УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ У МЕЛКИХ ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ БЕЗ И НА ФОНЕ ГИПОКСИИ
DEVICE FOR MODELING PHYSICAL ACTIVITY IN SMALL LABORATORY ANIMALS WITHOUT AND WITH HYPOXIA

Изобретение относится к области экспериментальной физиологии и может быть использовано для моделирования физической нагрузкой у мелких лабораторных животных (мышь, крыса и т.п.) без и в сочетании с гипоксией.
Известны устройства для моделирования физической нагрузки, основой которых является смонтированная на шкивах бесконечная несущая прорезиненная лента [1, 12-16,19-21,23-31, 33-35,38-45, 48-50].
Конструктивные технические решения известных устройств имеют недостатки, связанные с ограничением возможности их использования в эксперименте с мелкими лабораторными животными. Данные устройства адаптированы исключительно для людей.
Известны устройства для моделирования гипоксии с целью гипоксической тренировки спортсменов, профилактики некоторых заболеваний дыхательной и сердечно-сосудистой систем человека или для экспериментальных целей. Наиболее простые из них представляют собой системы возвратного дыхания с частичным поглощением в рамках дыхательного цикла кислорода и полным поглощением выделяемого углекислого газа сорбентом (обычно натронной известью). В более совершенных гипоксикаторах используется принцип мембранного разделения газов для создания гипоксических смесей определенного состава [2-11, 17, 18, 22, 36, 37, 46, 47, 51-58].
Недостатками известных устройств являются ограничение возможности их использования в эксперименте на мелких лабораторных животных, потому что эти устройства адаптированы исключительно для людей.
Наиболее близким устройством к заявляемому изобретению является Устройство для тренировки в спортивных локомоциях (патент 2111037 RU, A63B22/02, опубл. 20.05.1998 [32]), включающее установленные на раме барабаны, охваченные транспортерной лентой, средство для изменения угла наклона транспортерной ленты относительно ее продольной и поперечной осей, электропривод барабанов.
Известное устройство имеет недостатки, связанные с особенностями технического решения, которые обеспечивают его использование человеком, но невозможность  его использования для экспериментальных исследований на мелких лабораторных животных.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа путем создание условий для использования его в экспериментальных исследований на мелких лабораторных животных.
На фиг. 1-7 общий вид и детализация строения устройства.
На фиг. 1 вид устройства с боку;
на фиг. 2 вид устройства сверху;
1
1
на фиг. 3 поперечное сечение устройства по ВВи СС;
1
на фиг. 4 поперечное сечение устройства по АА;
1
на фиг. 5 поперечное сечение устройства по DD;
1
на фиг. 6 поперечное сечение устройства по ЕЕ;
на фиг. 7 ротаметрическое устройство.
2
Устройство (фиг. 1 и 2) включает платформу (1) один конец которой осевым соединением (2) подвижно совмещен с корпусом (3), содержащим  непрерывную транспортную ленту (4), выполненную из прорезиненного материала. Корпус (3) по сторонам жестко совмещен с опорами (5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12), с закрепленными в роликовые подшипники (условно не показано) валами (13, 14, 15 и 16) барабанов (17, 18, 19 и 20), выполненных в виде цилиндров. Торцы заднего барабана (17) и переднего барабана (20) снабжены бортами (21, 22, 23 и 24), которые ограничивают рабочую часть барабанов (17 и 20) на ширину транспортной ленты (4) (фиг. 1, 4 и 5). Вал (13) барабана (17) совмещен с валом редуктора (25) асинхронного электродвигателя (26) с регулятором скорости (27). В торце центральных опор (7, 8, 9 и 10) выполнены продольные пазы (28, 29, 30 и 31), в которые вставлены концы (32 и 33) боковых стенок (35 и 36) крышки (34) (фиг. 3). Крышка (34) выполнена