Автореферат и диссертация по медицине (14.00.17) на тему:Комплексный подход к стандартизации и целевому использованию биомоделей в медицинских и экспериментальных исследованиях

(решение от присудил

Начальник упрд":л

л// '

'Л

V ■? О..... У

/ /

У / // /

/•х с/

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ ГОССАНЭПИДНАДЗОРА ВОЛГОГРАДСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПРОТИВОЧУМНЫЙ ИНСТИТУТ (ВолгНИПЧИ)

На правах рукописи

Мулик Александр Борисович

КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К СТАНДАРТИЗАЦИИ И ЦЕЛЕВОМУ

ИСПОЛЬЗОВАНИЮ БИОМОДЕЛЕЙ В МЕДИЦИНСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

14.00.17-нормальная физиология Диссертация

на соискание ученой степени доктора биологических наук

Научные консультанты: -доктор медицинских наук Г.Г.Онищенко -доктор медицинских наук, профессор Н.Г.Тихонов

Волгоград - 1998

Содержание

стр

1. Введение 8

2. Обзор литературы 18

2.1. Ноцицептивная реактивность 18

2.2. Стресс 30

2.3. Типология высшей нервной деятельности 40

2.4. Биоритмы 53

2.5. Организация и саморегуляция

биологических структур 64

3. Собственные исследования 75

3.1. Материалы и методы 75

3.1.1. Биомодели, материалы, оборудование 75

3.1.2. Лабораторные методы исследования 78

3.1.3. Функциональные методы исследования 82

3.1.4. Методы статистической обработки

результатов исследований 83

3.2. Болевая чувствительность как отражение уровня общей неспецифической

реактивности организма (УОНРО) 84

3.2.1. Определение болевой чувствительности у различных видов лабораторных

животных 85

3.2.2. Биометрические особенности проявления

болевой чувствительности 88

3.2.3. Выявление границ показателей болевой чувствительности соответствующих определенному уровню общей

реактивности организма 95

3.3. Уровень общей неспецифической реактивности - критерий отражающий функциональное состояние организма 99

3.3.1. Взаимосвязь некоторых биохимических показателей и морфологических особенностей с уровнем общей

реактивности организма 99

3.3.2. Проявление поведенческих особенностей у лабораторных животных в

зависимости от УОНРО 104

3.3.3. Зависимость стрессустойчивости от

уровня общей реактивности организма 106

3.3.4. Лабильность УОНРО как отражение адаптационных сдвигов 122

3.4. Стандартизация лабораторных животных с целью оптимизации обеспечения иммунологических экспериментов 124

3.4.1. Особенности развития специфического иммунного ответа в зависимости от

УОНРО 125

3.4.2. Зависимость динамики адаптационной перестройки организма в процессе

формирования иммунного ответа

от исходного УОНРО 147

3.4.3. Хронобиологические особенности

антигенного воздействия 157

3.4.4. Использование фармакологических средств для целей оптимизация адаптационных процессов у лабораторных животных 165

3.5. Особенности развития специфических эффектов (реакций в органах и системах) при некоторых токсических и

фармакологических воздействиях 170

3.5.1. Особенности проявления острой и подострой токсичности у лабораторных животных в зависимости от УОНРО 172

3.5.2. Влияние УОНРО на проявление поствакцинальных реакций у подопытных животных 183

3.5.3. Степень устойчивости лабораторных животных к наркотическим средствам

в зависимости от величины УОНРО 190

3.5.4. Хронобиологические особенности адаптационных процессов организма животных при чрезвычайных токсических воздействиях 192

3.6. Оптимизация комплектования групп лабораторных животных с учетом

индивидуальной совместимости 195

3.6.1. Саморегуляция популяционного равновесия типологических свойств нервной системы

в популяциях лабораторных животных 197

3.6.2. Влияние УОНРО на внутригрупповую адаптацию у лабораторных животных маточного поголовья 202

