 опустится вниз, в результате геркон (не показан) подаст сигнал на пульт управления 30 о низком уровне воды в поилке 4. По окончании эксперимента данные автоматически записываются на карту памяти 39 в блоке обработки информации 29. Датчики перестают работать. После обработки данных с карты памяти 39 на персональном компьютере и их анализа эксперимент повторяют, но уже с введением медпрепаратов.
Таким образом, благодаря применению простых и надежных оптоэлектронных датчиков количества обращений животных к кормушке и поилке, а также надежных и безопасных для здоровья животных датчиков вибрации в виде конденсаторных акселерометров достаточно несложно, с высокой точностью и с минимальными затратами можно оценивать поведение животных на введение различных медицинских препаратов в режиме реального времени.