О возможности бесконтактной оценки направленности влияния фармакологических препаратов на функциональное состояние крыс

Появление широкого спектра новых фармакологических препаратов делает актуальным поиск новых способов изучения характера их влияния на организм человека и оценки эффективности медикаментозного лечения различных заболеваний. В связи с этим особый научный и практический интерес представляет вопрос о возможности использования в этих целях нового аппаратурного комплекса «Биоскоп» [5]. Биомедицинский комплекс «Биоскоп» разработан в Институте физиологии  им. Л.А.Орбели НАН Армении и позволяет проводить бесконтактную оценку интегративного состояния биологических систем [3].

В представленном сообщении приводятся некоторое результаты исследований, которые указывают на перспективность использования комплекса «Биоскоп» при оценке направленности влияния фармакологических препаратов на физиологическое состояние организма.

Материал и методы 

«Биоскоп» состоит из источника светового излучения (L), фотоприемника (F) и датчика - стеклянной пластины (1), покрытой непрозрачным материалом (2) (рис. 1). Источник излучения, стеклянная пластина и фотоприемник полностью изолированы от внешнего света покрывающим материалом и металлическим корпусом (3). 

Рис. 1.  Конструкция аппаратурного комплекса «Биоскоп».

1 – стеклянная пластина толщиной 1-2мм; 2 – непрозрачный покрывающий материал (черная бумага); 3 – металлический корпус; L – источник света (лазер); F – фотоприемник (фотодиод); 4 – усилитель; 5 - блок питания; ЭВМ - система регистрации.

Регистрируется суммарная интенсивность света, рассеянного от стеклянной пластины и покрывающего ее материала внутри корпуса «Биоскоп»-а. Исходное значение сигнала фотоприемника составляет 50 мВ, а отклонение амплитуды регистрируемого сигнала на 0,1% уже является статистически достоверным при уровне значимости Р<0,001. 

После приближения биологических объектов (фрукты, лабораторные животные, ладонь человека) к датчику «Биоскоп»-а на расстояние до 1см в его показаниях формируются характерные колебания с частотой до 10-15Гц. Амплитуда таких осцилляций может достигать 7-10% от исходного значения сигнала фотоприемника. 

При изменении физиологического состояния организма показания «Биоскоп»-а меняются. Это позволяет использовать аппарат для бесконтактной оценки направленности влияния различных внешних факторов, в том числе фармакологических, на функциональное состояние исследуемой системы. При использованиии «Биоскоп»-а нет необходимости в экранировке от внешних электрических или магнитных полей, поскольку они не влияют на регистрируемый сигнал, а состояние животного можно бесконтактно оценивать в любой области его тела. 

В представленных исследованиях датчик «Биоскоп»-а располагался на расстоянии 10-15мм от спины анестезированных уретаном крыс (1,3г/кг внутрибрюшинно). Проведены различные серии исследований, в которых: а) оценивался характер изменения дистанционных сигналов крыс после 10-дневной инъекции гентамицина (100мг/кг), б) после введения непосредственно до анестезии блокатора β-адренорецепторов обзидана (5мг/кг внутрибрюшинно), в) блокатора обратного захвата серотонина пресинаптическими окончаниями серотонинергических нейронов флуоксетина (8мг/кг внутрибрюшинно). 

В другой группе экспериментов животные до анестезии подвергались либо 2,5-часовому акустическому стрессу (интенсивность звука 100дБ над порогом слышимости, тон с частотой 4кГц), либо до формирования акустического стресса им дополнительно делалась инъекция флуоксетина.

Анализ зарегистрированных сигналов осуществлялся с использованием пакета программ  «OriginPro 7.5». Проводилась полосовая фильтрация зарегистрированных сигналов от 0,1 до 100кол/мин и методом быстрого преобразования Фурье оценивалась плотность их спектральной мощности. 

Результаты исследования

В норме на записи дистанционных сигналов анестезированной крысы формируются периоды увеличения и уменьшения амплитуды и частоты колебаний (рис.2А). Oтклонение амплитуды колебаний может составлять до 10% от исходного значения показаний фотоприемника, а их частота на отдельных участках записи достигает 1-2 кол/мин. В спектральном распределении преобладают колебания с частотой 0,15; 0,3-0,35 кол/мин.

