Автореферат и диссертация по ветеринарии (16.00.02) на тему:Разработка биологических и биотехнических основ электроразрядного метода исследования стресса у животных

И* 6 од

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Московский Государственный университет прикладной биотехнологии

На правах рукописи

ИВАНОВА Татьяна Алексеевна

РАЗРАБОТКА БИОЛОГИЧЕСКИХ И БИОТЕХНИЧЕСКИХ ОСНОВ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОГО МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ СТРЕССА У ЖИВОТНЫХ

Специальность: 16. 00.02 патология, онкология и морфология животных

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Москва 1998

Диссертация выполнена в Московском государственном университете ¡грикжи биотехнологии.

Научный руководитель - член - корреспондент РАСХН, доктор ветеринар наук, профессор УША Б.В.

Консультант - доктор технических наук, профессор САПФИРОВ С.Г.

Официальные оппоненты

1. Доктор биологических наук, профессор ПОЛЯКОВ В.Ф.

2. Кандидат биологических наук, доцент НОВИКОВ В.Э.

Ведущая организация - Российская медицинская академия последипломн образования, кафедра авиационной и космической медицины

Защита состоится « __1998 года в ^ часов

заседании диссертационного совета Д 120.36.01 в Московской государствеш академии ветеринарной медицины и биотехнологии им. К. И. Скрябина по адре 109472, г. Москва, ул. Академика Скрябина, 23, тел. 377-93-83.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московск государственной академии ветеринарной медицины и биотехнологии им. К Скрябина.

Автореферат разослан « с-^^У 1998 года

Учёный секретарь диссертационного совета

Слесаренко Н.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

АКТУАЛЬНОСТЬ. Выявление закономерностей развития стресса и адаптационных возможностей живого организма в зависимости от его энергетического состояния - одна нз актуальных проблем патологии человека и животного. В этой связи особое значение приобретает поиск методов диагностики стресса, одновременно отвечающих требованиям оперативности, надёжности н простоте биотехнического обеспечения. Решение этих вопросов имеет большое значение в условиях роста интенсификации производства продуктов промышленного животноводства, где стресс является серьёзной проблемой, так как ведёт к снижению иммунитета и к заболеваниям животных, снижению их продуктивности и ухудшению качества продукции. Распространённые методы диагностики стрессового состояния животных (клинические, биохимические, морфологические, гематологические) не отвечают указанным требованиям. В целях исследования стресса возможно использование элекгроразрядных методов диагностики, основанных на инициации электрического разряда (ЭР), осуществляемого через диэлектрик на кожной поверхности. На основании литературных данных (Бердичевский МЛ., 1982; Коротков К.Г.,1982; Кожаршгов В.В., Домород Н.Е.,1986; Tiller W.А.,1979; Konikiwicz L.W.,1979) параметры этого разряда существенно определяются физико-химическими и электрофизиологическими свойствами объекта, что можно использовать для оценки вегетативных изменений организма, влияющих на электрические характеристики тканей при стрессе. Среди этих методов распространены методы кнрлиан-фотографин, спекгро и опторегнетрацни параметров разряда. Первый отличается высокой трудоёмкостью, два других - оперативны, но имеют сложное биотехническое обеспечение, что снижает их надёжность и точность.

Научное обоснование применения высокочастотного ЭР на кожной поверхности и разработка на его основе оперативного и простого метода исследования стресса приобретает особую актуальность, связанную с запросами ветеринарной, гуманитарной и космической медицины.

Настоящая работа является фрагментом комплексных исследований, проводимых в рамках тематического плана меднко-бнологических исследований отделения космической биомедицины Академии Космонавтики ilm. К.Э. Циолковского.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Цель исследования - разработать оперативный, надёжный и простой электрогазоразрядный метод индикации состояния стресса (ЭГРИС) с помощью токового показателя, соответствующего объективным общепринятым показателям стресса и применить его для исследования стресса животных на основе химических стрессоров. Для реализации цели необходимо решение ряда конкретных задач:

1.Научно обосновать прямую пропорциональную связь между электроэнерг тической характеристикой в виде активной мощности, поглощаемой живь организмом, энергией электрического разряда, инициируемого на кожн< поверхности, и токовым показателем патологии стресса у животного;

2.Экспериментально исследовать токовый показатель ИИС (ингегральш, индекс состояния) метода ЭГРИС по точности, скорости и информативное измерения вегетативных изменений и устойчивости к влиянию побочнь факторов на разработанном биотехническом аппаратурном комплексе;

3.Исследовать биологические особенности метода ЭГРИС при регистр ащ потоотделения, перспирации и электропроводных свойств кожи.

4.Провести экспериментальные исследования биологических моделей стрес« на адреналиновой и дитилиновой пробах по токовому показателю ИИС эталонному показателю ЭО (количеству эозинофилов в периферической кров] и дать им сравнительную оценку.

5.Экспериментально исследовать фазы стресса на биологических моделях хлоропреновон пробой по показателям ИИС, ЭО, КГР (кожно-гальваническс реакции), ИП (индексу перспирации), ЧСС (частоты сердечных сокращений), (температуры).