3.6.3. Использование биопрепаратов для стимуляции репродуктивной функции

у лабораторных животных 205

3.7. Разработка универсальной системы

стандартизации лабораторных животных для обеспечения различных

экспериментальных исследований 211

3.7.1. Предварительная стандартизация лабораторных животных в условиях

питомника 212

3.7.2. Обеспечение оптимальных условии антигенного воздействия как при вакцинопрофилактике лабораторных животных, так и при получении

гипериммунных сывороток ,218

3.7.3. Особенности подбора биомоделей для выполнения экспериментов связанных с чрезвычайными бактериальными

воздействиями 225

3.7.4. Оптимизация использования лабораторных животных для выполнения токсикологических исследований 227

3.7.5. Комплектование лабораторных животных с целью изучения адаптационных реакций

и типологии нервной системы 233

4. Заключение 237

5. Выводы 262

6. Список использованной литературы 265

7. Приложения 332

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АГ -антиген

АКТГ -адренокортикотропный гормон

АТ -антитело

БСА -бычий сывороточный альбумин

ЕС -единицы связывания антигена

ИФА -иммуноферментный анализ

мдд -минимальная действующая доза

мпд -максимальная переносимая доза

ОКС -оксикортикостероиды

ПАФ -полный адъювант Фрейнда

ПБЧ -порог болевой чувствительности

РИД -реакция иммунодиффузии

РНИФ -реакция непрямой иммунофлюоресценции

РПГА -реакция пассивной гемагглютинации

СХЯ -супрахиазматические ядра

УОНРО -уровень общей неспецифической реактивности организма

цнс -центральная нервная система

ээг -электроэнцефалография

БСЬ -абсолютная летальная доза

ЬБ5 -доза, вызывающая гибель 5% животных

ЬБзо -доза, вызывающая гибель 50% животных

ЪВ95 -доза, вызывающая гибель 95% животных

МЬЭ -минимальная летальная доза

1.ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Прогресс в развитии теоретических и прикладных вопросов медико-биологических наук неразрывно связан с использованием экспериментальных животных. В настоящее время особое внимание уделяется теплокровным животным, как модельным системам для изучения многочисленных аспектов жизнедеятельности человека. Лабораторные животные являются незаменимым объектом и одновременно универсальным инструментом современного научного познания. Роль стандартизации биомоделей становится крайне актуальной в осознании эмпирической информации, получаемой из различных и, зачастую, сильно разобщенных источников.

Последнее десятилетие ознаменовалось принятием единых международных принципов, регламентирующих качество лабораторных животных. Этому в немалой степени способствовало развитие квалиметрии- науки о принципах и методах оценки качества. Резко возросли требования к достоверности и воспроизводимости результатов исследований. Стандартизация биомоделей превратилась в самостоятельную дисциплину, изучающую свойства организма с целью регламентации качества животных. В системе обеспечения медико-биологических экспериментов лабораторные животные являются наиболее уязвимым звеном. Их состояние, как живых объектов, зависит от воздействия многочисленных экзогенных и эндогенных факторов, влияние которых далеко не всегда бывает явным и легко регистрируемым.

Общепринятые подходы к стандартизации биомоделей как на международном, так и на национальном уровнях базируются на оценке генетического и микробиологического статуса организма. Однако, в системе стандартизации лабораторных животных совершенно не нашел отражения вопрос нормальной, генетически обусловленной, вариабельности гомеостатических и адаптационных реакций. Более того, приходится в целом констатировать факт отсутствия обобщающих теоретических построений, претендующих в той или иной степени на системный анализ распространенных взглядов и выявление фундаментальных закономерностей данной области естествознания. Нет ин-тегративных показателей отражающих то разнообразие индивидуальных проявлений биологической нормы в популяциях лабораторных животных, которое так или иначе можно систематизировать и охарактеризовать.

