стенд для электрофизиологических исследований на крысах

Формула изобретения

1. Стенд для электрофизиологических исследований на крысах, состоящий из клетки для крысы, электродного устройства, вспомогательного элемента, фиксированного на крысе в месте выхода наружу электропроводов электродного устройства, референтного электрода и регистрирующего устройства, отличающийся тем, что 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.

2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что референтный электрод контактирует с тканями крысы через металлическую шпильку, фиксирующую втулку-привязь на хвосте крысы.

Описание изобретения к патенту

Стенд для электрофизиологических исследований на крысах относится к устройствам для биомедицинских исследований.

Известен стенд для электрофизиологических исследований на крысах, включающий вживляемый электрод с выводимыми наружу электропроводами, радиопередатчик, укрепляемый на голове животного, а также механически несвязанный с животным внешний приемник сигналов от радиопередатчика с регистрирующим устройством [1].

Недостаток этого стенда заключается в его сложности и в трудности проведения исследований одновременно на нескольких животных.

Известна установка для проведения электрофизиологических исследований на крысах, состоящая из клетки для животного, упряжи и привязи в виде трубки из металлической спиральной пружины, которая нижним концом жестко соединена с упряжью и удерживается в вертикальном положении с помощью специальной противовесной системы [2]. Спиральная пружина, наряду с функцией привязи, выполняет также и функцию защитного кожуха для электропроводов от вживленных электродов. Последние за пределами клетки подсоединяются к регистрирующему устройству. При перемещениях крысы по клетке специальный сенсорный датчик подает сигнал на установленный под клеткой электродвигатель, который вращает укрепленную на спине животного привязь в соответствии с направлением его движения.

Этот стенд для электрофизиологических исследований на крысах также отличается очевидной сложностью его конструкции и мало приемлем для проведения исследований одновременно на достаточно большом количестве животных.

Известен стенд для электрофизиологических исследований на крысах, состоящий из клетки, вертикально установленной стеклянной трубки (длина 25 см, диаметр 5 мм), средства фиксации этой трубки в межлопаточной области животного, вживляемых электродов с отходящими от них электропроводами, которые пропущены через упомянутую стеклянную трубку и выведены за пределы клетки, где они подсоединены к регистрирующему устройству [3]. В этом стенде использована клетка для крыс фирмы Micropore, Medical Surgical Product, St. Paul, MN, USA.

Как отмечают другие исследователи [4], при использовании установки, аналогичной рассмотренному стенду [3], фиксированная на спине привязь в виде вертикально установленной довольно длинной трубки, а также средство ее фиксации на теле животного в условиях хронического эксперимента оказывают стрессирующее воздействие на крысу, что с неизбежностью отрицательно сказывается на результатах исследования.

Последний из рассмотренных стендов для электрофизиологических исследований на крысах [3] рассматривается нами в качестве прототипа.

В предлагаемом стенде для электрофизиологических исследований на крысах положительный технический результат достигается за счет того, что в известном стенде, состоящем из клетки для животного, электродного устройства, вспомогательного элемента, фиксированного на крысе в месте выхода наружу электропроводов электродного устройства, референтного электрода и регистрирующего устройства, вспомогательный элемент выполнен в виде фиксируемой на хвосте крысы 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. Референтный электрод подсоединен к втулке-привязи и контактирует с тканями животного через металлическую шпильку, фиксирующую втулку-привязь на хвосте крысы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен стенд для электрофизиологических исследований на животных (клетка в разрезе), вид сбоку; на фиг.2 - то же (без животного), вид сверху; на фиг.3 - корпус клетки, вид спереди; на фиг.4 - щиток; на фиг.5 - штатив для клетки, вид сбоку; на фиг.6 - то же, вид сверху; на фиг.7 - электродное устройство, вид снизу; на фиг.8 - способ фиксации электродного устройства на кишке, вид электродного устройства сбоку, в разрезе; на фиг.9 - крыса, подготовленная к проведению электрофизиологических исследований.

Основными частями стенда для электрофизиологических исследований на животных являются клетка для крысы, втулка-привязь, электродное устройство, регистрирующее устройство и штатив для клетки. Клетка 1 (фиг.1-3) выполнена в виде усеченной и перевернутой основанием вверх полой пирамиды, открытой сверху и снизу. В средней части клетки на опорах горизонтально установлена съемная решетка 2 (фиг.1, 2), на которой размещается крыса. В передней стенке клетки посередине сделана открытая сверху вертикальная прорезь 3 (фиг.3), не доходящая до края решетки 2. В эту прорезь вставлена с возможностью свободного вращения вокруг оси укрепленная на хвосте крысы металлическая втулка-привязь 4 (фиг.1, 9), через которую пропущены электропровода 5 (фиг.1, 2, 7-9) электродного устройства 6 (фиг.7, 8), установленного в том или ином органе животного (желудке, кишке и др.). Сверху прорезь 3 прикрыта съемным щитком 7 (фиг.1, 2, 4), на котором с помощью скобы 8 крепится поилка 9 (фиг.1, 2). В нижней части щитка имеется отверстие 10 для трубки-соска 11 (фиг.1) поилки 9. На клетке 1 щиток 7 фиксируется с помощью укрепленного на нем диска 12 (фиг.1, 4). Щиток 7 служит также для защиты от повреждения крысой расположенных вне клетки элементов стенда. Верхние края 13 (фиг.2, 3) обеих боковых стенок клетки 1 отогнуты наружу.