б.Дать статистический анализ результатов исследования: по критерия различия между стрессовыми и контрольными группами, по корреляционному регрессионному анализу с помощью ПЭВМ.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Впервые теоретически и практическ обоснована возможность использования прямых энергетических параметров виде электротокового показателя для оценки стрессового состояния организма его вегетативных проявлений при инициации электрического разряда на кожно поверхности животного.

Предложены математические, биологические и биотехнические модели пр разработке метода (ЭГРИС), предназначенные для изучения состояния стресса животного.

Определены основные информативные и динамические характеристик токового показателя ИИС, выявлена его достоверная связь с общепринятым показателями психофизилогического состояния организма в условия проведения исследования биологических моделей стресса и сопоставлени показателей стрессовых и контрольных групп; токовый показатель ИИС имее высокую корреляцию с эталонным показателем стресса - количество! эозинофилов в крови (К = - 0,94 + 0,5, а = 0,01).

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ заключается : достижешш необходимой точности диагностики стресса по измерении токового показателя ИИС при использовании биотехнического комплекс а к

базе простого электротехнического и биомедицинского оборудования, что допускает несложную процедуру диагностики при малых временных затратах. Разработаны и использованы при исследовании стресса два вида датчиков: с открытым и закрытым газоразрядным зазором.

Разработана программа и методика проведения экспериментов методом ЭГРИС и его сравнительной оценки с другими методами.

На основе проведённых исследований разработана медико-биологическая программа исследования стресса биообъектов, вошедшая в тематический план работы отделения космической бномедицины Академии Космонавтики им. К.Э. Циолковского'на 1995-1996 гг.

Результат исследований использованы в лекциях для студентов биотехнологического факультета и факультета автоматизации биотехнических систем МГУПБ.

ПОЛОЖЕНИЯ. ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

1.Прямое соответствие между токовым показателем состояния стресса, энергией электрического разряда, инициируемого на кожной поверхности, и энергетической харакзеристякой в виде активной мощности, поглощаемой кожной поверхностью живого объекта;

2. Экспериментально показанная взаимосвязь энергии биообъекта с электрофизиологическими изменениями кожи;

3. Способность к оперативному измерению токового показателя состояния стресса;

А.Возможность оценки стрессового состояния с помощью токового показателя ИИС. Сравнительная оценка показателя ИИС с другими показателями (ЭО, ИП, КГР, ЧСС, Т).

СТРУКТУРА И ОБЪЁМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация изложена на 235 страницах машинописного текста (включая приложения), состоит из введения, обзора литературы, собственных исследований, результатов исследований и их обсуждения, выводов, реализации научных результатов, рекомендаций об использовании, содержит 24 рисунка, 31 таблицу, 8 диаграмм. Список литературы включает 241 наименования, из которых 33 иностранных.

АПРОБАЦИЯ И ПУБЛИКАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. Материалы исследований доложены ira 6-й Всесоюзной научно-технической конференции «Электрофизические методы обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья» (г. Москва, 1989г.), а также доложены на семинаре отделения космической биомедицины Академии Космонавтики им. К.Э. Циолковского (г.Москва, 1993 г). По материалам диссертации опубликовано 13 работ и одна заявка зга изобретение (приоритет от 18.10.93), из них лично автором 2 работы.

СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Для изучения стресса животных и нх адаптационных особенностей бы использован разработанный метод ЭГРИС, а также комплекс методе экспериментального характера, включающий клинические, гематологически морфологические, инструментальные методики, необходимые для сравнения основным методом исследования стресса (ЭГРИС), с последующим описание и анализом их сходства и различия. Весь цифровой материал подвергс статистической обработке с системой электронных таблиц Microsoft Excel 7 для Windows 95.

ПОДОПЫТНЫМИ ЖИВОТНЫМИ служили кролики живым весом 2,5-3 к отобранные по принципу аналогов методом случайной выборки. Кролш содержались раздельно в клетках, регулярно обеспечивались кормом и водо: Для проведения серии измерений кролик фиксировался в станке, представляв щем собою деревянный ящик с овальным вырезом для головы в передне стенке, отделанным поролоном.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СТРЕССА, созданные на ochoi химических стрессоров- адреналина, догтилина и хлоропрена - использовали« для получе- ния заведомо известных и контролируемых изменений в состоят кроликов. Биологические модели обеспечивали: а) экстремальное воздействия, позволя- ющую оценивать изменения состояния по интенсивное) воздействия, не учитывая влияния остальных факторов; б) независимость i отношению к индивидуальным различиям подопытных объекте в)использование в моделях эталонного показателя состояния.