Для осуществления индивидуального подхода к стандартизации биомоделей необходимо иметь единую методологию, чтобы с общих позиций рассматривать многообразие организмов и вариабельность их основных показателей.

Открытие П.К.Анохиным системных закономерностей в деятельности живых организмов позволило по новому взглянуть на проблему организации биологических структур и их саморегуляции / 27 /. В исследованиях К.В.Судакова отмечено, что любая функциональная система имеет универсальные центральные и периферические механизмы реализации и принципиально однотипную организацию / 368, 369 /. Обеспечение единства всех систем организма неизбежно предполагает согласование средних уровней их активности. А.В.Завьяловым опре-

делена корреляция главных параметров сенсорных, моторных и вегетативных функций организма, отличающаяся относительным постоянством и устойчивостью / 137 /. Кроме этого, Г.Селье, Г.Н.Крыжановский, Л.Х.Гаркави, Ф.З.Меерсоном установлены общие закономерности развития патологического процесса, формирующие структурные изменения в различных органах, тканях и функциональных системах / 93, 182, 216, 217, 549, 550 /. Вне зависимости от особенностей чрезвычайного воздействия биологической, физической или химической природы, наблюдаются однотипные характерные изменения психоэмоционального, вегетативного и гормонального статуса.

Наличие коррелятивных взаимосвязей вполне оправдывает целесообразность поиска интегративных показателей, отражающих количественные и качественные характеристики различных функций организма и его систем.

Современный подход к оценке функционального состояния организма базируется главным образом на сопоставлении результатов изучения отдельных показателей, характеризующих ту или иную его систему как в норме, так и в пробах с дозированными нагрузками. При этом изучаются глубина наблюдаемых сдвигов и степень их восстановления до исходного уровня после окончания нагрузки. Принято считать, что состояние следует оценивать более благоприятным в тех случаях, когда изучаемый показатель лежит в пределах общепризнанных границ нормы или быстро достигает нормальных значений после функциональных проб с нагрузками / 247, 260 /. Важным условием является простота, доступность и экспрессность определения этих показателей.

Обобщив имеющуюся информацию можно констатировать, что существующие методы оценки функционального состояния организма малопригодны для использования в реальных условиях практической работы. Отсутствует четкая дифференциация качественных критериев оценки. Нет универсального подхода для тестирования различных видов лабораторных животных . С технической точки зрения существующие способы отличаются трудоемкостью и длительностью выполнения.

Анализируя специальную литературу, мы установили, что наиболее приемлемым показателем, характеризующим функциональное состояние организма является ноцицептивная реактивность, отличающаяся функциональной стабильностью ней-рофизических и нейрохимических механизмов формирования, эндогенностью и генетической обусловленностью. Уровень болевой чувствительности, контролируя целостность покровных оболочек, обеспечивающих изолированность .от внешней среды, а также постоянство кислородного дыхания тканей, поддерживающее их нормальную жизнедеятельность, тесно взаимосвязан с уровнями других жизненно важных констант организма.

Кроме этого, целесообразно дополнительное изучение хро-нобиологических особенностей организма лабораторных животных, как правило, не сохранивших естественную видовую циркадианную организацию, что, в конечном итоге, так или иначе влияет на результаты медико-биологических исследований.

Таким образом, научно-методическое обеспечение комплексной стандартизации экспериментальных животных, является актуальной проблемой, требующей разработки принципи-

ально новых подходов к оценке биомоделей. Дальнейшее изучение и внедрение элементов, составляющих стройную концепцию и суть стандартизации лабораторных животных, имеет важное значение для развития стандартности.

Цель работы. Цель диссертационного исследования - разработка интегративного показателя, отражающего физиологический, иммунологический и нейрогуморальный статус организма и позволяющего оперативно оценивать и корректировать состояние лабораторных животных в медико-биологических экспериментах.

Задачи исследования. Для достижения указанной цели предполагалось решить следующие задачи.

1. Изучить болевую чувствительность, как общебиологический признак, отражающий уровень общей неспецифической реактивности организма.

