Способ регистрации показателей зрительного нистагма лабораторных животных
METHOD FOR RECORDING INDICATORS OF VISUAL NYSTAGMUS IN LABORATORY ANIMALS

Изобретение относится к области биологии, экспериментальной медицины, гигиены и может быть использовано при исследовании действия на организм биообъектов различных факторов среды обитания, производственной деятельности, а также фармакологических средств.
Конечной целью исследований, проводимых на лабораторных животных, является определение степени влияния на их функционирование вредных техногенных и природных факторов с последующей экстраполяцией полученных данных на человека. Проведение экспериментальных исследований воздействия указанных факторов непосредственно на человеческий организм в известной мере ограничено из-за возможности нанесения вреда здоровью испытуемого.
Основным вопросом экстраполяции является оценка равноэффективных для человека и лабораторных животных условий воздействия. Как правило, для этих целей используют расчет, основанный на теории биологического подобия организмов. Для выполнения указанного расчета необходимы результаты экспериментов, полученные не менее чем на трех видах подопытных животных, массы тела которых значительно отличаются. Наиболее оптимальным при этом видится следующий ряд: крыса, кролик, собака [Экстраполяция экспериментальных данных на человека: принципы, подходы, обоснование методов и их использование в физиологии и радиобиологии. Руководство. Даренская Н.Г., Ушаков И.Б., Иванов И.В. и др. - М. - Воронеж: ИСТОКИ, 2004. - 232]. При этом необходимо учитывать, что наиболее выраженные изменения в организме биообъектов при действии вредных факторов возникают в органах и системах, наиболее чувствительных к их специфическому воздействию. Так, факторы полета, невесомости, изменения положения тела в пространстве являются специфическими раздражителями для вестибулярного аппарата биообъектов.
Для оценки состояния вестибулярного аппарата принято использовать показатели зрительного нистагма (продолжительность, частота, амплитуда движений глазных яблок) при выполнении методик, основанных на вращательных пробах, являющихся способом адекватной стимуляции рецепторов полукружных каналов за счет углового ускорения. В качестве таких методик могут использоваться: классическая вращательная проба Барани, пороговая вращательная стимуляция по методу В.С. Олисова, вращение по треугольным, трапецеидальным и синусоидальным программам [Бабияк В.И. Акимов Г.А. Базаров В.Г. Филимонов В.Н. Вестибулярные и слуховые нарушения при шейном остеохондрозе. Киев: Здоровье, 1990; Базаров В.Г. Клиническая вестибулометрия. Киев: Здоровье, 1988; Курашвили А.Е. Бабияк В.И. Физиологические функции вестибулярной системы. Л. Медицина, 1975; Склют И.А. Лихачев С.А. Методические основы оценки вестибулоокулярного рефлекса // Вестник оториноларингологии. 1989, №3, с. 16 21].
Таким образом, в настоящее время актуальна задача разработки способа регистрации показателей зрительного нистагма у испытуемых биообъектов. Особую значимость при этом приобретают способы, применимые для использования в экспериментах на лабораторных животных, так как проведение экспериментальных исследований воздействия различных вредных факторов (например, низкочастотного акустического излучения) непосредственно на человеческий организм может привести к нанесению вреда здоровью испытуемого.
Известна методика определения реактивности вестибулярного анализатора у подопытных кроликов [Уйба В.В., Котенко К.В., Степанов B.C. Биологическое действие инфразвука. - М.:, 2012], в основе которой использование вращательной системы RS-6. Кролики во время вращения укрепляются методом «распятия» на лабораторном станке установки. Голова животного при этом фиксируется головным держателем, а ось вращения вестибулярной установки проходит через голову кролика. Возникающая нистагменная реакция регистрируется при помощи метода электронистагмографии при помощи металлических электродов, вкалываемых у наружных углов глаз биообъекта.
Недостатком данной методики является то, что фиксация подопытных животных методом «распятия» приводит к их стрессированию, изменению функционального состояния, и, в конечном итоге, отрицательно сказывается на точности регистрируемых показателей зрительного нистагма. Кроме того, вкалываемые у наружных углов глаз электроды способны серьезно травмировать биообъект, вызывать у него болевые ощущения и двигательное беспокойство, что также оказывает дополнительное помеховое действие на процесс регистрации.
Известно устройство для исследования вестибулярного аппарата у животных [SU 1138112, 06.04.1983], представляющее собой платформу, установленную на стойке с возможностью вращения, электродов, регистрирующего прибора и приспособления для фиксации биообъектов. Реализуемый им способ предполагает регистрацию показателей зрительного нистагма с помощью электродов, которые вкалываются в кожу у латеральных углов глаз и в ушную раковину объекта исследования. При этом само животное изолируется от света, звука и электромагнитных волн специальным кожухом. Указанный способ выбран в качестве прототипа. Его недостатками является повышенная травматизация биообъекта вкалываемыми электродами и возникновение на этом фоне спонтанных мышечных сокращений вследствие двигательного беспокойства, что отрицательно влияет на процесс записи нистагмограммы. Кроме того, применяемый способ является опосредованным, так как основан на регистрации биопотенциалов глазодвигательных мышц, а не фактических движений глазного яблока при зрительном нистагме.