Штатив для клетки 1 состоит из основания 14 (фиг.1, 2, 5, 6) в виде горизонтально расположенной плиты, на которой с одной стороны укреплена стойка 15 с опорными элементами 16 наверху, а на противоположной стороне плиты смонтирован металлический кронштейн 17 с соединительными элементами 18 на его верхнем конце. Соединительный элемент 18 может быть выполнен, например, в виде металлической трубки с боковыми винтами, фиксирующими концы вставленных в трубку соединяемых электропроводов. Сами соединительные элементы 18 электроизолированы от кронштейна 17.

Установленная на штатив клетка удерживается на нем в подвешенном состоянии, опираясь отогнутыми краями 13 на опорные элементы 16 штатива. На основании 14 штатива под клеткой размещена емкость 19 (фиг.1) для сбора выделений от животного.

Концы наружных отделов электропроводов 5 посредством соединительных элементов 18 (фиг.1, 2, 5, 6) соединены с электропроводами 20 (фиг.1, 2), по которым электрические сигналы от того или иного органа передаются к регистрирующему устройству 21 (фиг.1, 2).

Для электрофизиологических исследований, например для снятия электромиограмм с того или иного органа, можно использовать как монополярные, так и биполярные электроды. Вживляемое, в частности, биполярное электродное устройство 6 (фиг.7, 8) состоит из корпуса 22 в виде пластинки из диэлектрического материала, на нижней стороне которой в сквозных отверстиях смонтированы два параллельно расположенных игольчатых элемента 23 (собственно электроды). К каждому игольчатому элементу 23 на верхней стороне пластинки 22 подсоединен (припаян) отдельный покрытый электроизоляцией провод 5 с выходом последнего за пределы корпуса. На заданном расстоянии от поверхности пластинки 22 оба электрода согнуты под прямым углом, оставаясь параллельными как по отношению друг к другу, так и к пластинке 22. Места пайки игольчатых элементов 23 с электропроводами 5 залиты, например, эпоксидной смолой 24, которая фиксирует в заданном положении игольчатые элементы 23 на корпусе 22 и одновременно выполняет функцию электроизоляционного материала. У краев пластинки 22 сделаны два или большее количество сквозных отверстий 25 для фиксации электродного устройства к стенке, например, желудка или кишки 26 с помощью хирургических нитей.

На дистальном конце втулки-привязи 4 имеется штырек 27 (фиг.9), к которому подсоединен необходимый для регистрации биоэлектропотенциалов референтный (заземляемый) провод-электрод 28 (фиг.9). Другой конец этого электрода подсоединен к верхнему концу металлического кронштейна 17, который непосредственно и заземляется. Контакт референтного электрода 28 с тканями животного осуществляется через металлическую шпильку (на фиг. не показана), с помощью которой втулку-привязь 4 фиксируют на хвосте крысы.

На участке между втулкой-привязью 4 (фиг.1) и верхним концом кронштейна 17 провода 5 электродного устройства 6 и заземляемого электрода 28 в своей средней части провисают с образованием петель 29 (фиг.1).

При перемещениях животного по клетке его хвост вместе с втулкой-привязью 1 может свободно вращаться вокруг своей оси. Эти вращательные движения передаются и наружным отделам проводов 5 и 28, но, благодаря провисанию последних, их вращательные движения при этом преобразуются в скручивание элетропроводов друг с другом. Для такого скручивания относительно тонких и эластичных электропроводов требуется очень небольшое усилие, поэтому крыса не испытывает сколь-либо заметного насилия в виде воспрепятствования свободному вращению своего хвоста. Благодаря этому животное не подвергается стрессовому воздействию, которое могло бы отрицательно сказаться на результатах соответствующего исследования.

В период регистрации электрической активности того или иного органа количество скручиваний электропроводов 5 и 28 в одном направлении в основном компенсируется соответствующим количеством скручиваний в противоположном направлении. По окончании опыта вышеназванные электропровода могут быть отсоединены от соединительных элементов 18.

Электропровода же, протянутые без провисания, не способны в достаточной мере скручиваться друг с другом и, поэтому, будучи жестко фиксированными на верхнем конце кронштейна 17, могли бы оказывать заметное сопротивление и препятствовать свободному вращению хвоста крысы. При этом животное воспринимало бы такую ситуацию как насилие и отвечало бы реакцией в виде стресса с соответствующими отрицательными последствиями для результатов исследования.