2. Выявить взаимосвязь уровня общей неспецифической реактивности с физиологическими, биохимическими и морфологическими особенностями организма подопытных животных.

3. Определить закономерности проявления лабильности уровня общей неспецифической реактивности организма при различных экспериментальных воздействиях.

4. Разработать методы дифференцированного подхода к подбору биопробных животных с учетом уровня общей неспецифической реактивности организма при проведении иммунологических и токсикологических исследований.

5. Исследовать фармакологические методы оптимизации адаптационного фона организма при чрезвычайных воздействиях.

-136. Изучить хроиобиологические особенности организма, влияющие на чувствительность к антигенным и токсическим воздействиям.

7. Оптимизировать комплектование групп лабораторных животных с учетом индивидуальной эмоциональной совместимости.

8. Разработать универсальную систему стандартизации лабораторных животных для обеспечения различных экспериментальных исследований и производства биологических медицинских препаратов.

Научная новизна. Впервые дана биометрическая характеристика ноцицептивной реактивности и установлена общебиологическая закономерность распределения свойств данного признака. Обоснована целесообразность использования порога болевой чувствительности в качестве показателя уровня общей неспецифической реактивности организма. Показана четкая зависимость индивидуальных морфологических и биохимических особенностей организма от его уровня общей неспецифической реактивности. Выявлена взаимосвязь поведенческих особенностей лабораторных животных с уровнем общей неспецифической реактивности организма. Определены закономерности изменений уровня общей реактивности организма в зависимости от силы внешних воздействий. Установлены принципы цирка-дианной организации, обусловливающей общую чувствительность к чрезвычайным воздействиям различной природы. Определен механизм саморегуляциии популяционного равновесия уровня общей неспецифической реактивности организма у лабораторных животных. Выявлен принцип обеспечения индивидуальной устойчивости к чрезвычайным бактериальным и ток-

сическим воздействиям. Разработан метод определения стрес-сустойчивости лабораторных животных (Реш. о выд. пат. 95103518). Оптимизирован способ отбора животных - продуцентов иммунных сывороток обладающих максимальной анти-телообразующей способностью (A.C. 1733003). Показана возможность повышения репродуктивной способности у лабораторных животных при применении пиластина (Пат. 2058791). Разработан способ комплектования животных маточного поголовья с учетом индивидуальной эмоциональной совместимости (Пат. 2056784).

Практическая ценность. Разработан универсальный подход к определению видовых и популяционных границ уровня общей неспецифической реактивности организма для лабораторных животных . Предложен экспресс-способ отбора индивидов, отличающихся эмоциональной неустойчивостью. Показана возможность использования мониторинга уровня общей неспецифической реактивности организма для регистрации стрессовых состояний и контроля адаптационной стабильности. Предложен универсальный способ адекватного дозирования антигенного материала независимо от его эукариотного или прока-риотного происхождения. Разработан способ определения оптимальной антигенной нагрузки при осуществлении гипериммунизации. Показана целесообразность использования ноо-тропных средств для сопровождения гипериммунизации животных, характеризующихся низкой устойчивостью к стрессу. Оптимизирована система целенаправленного отбора биопробных животных, отличающихся максимальной чувствительностью к антигенным, бактериальным и токсическим воздействиям. Раз-

работан метод определения времени циркадианной чувствительности организма к антигенным, бактериальным и токсическим воздействиям, независимо от типичности или атипичности видовой хронобиологической организации. Предложена универсальная система стандартизации лабораторных животных для обеспечения различных экспериментальных исследований и производства биологических медицинских препаратов.

По результатам работы составлены "Методические рекомендации по стандартизации лабораторных животных и оптимизации выполнения экспериментальных исследований", одобренные Ученым Советом ВолгНИПЧИ (протоколом № 1 от 22.01.97г.) и утвержденные Первым Заместителем Министра здравоохранения, Главным Госуда