ЭТАЛОННЫМ ПОКАЗАТЕЛЕМ стресса выбрано количество эозинофш» (ЭО) в периферической крови, взятой из ушной вены животного, т.к. эт1 показатель более надёжен и характерен для стресса, чем, например, изменен катехоламинов (Кассиль Г.Н. и др. 1978). Разнообразные стрессоры достаточнс интенсивности резко снижают содержание эозннофилов в крови. В рд; случаев в крови (дрессированных животных наблюдаются единичш эозинофилы. При адреналиновой и дагнлиновой пробах количество Э определяли в виде процентного содержания их в мазке крови с окраской i Романовскому - Гимзы. При хлоропреновой пробе количество ЭО определи методом подсчёта их в одном mi3 крови в камере Горяева с предварителын оценкой точности (воспроизводимости) измерения эта- лонного показателя.

Гематологическая и морфологическая методики были использованы nj исследовании ВЛИЯНИЯ ПОДСЧЁТА КОЛИЧЕСТВА ЭО НА ТОЧНОСТ РЕГИСТРАЦИИ ЭТАЛОННОГО ПОКАЗАТЕЛЯ с помощью камеры Горяев Показали, что каждый из этапов измерения вносит свою ошибку, котору]

жно оценить по соответствующему коэффициенту вариации у: уА, ув, ус, yD. В Зоте установлено, что наибольший пклад в суммарную ошибку измерения вносят оцессы взятия крови (7a=9,4?-o) и заполнения счётной камеры ( у в=3,93%). Менее

ражено влияние ошибки подсчёта (ус=5%) и процесса хранения (yD=0 - ошибка не [¡apyvKcna). В результате анализа были стапдар- тизированы процедуры взятия зви и заполнения счётной камеры, что привело к суммарной ошибке измерения шонпого показателя, равной величине Zy<14,4%.

{ля реализации измерителъпо-диагностического процесса исследования етрес- са с мощыо метода ЭГРИС, был создан МАЛЫЙ БИОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС, в лаве высокочастотных приборов: генератора (на базе аппарата дарсонвализации 'cicpa-l»), амперметра (на базе милливольтметра B3-38A в комплекте с токовым 1ротивлением) и (био)датчика, замкнутых в последователышй электрический [¡тур па кролика как исследуемый биообъект. Для закрепления (био)датчика, щающего электрический разряд, с ухом кролика использовали прищепку, сперименталыю установили ампли- туду допустимого тока п аппаратурно гспечнли её стабильность. Определили практическое время готовности комплекса [змеренито (1-2 мин) и режимы, гарантирующие его устойчивую работу.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО i3PAROTKE МЕТОДА ЭГРИС

В основу метода ЭГРИС положены, с одной'стороны, явление взаимосвязи ггояния патологии биообъекта с электрофизиологическими изменениями кожи, с утой, известные в электродинамике явления высокочастотного скинэффекта и гктроразрядного стабилитронного эффекта. Для реализации этих положений сделали следующие мероприятия.

1.Выбрали частоту тока, при котором осуществим скин-эффект, в следствии чего :< проходил только по кожным тканям и зависел от электропроводности кожного крова.

2. Применили газоразрядные (био)датчики с такими конструктивными ха-стеристиками, которые отвечали условиям существования стабилитронного фекга. При этом амплитуда напряжения Ur между кожной поверхностью ообъекта и электрическим контактом датчика оказалась пеизменной и равной, Ur = ist. Поэтому за меру энергии - активную мощность Рг электрического разряда -брали величину ей пропорциональную - амплитуду высокочас- тотного зрядного тока J измерительно - диагностического контура, исходя из того, что Рг = J= const J.

Применяя к электрическому процессу измерительно-диагностического контура сон сохранения энергии и полагая малость фазового угла, т.е. sirnp«l, нашли:

Pz S Q, J = Cr Pr, где Си = E - Ur = const, Cr = Ci; / Ur = const.

Здесь: Pz -активная мощность, поглощаемая биообъектом, принятая в ра электроэнергетическую (высокочастотную) характеристику кожного i живого организма; Е -амплитуда выходного напряжения высокочас генератора («Искра-1»).

Выражение для Pz теоретически обосновывает прямую пропорцнона! между характеристикой -Pz биообъекта, амплитудой тока -J и Рг -Э1 электрического разряда.

Экспериментально показали, что амплитуда тока - J имеет высокую корр с эталонным показателем стресса, поэтому ток -J приняли за показатель с Предположение о том, что sin2ip«l оправдано лишь в случае, если при] внимание только активная электропроводность кожных слоев. Это ок возможным па рабочих частотах /=110 кГц.

Известная ЭЛЕКТРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ кожпых (Белановский А.С., 1989), принятая в работе, объясняет на клеточном активный характер электропроводности кожного покрова, потребляющего aie мощность энергии тока на выбранной частоте токового воздействия. H частотах поляризация мембран ничтожно мала, вследствие чего резисти ёмкостным поляризациоппымп сопротивлениями можно пренебречь; т пренебрегают и «закороченной» статической ёмкостью клеточных м< Поэтому в соответствие с электрической моделью клетки, полная провод кожного покрова в этом случае определяется параллельно соедшк резистивными сопротивлениями электролитов внутри и вне клетки. Гипоте! можно предполагать, что одним из следствий развития стресса, который с метаболической активностью кожи как на уровне клетки, так и цел< оргапизма, является изменение высокочастотной активной (i электропроводности электролитов внутри- и внеклеточной жидкости i тканей, которые, по-видимому, и определили наличие только активной мог потребляемой биообъектом и наблюдаемой в наших экспе- риментах при стр частот е/= 110 кГц. В этом отличие метода ЭГРИС от метода КГР, в kotoj проходит по внеклеточной жидкости и его величина опред электропроводностью внеклеточной среды. Это подтвердили эксперим! показателем КГР, в которых тоническая составляющая была маловыразит« отличие от показателя ИИС.

ТОКОВЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ СТРЕССА выражали в отн. ед. показател (интегрального индекса состояния), который представили как отношение ве. амплитуды разрядного тока J к его базовому значению J0 , отсчитывш микроамперах. Максимальная величина амплитуды тока J в эксперимег превышала величины 20 mkA.

ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕДУРЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ТОКА НА ТОЧНОСТЬ ПОКАЗАТЕЛЯ СОСТОЯНИЯ ИИС И ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ИЗМЕРЕНИЯ ИИС определяли из учёта эффекта стабилизации токового показателя и ориентировали на время измерения 120 с. Использовали следующую процедуру измерения: 1) датчик приводили в контакт с выбранным фиксированным участком поверхности уха кролика и, обеспечивая с помощью прищепки постоянную сил}' прижатия, начинали отсчёт времени; 2) регистрировали значения ИИС на 60-й, 75-й, 90-й, 105-й и 120-й секунде; 3) рассчитывали среднее значение ряда и его среднеквадратичные отклонения, которые использовали при обработке данных эксперимента. Обнаружили эффект стабилизации тока, сопровождающийся экспоненциальным ростом тока до состояния насыщения, аналогичный по поведению эффекту стабилизации интенсивности свечения ЭР (Коркин Ю.В., 1986), которые объясняются механической деформацией кожи под воздействием силы прижатия (био)датчика. Выявили ограничения, накладываемые обнаруженным эффектом на точность и время измерения токового показателя состояния. Показали, что за счёт аппроксимирующих формул время измерения можно сократить. С учётом обнаруженной динамики была разработана процедура регистрации и первичной обработки данных измерения. Можно добиться ошибки измерения: 15% - за 10 с; 5%-за75 с; 2%-за 120 с.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ РАЗРАБОТАННОГО МЕТОДА ЭГРИС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРЕССА У ЖИВОТНЫХ проводили в условиях сравнительной оценки показателя ИИС с показателями ЭО, КГР, ИД ЧСС, Т. Для исследования вегетативных реакции с помощью токового показателя ИИС, необходимо было убедиться в чувствительности этого показателя к вегетативным сдвигам в условиях экстремальных воздействий, поскольку в этом случае изменение состояния живого объекта проявляется наиболее ярко. Для этого разработали ПРОГРАММУ ЭКСПЕРИМЕНТОВ, которая состояла из следующих этапов: 1) определяли вес животного; 2) определяли дозу стресс-агента на 1 кг массы животного; 3) устанавливали электроразрядный (био)датчик; 4) регистрировали фоновые значения токового показателя ИИС; 5) одновременно брали кровь из ушной вены кролика для определения фонового значения эталонного показателя количества эозннофилов (ЭО); 6) регистрировали фоновые значения дополнительных вегетативных показателей: ИП, КГР, Т, ЧСС и т.д. при экспериментах на хлоропреновой пробе; 7) вводили стрессор химической пробы в животное; 8) регистрировали внефоновые значения токового показателя ИИС и эталонного показателя ЭО, а также регистрировали при экспериментах на хлоропреновой пробе дополнительные показатели КГР,Т, ИП,ЧСС и др.; 9) подсчитывали количество ЭО в периферической крови животного;

10) проводили первичную обработку результатов измерения; 11) проводил окончательную обработку данных измерения, используя статистические метод! анализа и расчёты на ПЭВМ.

Для сравнения результатов экспериментальных исследований методга ЭГРИС с другими известными методами диагностики состояния использовал РАСШИРЕННЫЙ БИОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС АППАРАТУРЫ. Коми леке собрали из приборов и первичных преобразователей для регнетраци параметров сердечной деятельности, температуры, влажности кожи, кожне гальванической реакции и т.д. Были проведены предварительные испытание целью которых было установление их работоспособности, полноты комплеь тования и точности измерения необходимых параметров, подтверждении: актами испытаний. Для измерения влажности на поверхности кож использовали серийный прибор - индикатор интенсивности потоотделения ИИП-01. Относительную погрешность измерения оценивали величи ной =4,4%. Измерение параметров КГР производили с помощью упрощенноп

аналогового варианта прибора (а. с. 1217340, СССР, 1986, Жуков С.В. Сапфиров С.Г., Костин В.В. и др). Прибором обеспечивали раздельнуь регистрацию тонической и фазической составляющих кожногальвашгческо] реакции по Фере. Суммарную относительную погрешность нзмерени оценивали величиной Для оценки сердечной деятельносп