в виде перевернутой вверх-дном емкости, имеющей две боковых стенки (35 и 36), выполненных из прозрачного материала, переднюю стенку (37), заднюю стенку (38) и верхнюю стенку (39). В верхней стенке (39) крышки (34) находятся штуцера (40 и 41) совмещенные с трубопроводом (42) ротаметрической системы (43) (фиг. 1, 2 и 5). Края стенок (35, 36, 37 и 38) крышки (34) открыты ниже верхней части транспортной ленты (4) для сообщения с атмосферным воздухом (на фиг. 1 показано стрелками). Нижняя часть транспортной ленты (4) снабжено натяжным средством (44) в виде подпружиненного пружинами (45) роликового устройства, имеющего свободно вращающийся барабан (фиг. 6). Для изменения угла наклона транспортной ленты (4) между платформой (1) и свободным краем корпуса (3) транспортной ленты (4) помещен домкрат (46), например винтовой, с ручкой (47) (фиг. 1 и 2). В полости крышки (34) помещены встречно отражающими поверхностями зеркала (48 и 49) (фиг. 1, 2, 4  и 5). Заднее зеркало (48) ориентированно во фронтальной плоскости по оси вала (13) заднего барабана (17), а переднее зеркало (49) – по оси вала (16) переднего барабана (20) (фиг. 1, 2, 4 и 5). Между нижними краями зеркал (48 и 49)  и полотном транспортной ленты (4) имеются щели (50 и 51) с просветом до 10 мм (фиг. 1, 4 и 5). На корпусе (3) у заднего барабана (17) установлена емкость (52) для сбора мочи и кала животного. Ротаметрическая система (43) жестко совмещена с передней стенкой (37) крышки (34) (фиг. 1, 2 и 5) и имеет поплавок-индикатор (53), помещенный в прозрачный цилиндр (54) с нониусной шкалой от 20 до 0% кислорода в газовой смеси (фиг. 7). Кроме этого, ротаметрическая система (43) снабжена инжектором (55) и краном (56) для N и штуцером (57) для подключения к баллону с газообразным азотом ГОСТ 9293-74 (условно не показан), который посредством инжектора (55) смешивается с атмосферным воздухом и через штуцер (58) поступает в трубопровод (42) и по нем в полость крышки (34) (фиг. 1, 2, 5 и 7). При закачивании газовой смеси в полость крышки она вытесняет атмосферный воздух, создавая гипоксическую среду при  нормобарических условиях.
Алгоритм работы с устройством
Вариант I – беговая нагрузка в условиях атмосферного воздуха:
1. Помещение животного на транспортную ленту (4), под крышку (34);
2. Начать движение транспортной ленты (4) со скоростью, позволяющей животным адаптироваться на транспортной ленте и начать беговое движение;
3. Постепенно ускорять движение транспортной ленты (4) до достижения оптимальной скорости, определяемой целью эксперимента и устанавливаемой регулятором скорости (27);
4. Животные выводятся из эксперимента по истечению заданного времени или при утомлении, когда они не способны к беговому движению.
Примечание: беговую нагрузку можно повышать путем поднятия свободного конца корпуса (3), что создает условия для бега животного по наклонной плоскости вверх.
Вариант II – беговая нагрузка в условиях понижения концентрации кислорода в газовой смеси в полости крышки (34):
1. Помещение животного на транспортную ленту (4), под крышку (34);
2. Установка ротаметрической системой концентрации кислорода газовой смеси, поступающей в полость крышки (34) устройства;
3. После заполнения полости крышки газовой смесью (контроль осуществляется газоанализатором, например АКПМ-1-02ГМ) начать движение транспортной ленты с заданной скоростью, которая устанавливается регулятором скорости (27);
4. Животные выводятся из эксперимента по истечению заданного времени или при утомлении, когда они не способны к беговому движению.
Примечание: беговую нагрузку можно повышать путем поднятия свободного конца корпуса (3), что создает условия для бега животного по наклонной плоскости вверх. В процессе эксперимента у животного можно регистрировать ЭКГ с анализом сердечного ритма при помощи системы Физиобелт.