Технический результат, на решение которого направлено изобретение заключается в разработке способа, исключающего недостатки прототипа и обеспечивающего регистрацию непосредственных показателей зрительного нистагма лабораторных животных.
Достижение технического результата обеспечивается размещением лабораторного животного в светонепроницаемом боксе, закреплении бокса на платформе с возможностью вращения, проведении вестибулярной вращательной пробы и регистрации показателей зрительного нистагма в светонепроницаемом боксе с помощью видеокамеры, оборудованной собственным источником света, с фиксацией взгляда лабораторного животного на объективе видеокамеры с помощью точечного импульсно-периодического источника некогерентного оптического излучения для чего видеокамеру и точечный импульсно-периодический источник некогерентного оптического излучения размешают непосредственно перед органом зрения животного, при этом частоту следования импульсов выбирают в диапазоне 5…9 Гц, а несущую длину волны излучения задают соответствующей зеленому цвету.
Известно, что ориентировочный рефлекс, как врожденная реакция организма, заключается в фиксации взгляда и концентрации внимания биообъекта на возникший новый стимул. При этом изменяющийся во времени стимул вызывает более длительную ориентировочную реакцию [Основы психофизиологии: Учебник / Отв. ред. Ю.И. Александров. - М.: ИНФРА-М, 1997, с. 146-155]. Кроме того, наиболее выраженные отклики в биоэлектрической активности головного мозга зафиксированы при предъявлении световых импульсов с частотой следования 5…9 Гц [Данилова Н.Н. «Реакция электрической активности головного мозга в ответ на световые мелькания, совпадающие с диапазоном частот альфа-ритма./ Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова, т. XI вып. 1, с. 13-21].
Также известно, что лабораторные животные (крыса, кролик, собака) обладают определенными особенностями в восприятии цвета. К примеру, крысы и кролики способны различать синий и зеленый цвета, а собаки - желтый и зеленый [https://apest.ru/krysy/vse-o-krysah/kak-vidyat-krysy/; https://farmmods-fs.ru/kroliki/kakie-cveta-vidyat.html; Как собаки видят мир? - Статьи - ilikePetilike.pet>kak-sobaki-vidyat-mir 18]. Следовательно, источник оптического излучения зеленого цвета будет восприниматься всеми перечисленными лабораторными животными как оптический раздражитель.
Из сказанного следует, что для фиксации взгляда лабораторных животных должен быть использован точечный импульсно-периодический источник некогерентного оптического излучения зеленого цвета с частотой следования импульсов 5…9 Гц.
При этом указанный источник оптического излучения должен обеспечивать фиксацию взгляда животного непосредственно на устройстве, осуществляющем регистрацию показателей зрительного нистагма. В качестве регистратора в этом случае целесообразно использование видеокамеры, так как она способна осуществлять запись фактических движений глазного яблока.
Таким образом, светонепроницаемый бокс должен быть оборудован видеокамерой в качестве регистратора показателей зрительного нистагма и точечным импульсно-периодическим источником некогерентного оптического излучения с несущей длиной волны, соответствующей зеленому цвету (0,5 мкм) для фиксации взгляда подопытного животного на регистраторе. Важным нюансом при этом является тот факт, что современные видеокамеры имеют собственный встроенный источник света, что позволяет им осуществлять видеозапись при нулевом значении внешней освещенности. К тому же запись изображения осуществляется на размещенную в видеокамере карту памяти, что позволяет в дальнейшем переносить полученный файл на жесткий диск компьютера и проводить его обработку с использованием различных пакетов прикладных программ.
Реализацию патентуемого способа демонстрирует следующий пример. Подопытное животное фиксируется в светонепроницаемом боксе так, чтобы видеокамера и точечный импульсно-периодический источник некогерентного оптического излучения располагались непосредственно перед его органом зрения. Далее бокс крепится на вращающейся платформе таким образом, чтобы, как и в способе-прототипе, ось вращения проходила через середину линии, соединяющей наружные слуховые проходы животного. После этого осуществляется включение видеокамеры и точечного импульсно-периодического источника некогерентного оптического излучения с частотой следования импульсов 5…9 Гц и несущей длиной волны соответствующей зеленому цвету (0,5 мкм), а затем осуществляется вращение платформы. Регистрация показателей зрительного нистагма может происходить как во время предъявления вращательной нагрузки, так и после нее. При этом энергообеспечение видеокамеры и импульсно-периодического точечного источника некогерентного оптического излучения осуществляется от собственных элементов питания, что исключает использование всевозможных проводов.
Предлагаемый способ регистрации зрительного нистагма позволяет проводить экспериментальные исследования по оценке влияния на подопытных животных различных вредных факторов (например, инфразвука) либо по моделированию особых условий (например, угловых ускорений) в течение достаточно продолжительных (минуты, часы) периодов воздействия.