измеряли частоту сердечных сокращений (ЧСС). Погрешность измерения ЧСС равная 1-2 уд. в мин., не превышала естественную флуктуацию этого параметра Измерение температуры (Т) поверхности кожи производили с помощьк датчика, входящего в комплект вольтметра В-27А. Погрешность нзмерени относительно средней по эксперимент}' температуры Т=33,3° была равн;

ПРОВОДИЛИ ТРИ СЕРИИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ на биологически: моделях стресса с целью исследования состояний животных разработанные методом ЭГРИС и его отработки в условиях сравнительной оценки сг< показателя с показателями других известных методов. Первые две серии: I адреналином и дигилином носили предварительный характер и служили да качественного анализа показателя стресса - величины разрядного тока метод; ЭГРИС. Адреналиновую пробу использовали для определения динамически; характеристик показателя стресса метода ЭГРИС. Днтилиновая проба позволял; оценить диапазон изменения этого показателя. В основном эксперименте да детального исследования стресса по его стадиям использовали хлоропреновук пробу с одновременной регистрацией дополнительных вегетативны) показателей состояния.

ИССЛЕДОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ СТРЕССА НА АДРЕНАЛИНОВОЙ ПРОБЕ И ЕГО РЕЗУЛЬТАТЫ Исследования проводили по показателям ИИС и ЭО на трёх кроликах. Серию измерений начали непосредственно после измерения фоновых значений ИИС и ЭО. Каждому животному подкожно в область бедра левой конечности вводили адреналин в дозе 0,3 от на 1 кг массы (0,1% р-р). Регистрация после фоновых значений ИИС и ЭО в течете всего эксперимента проводили через определённые промежутки времени для каждого из кроликов. Адреналиновая проба, являясь способом химической имитации стресса, провоцирует быстротечную стрессовую реакцию организма Обладая снмпатомнметнческим эффектом, адреналин при введении его в организм вызывает с минимальным латентным периодом комплекс реакций, свойственных стадии тревоги. Поэтому являясь адекватным средством исследования динамики стресса, он идеально подходит для определения скорости изменения показателя ИИС метода ЭГРИС и времени его измерения.

Клинически после введения адреналина у животных наблюдали явления общего возбуждения, тревога, учащённого пульса, расширения зрачков. Через 15-20 минут состояние животных возвращалось к исходному. В реакции на адреналги можно выявили этап, характеризующийся интенсивной динамикой показателей ЭО и ИИС (первые 5-6 мин.) и этап медленного изменения (с 5-6 мин. до 15-30 мин.) (рис.1,а). По окончании этих этапов наблюдали заметное возвращение показателей ЭО и ИИС к фоновым значениям.

Сопоставления результатов показали индивидуальность характера реакций животного 1 и животных 2, 3, отличающихся как по динамике ЭО, так и по данным показателя ИИС. В общем характере реакций животных наблюдали теасую обратную взаимосвязь значений показателей ЭО и ИИС на интервалах времени измерения. Наибольшую скорость изменения ИИС наблюдали у животного 2 (рис.1,а), которая составила величину 0,3 отн. ед. в мин., что при средней ошибке измерения +0,15 отн. ед. на одно деление имела минимальное время измерения, равное 60-ти секундам.

ИССЛЕДОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ СТРЕССА НА ДИТИЛИНОВОЙ ПРОБЕ И ЕГО РЕЗУЛЬТАТЫ.

Исследования проводили по показателям ИИС и ЭО на трёх кроликах, вводя внутримышечно 1% р-р дитилина в дозе 1,5 мг на 1 кг массы животного в область бедра левой конечности. Дитилин, являясь курареподобным средством (миорелаксангом периферического действия), нарушает передачу импульсов в нервно-мышечных синапсах и в связи с этим вызывает в частности, расслабление поперечно-полосатых мышц, что позволяет установить непосредственное влияние вегетативных реакций на показатели ИИС и ЭО за счёт исключения влияния мышечной деятельности. Проба с дитилином , прово-

димая в условиях острого опыта, позволяла выявить полный диапазо изменения токового показателя.

Клинически через 6-8 минут после введения дитилина у животны наблюдали затруднение дыхания, атаксию, переходящую в полну! недвижимость, и на 10 мин. у 1-го животного, на 17-й мин. у 2-го животног (рис.2б) и на 20 мин. у 3-го - наступила смерть.

Динамика показателя ИИС свидетельствовала о различной выраженност реакции на стрессор. После введения стресс-агенга наблюдали снижени показателя ИИС и увеличение показателя ЭО. В целом по всему временном диапазону наблюдали обратную пропорциональную связь между показателям; ИИС и ЭО. Наблюдали низкое значение показателя ИИС в момент наступлени смерти обоих животных (0,4-0,61отн. ед.) при значительном выброс эозинофилов. Дитилиновая проба, отвечающая условиям острого опыта позволила оценить полный диапазон изменения показателя ИИС, равного 3, отн. ед. В этом диапазоне изменения интегрального индекса состояни; достоверно различали 10-12 градации его значений при точности измереши 10% относительно средних значений.

ИССЛЕДОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ СТРЕССА НА ХЛОРОПРЕНОВОЙ ПРОБЕ И ЕГО РЕЗУЛЬТАТЫ.

Хлоропрен, в соответствии с литературными данными (Андрее! О.М.,1975, Коркин Ю. В.,1986), позволяет получить полную картину стресса пс его стадиям и фазам. Хлоропрен - диеновый углеводород, промышленный мономер, используемый в производстве синтетического каучука и некоторых видов пестицидов. Из хлоросодержащих диеновых углеводородов он наименее токсичен, так как с введением дополнительного атома хлора в молекулу, токсичность вещества кратно увеличивается (молекула хлоропрена содержит один атом хлора).Кролики по чувствительности к хлоропрену стоят на пжгом месте после мышей, крыс, кур, собак. Хлоропрен, являясь токсическим агентом, обладает политропным действием с преимущественным поражением нервной системы и печени. Вызывая концентрацию нервных медиаторов в ткани головного мозга, приводит в больших дозах к нарушению функционального состояния центральной и периферической нервной системы, появлению судорог, поражению центра дыхания.

Исследования проводили в два этапа. На первом этапе проводили предварительные (пробные) эксперименты по отработке дозы хлоропрена с учётом литературных данных по модели Андреева О. М. (а.с. 852313, СССР, 1981) и Коркина Ю.В. (1986) и др. В нашем случае двум кроликам вводили 400 и 300 № ira 1 кг массы соответственно дозу хлоропрена, затем через каждые 3 -и

аса у них брали кровь и подсчитывали число ЭО в 1 куб. мм крови камеры Горяева. 'лоропреп вводили подкожно в область бедра левой конечности.

а) .6)

Рис.1 Измените ИИС (сплошпая линия) и ЭО (пунктирная линия) у кроликов ри введении адреналина (а) и дитилипа (б).

Клинически в пробном эксперименте после введения хлоропрена в дозе 400 мг па кг у животного наблюдали общее возбуждение и повышение рефлекторной ¡гоствительности, тремор отдельных групп мышц, в основном, в области шеи и зпечности, затруднение дыхания, нарушение сердечной деятельности, отказ от зрма и воды. Возбуждение сменялось угнетением, расстройством координации жжения, периодическими приступами судорог, атаксией с последующим гтальным исходом в течение первых суток экспериментов. Такие особенности ташки указывали на ведущую роль ЦНС в патогенезе отравления. В этом случае зн изменении количества ЭО во времени чётко прослеживали стадии *аптационного синдрома: эозинопения соответствовала фазе шока, эозинофилия -азе антишока, а совокупность этих периодов как стадия тревоги. На втором этапе эоводили оснокпуто серию экспериментов. Кроликам вводили меньшую дозу юропрена, выбранную из расчёта 300 мг па 1 кг массы животного. Участвовало в ?ухсуточном эксперименте 30 животных стрессовой и 30 животных контрольной >упп, подобранных по принципу аналогов. Непосредственно после фоновой серии шерешш каждому животному стрессовой группы подкожно в область бедра левой жечности вводился хлоропрен и далее измерения проводили каждые 3 часаЧтобы ■гсньшить влияние измерений на состояние животных контрольной

группы в первые сутки эксперимента измерения проводили через 6 часов, также через 3 часа.

Рис.2.Графики изменения показателей ИИС (сплошная липия) и ЭО (пуша линия) при хлоропреновой интоксшсации во времени на 3-х часовых интервал ти серий измерений.

Проводили регистрацию 7-ми показателей (веса Р,ЭО, ИИС, ИП, КГР, ЧС Двухсуточный эксперимент проводился при следующих параметрах окружа среды: давление воздуха 775-785 мм p.c., температуры воздуха 21-22 градуса Все полученные экспериментальные данные подвергались статиста* обработке и статистическому анализу с использованием ПЭВМ. Эти д табулированы и графически оформлены.

В основном эксперименте при дозах хлоропрена 300 мг на 1 кг массы жив( характер динамики эозинофилов сохранялся, но животные при этом не поп Клинически на протяжении двухсуточного эксперимента у животных стре( группы наблюдали явления возбуждения, пугливость, внезапные броски в сп в дальнейшем некоторое угнетение состоязшя, сонливость, заторможенное концу вторых суток состояние животных постепенно восстанавливало! исходного (рис.2). При анализе полученных результатов всех серий измере! каждому показателю было выявлено следующее. Достоверными оказались ра: по количеству эозинофилов (ЭО), токовому показателю ИИС и шгтенсш перспирации (ИП). По КГР, частоте сердечных сокращений и температуре достоверных различий обнаружено не было. Выявлены критические зш показателей (количества ЭО в крови, ИИС и ИП), отражающих границы но стресса. Под нормой понимали совокупность состояний животных контре группы на протяжении всего эксперимента, что уменьшало вероятность "л тревоги"

три диагностике стресса. Под термином стресс подразумевали стресс как появление адаптационной активности при экстремальных воздействиях.