Положительный эффект от использования устройства:
1. Устройство адаптировано для проведения эксперимента на мелких лабораторных животных;
2. Ограничивается возможность животного покинуть транспортную ленту до окончания эксперимента;
3. Введены ограничители смещения бегового полотна от осевой линии;
4. Устройство снабжено натяжным средством  транспортной ленты;
5. Изменение концентрации кислорода в газовой среде в полости крышки, для чего в устройство введена ротаметрическая система с возможностью контроля концентрации кислорода газоанализатором;
6. Имеется возможность увеличивать нагрузку животному путем изменения наклона транспортной ленты для чего введен в устройство подъемный механизм, а для контроля нагрузки на сердце – ЭКГ и анализом сердечного ритма;
7. Введение в устройство зеркал дает возможность животному лучше адаптироваться после помещения в устройство. Зеркала создают перспективу, что снимает ощущение замкнутости пространства;
8. Имеется емкость для сбора мочи и фекалий экспериментального животного.
Список используемой литературы
1. Авт. св. СССР 1287900, A63B22/02, опубл. 1987.
2. Ав. св. СССР 1599026, А61М16/00, опубл. 15.10.1990.
3. Александров О.В. Клинико-функциональный эффект курса интервальной нормобарической гипокситерапии у больных хроническим обструктивным бронхитом и бронхиальной астмой / О.В. Александров // Терапевт. архив. – 1999. – Т. 71, № 3. – С. 28-32.
4. Васильева-Линецкая Л.Я. Нормобарическая гипоксическая терапия / Л.Я. Васильева-Линецкая // Вестник физиотерапии и курортологии. – 2002. – № 1. – С. 75-78.
5. Велижанова И.А. Оценка эффективности нормобарической гипоксии и низкоинтенсивного лазерного излучения у больных гипертонической болезнью по данным суточного мониторирования артериального давления / И.А. Велижанова, Л.И. Гапон, О.В. Евдокимова // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физкультуры. – 2001. – № 3. – С. 15-18.
6. Виноградов О.А. Неспецифічна адаптація організму до фізичного навантаження / О.А. Виноградов // Олимпийский спорт, физическая культура, здоровье нации в современных условиях. – Луганск, 2005. – С. 287-291.
7. Вовк В.И. Влияние адаптации к периодической гипоксии на биоэлектрическую активность кардиомиоцитов изолированного сердца при ишемии и реперфузии / В.И. Вовк, Ф.З. Меерсон // Бюл. Эксперим. Биол. и мед. – 1991. – Т. 111, № 6. – С.574-577.
8. Возможности нормобарической гипоксической тренировки в реабилитации больных хроническим бронхитом / Александров О.В., Винницкая Р.С., Струков П.В., Некмодова Г.В [и др.] // Вестн. РАМН. – 1997. - № 5. – С. 34-37.
9. Механизмы адаптационного эффекта нормобарической гипокситерапии / [М.В. Александров, А.О. Иванов, Т.В. Александрова, М.А. Луцык] // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физкультуры. – 2001. – № 3. – С. 18-21.
10. Некрасов С.Ю Способ гипоксической тренировки лабораторных животных / С.Ю. Некрасов, Н.В. Станишевская, Н.А. Панкратьєв // Вісник ЛНПУ імені Т.Г. Шевченка. – 2005. – № 6. – С. 120-124.
11. Нормобарическая гипоксия в комплексе профилактики инфаркта миокарда у лиц группы риска / А.А. Виноградов, С.Ю. Некрасов, И.В. Андреева, Л.А. Каменюка [и др.] // Український медичний альманах. – 2002. – Т. 5, № 4. – С. 18-19.
12. Патент 1057928 DE, A63B22/02, опубл, 21.05.1959.
13. Патент Франции 2252108, A63B23/06, опубл. 1975.
14. Патент 961712 SU, A63B22/02, опубл. 30.09.1982.
15. Патент Великобритании 2152825, A 63 B 23/06, опубл. 14.08.85.