Прооперированная крыса может содержаться в клетке и иной конструкции, нежели той, которая представлена на фиг.1-3. Как вариант исполнения, клетка для крысы может быть изготовлена в виде усеченного полого конуса, открытого с широкого верхнего и узкого нижнего концов. Кроме того, штатив (опора) для клетки может быть укреплен на стене. Такой вариант исполнения стенда с размещенными в ряд несколькими клетками с экспериментальными животными в течение нескольких лет успешно используется нами при проведении научных электрофизиологических исследований на крысах.

Для проведения электрофизиологических исследований животное оперируют с целью вживления электрода в тот или иной орган. На фиг.8 показан способ установки электродного устройства 6 (фиг.7) на кишке 26. Предварительно на кишке и вдоль ее укрепляют две хирургические нити с расстоянием между ними, равном расстоянию между отверстиями 25 в пластинке 22 электродного устройства 6. Затем с помощью пальцев формируют продольную складку серозно-мышечного слоя и в поперечном направлении вкалывают в нее игольчатые электроды 23. При этом свободные концы последних не должны выходить за пределы кишечной серозно-мышечной складки. После этого с помощью укрепленных на кишечной стенке двух хирургических нитей, используя отверстия 25, электродное устройство 6 фиксируют на кишечной стенке 26. На следующем этапе операции электропровода 5 электродного устройства 6 с помощью специального инструмента в виде длинной трубчатой иглы выводят из брюшной полости через прокол в мягких тканях тазовой области и далее под кожей хвоста. Наружу электропровода 5 выводят в 5-6 см от кончика хвоста (фиг.9).

Проксимальнее места выхода из-под кожи электропроводов 5 на хвост крысы надевают перфорированную металлическую втулку 4 (фиг.9), в стенке на дистальном конце которой сделаны два диаметрально расположенных отверстия (на фиг. не показаны). Втулка фиксируется с помощью заостренной металлической шпильки (на фиг. не показана), которую пропускают через вышеуказанные отверстия, одновременно прокалывая мягкие ткани расположенного между ними хвоста.

Прооперированную крысу помещают в клетку 1 (фиг.1). При этом втулку-привязь 4 вставляют в прорезь 3 (фиг.3), которую затем сверху закрывают щитком 7. Хвост крысы и укрепленная на его конце втулка 4 выполняют функцию привязи, которая не ограничивает перемещения животного по клетке и в то же время не позволяет ему покинуть клетку.

В зависимости от задачи исследования через тот или иной период времени после операции начинают проводить электрофизиологические исследования. Для этого концы электропроводов 5 электродного устройства 6 посредством соединительных элементов 18 соединяют с электропроводами 20, которые, в свою очередь, связаны с регистрирующим устройством 21. К штырьку 27 на втулке-привязи 4 подсоединяют референтный электрод 28. Поступающие в регистрирующее устройство 21 электрические сигналы от того или иного органа усиливаются, подвергаются предварительной обработке и накапливаются в запоминающем устройстве. По окончании сеанса записи электромиограммы последняя с помощью специальной компьютерной программы обрабатывается и анализируется. Результаты этого анализа представляются в виде графиков и таблиц.

Предлагаемый стенд для электрофизиологических исследований на крысах как техническая система является довольно простым как в изготовлении, так и в использовании. Он содержит минимальное количество подвижных взаимодействующих деталей и поэтому отличается высокой надежностью.

Предлагаемый стенд для электрофизиологических исследований на крысах, в отличие от стенда-прототипа, обеспечивает более физиологичные условия проведения соответствующих исследований. Крыса как вне опыта, так и непосредственно в период проведения исследований не фиксирована, имеет возможность перемещаться по клетке и, следовательно, в наименьшей степени подвержена незапланированным стрессовым воздействиям.

Условия содержания животных как во время опыта, так и вне его при использовании предлагаемого стенда отвечают соответствующим санитарно-гигиеническим требованиям. Отсутствие крыши и невысокие стенки способствуют хорошему воздухообмену и освещенности внутри клеток. Имеется хороший доступ к крысам для проведения различных манипуляций. При необходимости, например для взвешивания, крыса может быть довольно просто извлечена из клетки.

Источники информации

1. Патент США №4852573, US. C1. 128/642.

2. Harvard Apparatus. New Products for Bioresearch. 2003 Product Catalog, p.74. Catalog No. NP-72-0003.

3. Pernthaler H., Sultuari L., Pfurtscheller G. et al. Model Zur elektromyografischen Untersuchung von Dunndarmtransplantaten an der Ratte. Lagenbeck Arch. Chir., 1992, Vol. 377, P.348-351.

4. Ohashi Y., Sugiyama Y. and Takami T. Continuous intravenous infusion to unrestrained rats; improved method. Jgaku No Ayumi (Japanese), 1980, Vol. 112, P.30-32.