Границы нормы и стресса были определены для ЭО, ИИС и ИП по графикам, приведённым в работе. Для стрессовой группы оказались характерными застои: ЭО< 220 кл./м3; ИИС >7,5 отн.ед.; ИП > 40 отн.ед.. Для ЧСС, КГР, и Т шалогичные критические значения по данным нашего эксперимента установить не з'далось. Исследование суточной динамики показателя ЭГРИС показало, что минимумы и максимумы приходятся на периоды 5-8 и 17-20 часов. По полному набору 6-ти показателей проводили анализ с использованием критериев Фишера и Стьюденга. Определяли коррелятивную связь между показателями на разных стадиях стресса. У всех животных на фазе шока падение ЭО сопровождало увеличение ИИС,ИП и Т (ИИС>18,5 отн. ед.).В каждом отдельном случае наблюдали высокие значения коэффициентов парной корреляции между ЭО, ИИС и ИП. Для фазы противотока характерны резкий выброс эозинофилов (Э0>250 кл/мм3), пониженные значения ИИС и ИП. Взаимосвязь ИИС и ЭО на этих этапах приобретает ярко выраженный характер обратной пропорциональной зависимости. Для стадии резистентности характерны периодически синхронные изменения ЭО, ИИС и ИП. В частности, коэффициент парной корреляции между ЭО и ИИС, равен К = - 0, 94 ± 0.05, при уровне значимости а = 0,01. Таким образом, токовый показатель метода ЭГРИС имеет высокую корреляцию с эталонным показателем - количеством ЭО.

ВЫВОДЫ.

1.На основании комплекса современных методов и разработанного в работе оперативного метода исследования стресса у животных установлены как общие закономерности развития электроэнергетического состояния патологии, так и специфические свойства, присущие развитию стресса при воздействии на животных стресс агентов и обусловленные электрофизиологической информативностью кожного покрова животного при инициации на нём высокочастотного электрического разряда.

2.Полученные теоретические и экспериментальные данные служат обоснованием общей закономерности относительно прямой пропорциональности между электроэнергетической характеристикой живого объекта (активной мощностью, потребляемой кожным покровом) и токовым показателем состояния, характеризующем развитие патологии, и прямой пропорциональности между электроэнергетической характеристикой живого объекта и энергией электрического разряда, что приводит к практически значимому выводу о принципиальной возможности путём высокочастотного газоразрядного воздействия на организм (создания высокочастотного элекгри-

ческого разряда над кожной поверхностью) оперативно исследовать пат логические состояния организма или характер адаптации к возмущающ воздействиям.

3.Использование электрического разряда и токового показателя, несущ информацию о состоянии, позволяет сократить время диагностики от 1-2 мин до нескольких секунд и упростить биотехническое обеспечение, ч обусловлено свойствами газоразрядного метода: стабилитронным эффектом эффектом стабилизации токового показателя стресса при его регистрами Показатель легко измерим, обеспечивает надёжные результаты и соответству известным объективным показателям стресса, имеет высокую статистичеа значимую корреляцию с эталонным показателем-количеством эозинофилов периферической крови (К= -0,94 + 0,05, а = 0,01); регрессионная связь меяу этими показателями представляет собой гистерезнсную зависимость дв] гипербол первого порядка.

4.Гипотетически можно предполагать, что одним из следствий развил стресса является изменение высокочастотной активной (ионно] электропроводности электролитов цитоплазмы и внеклеточной жидкост кожных тканей, которая, по-видимому, и определяет наличие активно мощности, потребляемой биообъектом и измеряемой в наших эксперимента при стрессе на частоте электрического воздействия, равной / = 110 кГц.

5. С помощью трёх серий экспериментов были определены специфически свойства развития стресса по его динамическим характеристика: (максимальная скорость и временной диапазон) и по информативности на все стадиях его развития.

6.Первая серия экспериментов с адреналином показала интенсивны взаимосвязанные (по закону обратной пропорциональности) изменени интегрального индекса состояния и количества эозинофилов в крови, п динамике которых судили о максимальной скорости и минимальном времен] протекания стресса, соответственно равных 0,3 отн. ед. в мин. и 60 сек.

7.Вторая серия экспериментов с дитилином позволила проследить вес] диапазон изменений стресса по показателям тока и количеству эозинофилов. Е диапазоне изменения токового показателя состояния, равного 3,1 отн.ед. различали в среднем 10 градаций его значений при точности измерения ± отн.ед. = 10% относительно средних значений. Наблюдали изменеши сравниваемых показателей в виде обратной пропорциональной зависимости 8. В третьей основной серии экспериментов с хлоропреном на 60-ти кроликах г условиях сравнительного исследования токового показателя с другими вегетативными показателями статистический анализ относительно сравниваемых групп показал, что несмотря на индивидуальные особенности протекания стресса у животных, достоверными оказались различия по трём из

показателей: количеству эозннофилов, интегральному индексу состояния и интенсивности перспирации. По остальным показателям достоверных различий не обнаружено. Эта серия экспериментов даёт информативную картину развития стресса.