16. Патент 0504649 EP, A63B22/02, опубл. 23.09.1992.
17. Патент 1826918 RU, А61М16/00, опубл. 07.07.1993.
18. Патент 2040280 RU, А61М16/06, опубл. 25.07.1995.
19. Патент 32032 WO, A63B22/02, опубл. 30.11.1995.
20. Патент 19710955 DE, A63B22/02, опубл. 30.10.1997.
21. Патент 05926 WO, A63B22/02, опубл. 20.02.1997.
22. Патент 2118542 RU, A61M16/00, опубл. 10.09.1998.
23. Патент 2123872 RU, A63B24/00, A63B22/02, опубл. 27.12.1998.
24. Патент 2109539 RU, A63B24/00, A63B22/02, опубл. 27.04.1998.
25. Патент 2122454 RU, A63B24/00, A63B22/02,  опубл. 27.11.1998.
26. Патент 2107529 RU, А63В22/02, опубл. 27,03.1998.
27. Патент 2135246 RU, А63В22/02, опубл. 06.,11.1998.
28. Патент 2121860 RU, А63В22/02, опубл. 20.11.1998.
29. Патент 5752897 US, A63B22/02, опубл. 19.05.1998.
30. Патент 2756744 FR, A63B22/02, опубл. 12.06.1998.
31. Патент 2116098 RU, А63В22/02, опубл. 27.07.1998.
32. Патент 2111037 RU, A63B22/02, опубл. 20.05.1998.
33. Патент 2111037 RU, A63B22/02, опубл. 20.05.1998.
34. Патент 08572 WO, A63B22/02, опубл. 05.03.1998.
35. Патент 1466764 SU, A63B22/02, опубл. 23.03.1989.
36. Патент 2133629 RU, А61М16/00, опубл. 27.07.1999.
37. Патент 2129885 RU, А61М16/00, опубл. 10.05.1999.
38. Патент 2130795 RU, A63B22/02, опубл. 27.05.1999.
39. Патент 2128540 RU, A63B22/02, опубл. 10.04.1999.
40. Патент 2128074 RU, A63B22/02, опубл 27.03.1999.
41. Патент 2135245 RU, A63B22/02, опубл. 27.08.1999.
42. Патент 2147450 RU, A63B22/02, опубл. 20.04.2000.
43. Патент 2147904 RU, A63B22/02, опубл. 27.04.2000.
44. Патент 2149667 RU,A63B69/00, A63B22/02, A63B24/00, G06T15/70, опубл. 27.05.2000.
45. Патент 2154512 RU, A63B22/02, опубл. 20.08.2000.
46. Патент 2188042 RU, A61M16/00, опубл.09.02.2001.
47. Патент 2177334 RU, A61M16/00, опубл. 27.12.2001.
48. Патент 2174424 RU, A63B22/02, A63B24/00, опубл. 10.10.2001.
49. Патент 2188687 RU, A63B22/02, опубл. 10.09.2002.
50. Патент 2195353 RU, А63В22/02, опубл. 27.12.2002.
51. Патент 2291498 RU, G09B23/28 – в медицине, опубл. 10.01.2007.
52. Патент 2471515 RU,  A61M16/00, опубл. 27.08.2012.
53. Патент на полезную модель 63225 RU, А61М16/00, опубл. 27.05.2007.
54. Патент на полезную модель 80751 RU, A63B23/18, опубл. 20.02.2009.
55. Патент на полезную модель 83421 RU, A62B27/00, опубл. 10.06.2009.
56. Патент на полезную модель 96775RU, A62B27/00, опубл. 20.08.2010.
57. Патент на полезную модель 133428 RU, A62B27/00, опубл. 20.10.2013.
58. Филатьев Л.П. Интервальная гипоксическая тренировка и технические средства ее реализации в спорте / Л.П. Филатьев, Л.П. Бровко, Н.И. Волков // Современные достижения спортивной науки. – С.-Петербург, 1994. – С. 76.