9. Разработаны и использованы в экспериментах первичные преобразователи

- (био)датчзгки, комплекс биотехнического оборудования по методу ЭГРИС и расширенный бикомшхекс с аппаратурой, предназначенной для оценки стресса с помощью вегетативных показателей по другим методам.

СВЕДЕНИЯ О ПРАКТИЧЕСКОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ НАУЧНЫХ

РЕЗУЛЬТАТОВ.

Разработанные диссертантом положения и оценки при исследовашш стресса с помощью элекгротокового показателя использованы в г/б НИР на 1989

- 1993 гг. на тему "Проблема волнового космоплавания в приложении к прикладным задачам" и в г/б НИР на1994 -1996 гг. на тему "Разработка интегрального показателя оценки состояния биообъектов по методу Кирлиан-элекгрометрии и его технического и медико-биологического обеспечения" в соответствии с координационным планом отделения космической биомеднцины Академии Космонавтики им. К.Э. Циолковского. Основные положения работы вошли в курсы лекций по специальностям "Стандартизация и сертификация" и «Автоматизация технолопгческих процессов и производств", а также в методические указания к выполнению НИР для студентов, аспирантов и соискателей факультета "Автоматизация биотехнических систем".

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ НАУЧНЫХ ВБ1ВОДОВ.

1. Метод ЭГРИС может быть рекомендован для оперативного исследования стресса и процессов адаптации у животных в эксперименте, для диагностики стресса в предубойном периоде, а также при выбраковке животных в животноводческих комплексах.

2.На основании проведённых исследовашш и выявленных критериев связи энергетического состояния и состояния стресса организма, можно рекомендовать использование всех приведённых в работе энергетических показателей в ветеринарной, гуманитарной и аэрокосмической медицине, в спортивной, психологической и инженерно-психологической практике.

3.Экспериментальные результаты могут быть использованы для дальнейшей разработки теории регуляции процессов жизнедеятельности организма. 4.Материалы диссертации могут быть использованы в учебном процессе эиотехнологических, биологических и медицинских вузов, а также при

написании учебных пособий и монографий в области исследование психофизиологических и патологических состояний

ПУБЛИКАЦИИ.

1.Уша Б.В., Сапфиров С.Г., Иванова Т. А. О моделировании психофизиологических патологий животных на основе химических i электрических воздействий. Межвуз. НТС «Электроника и выч техн. в АПК i пробл. прикл. биотехнологии» вып.1.-М .ВЗИПП 1992, стр.41-44.

2.Уша Б.В., Сапфиров С.Г., Иванова Т.А. Оценка параметров информативное^ аппаратурного обеспечения экспресс диагностики патологии животных Межвуз. НТС «Электроника и выч.техн. в АПК и пробл. прикл биотехнологию), вып.1.-М: ВЗИПП 1992 , стр.45-49.

3.Сапфиров С.Г., Деньгин Г. Д., Иванова Т.А., Толстокулаков И.В Электромагнитные биораздражители и устройства регистрации стресса пс методам газоразрядной и гравитационной визуализации. Межвуз. НТС «Электроника и выч.техн. в АПК и пробл. прикл. биотехнолопш», вып.1. -М ВЗИПП 1992, стр.50-53.

4.Уша Б.В., Сапфиров С.Г., Иванова Т.А., Толстокулаков И.В. А та ли математической модели диагностики состояния животного по параметра! биоэлектрического разряда Межвуз. НТС «Электроника и выч.техн. в АПК i пробл. прикл. биотехнологии», вып.1.-М: ВЗИПП 1992, стр.37-40.

5. Иванова Т.А. Фармакологическое моделирование гравитационно! визуализации био- объектов. Межвуз. НТС «Электроника и выч.техн. и пробл прикл. биотехнологии», вып.1. -М: ВЗИПП 1992, стр.61-63 .

6.Иванова Т.А. Анализ газоразрядных методов диагностики вегетативны: изменений в живых объектах на основе Кирлиан-фоторегистращш и оптическо! индикации состояния. Межвуз. НТС "Электроника и быч. техн. в АПК и пробл прикл. биотехнологии», вып.2 -М: ВЗИПП 1993, стр 37-40.

7.Уша Б.В., Сапфиров С.Г., Иванова Т.А. Биофизические основь энергометрического метода газоразрядной индикации состояния биообъект (ЭГРИС). Межвуз. НТС «Электроника и выч.техн. в АПК и пробл. прикл биотехнологии», вып.2. -М: ВЗИПП 1993, стр.41-47

8.СапфировС.Г., Иванова Т.А. Электрофизические основ! электрометрического метода газоразрядной индикации состояния биообъекта Межвуз. НТС «Электроника и выч.техн. в АПК и пробл. прикл биотехнологии», вып.2. -М: ВЗИПП 1993, стр.48-50.

9.Сапфиров С.Г., Иванова Т.А., Хрущёва H.A. Вегетативные реакции состояли пси- хоэмоциональной напряжённости и стресса (обзор литературы). Межвуз НТС «Электроника и вычтехн. в АПК и пробл. прикл. биотехнологии», въш.3. М: ВЗИПП 1993, сгр.21-26.