После 10-дневного введения гентамицина наблюдается резкое уменьшение (по сравнению с нормой) амплитуды и частоты колебаний, а в спектральном распределении регистрируемых сигналов преобладают частоты порядка 0,25кол/мин (рис.2Б). Частота наблюдаемых осцилляций не превышает 0,7кол/мин.

После инъекции обзидана преобладают высокоамплитудные низкочастотные осцилляции – до 0,3кол/мин (рис.2В). Максимальная частота колебаний достигает 4кол/мин. Формируются выраженные колебания с частотой 0,5кол/мин.

Инъекция флуоксетина (рис.2Г) приводит к формированию выраженных колебаний в диапазоне частот 0,1-2кол/мин. Максимальная частота колебаний достигает 4кол/мин. Формируются выраженные колебания с частотой 0,5-0,6кол/мин. 

 Рис. 2. Сравнительная оценка дистанционных сигналов анестезированных крыс в различных сериях проведенных исследований. 

А – контрольная регистрация; Б – после 10-дневного введения гентамицина; В – после введения обзидана; Г – после введения флуоксетина; Д – после акустического стресса; Е – после акустического стресса на фоне предварительно введенного флуоксетина. 

Слева – спектр мощности регистрируемых сигналов, справа – типичные примеры одночасовой регистрации показаний «Биоскоп»-а. Условная масштабность по вертикали для всех соответствующих кривых одинакова. Датчик «Биоскопа» расположен на расстоянии 1 см от спины крысы.

У анестезированных после формирования акустического стресса крыс вначале наблюдаются выраженные осцилляции примерно одинаковой амплитуды (рис.2Д). Через некоторое время амплитуда колебаний несколько понижается. Максимальная частота наблюдаемых осцилляций не превышает 2кол/мин. В спектральном распределении преобладают низкочастотные колебания в области 0,1кол/мин, вместе с тем формируются выраженные колебания с частотой 0,5кол/мин.

В случае, когда до формирования акустического стресса крысам делалась инъекция флуоксетина, характер наблюдаемых сигналов в целом аналогичен сигналам, зарегистрированным у контрольных животных (рис.2Е). Периодически варьируют амплитуда и частота наблюдаемых осцилляций. Частота на отдельных участках записи достигает 1-2кол/мин, в спектральном распределении преобладают колебания с частотой 0,1-0,13 и  0,25-0,45кол/мин.

Обсуждение и выводы

Как известно, ряд антибиотиков оказывает побочное негативное воздействие на слуховой аппарат. Такие влияния весьма похожи на воздействия интенсивного акустического раздражения [1,2,7]. Показано также, что 10-дневное введение гентамицина приводит к формированию в эмоциональных центрах мозга нейрональной активности, аналогичной фоновой импульсной активности их нейронов после акустического стресса [4]. Согласно результатам электрофизиологических исследований такая же картина наблюдается и после инъекций обзидана или флуоксетина [6].

Исследования, проведенные с использованием аппаратурного комплекса «Биоскоп»,  показали, что различные фармакологические препараты по-разному влияют на интегративное состояние анестезированной крысы. Введение гентамицина, по сравнению с контролем, приводит к резкому уменьшению частоты и амплитуды наблюдаемых осцилляций, а после обзидана и флуоксетина наблюдается выраженная синхронизация колебаний в области 0,5кол/мин. Выраженная синхронизация дистанционных сигналов в области частот 0,5кол/мин имеет место и после 2,5-часового акустического воздействия. 

Качественное сопоставление полученных результатов с данными электрофизиологических исследований, показывает, что и на интегративном уровне разовое введение обзидана или флуоксетина приводит к формированию физиологического состояния, аналогичного состоянию после интенсивного акустического воздействия на организм крыс.

Внутрибрюшинное введение препарата влияет на показатели всех системных уровней организма, что с определенностью приводит к изменению его интегративного состояния. Показатели нейрональной активности отдельных структур мозга отражают всего лишь небольшую часть этих изменений, поэтому, в частности, в случае длительного 10-дневного введения гентамицина выявилось полное несоответствие выводов о характере функционального состояния крысы, сделанных с использованием электрофизиологического и предложенного нами дистанционного методических подходов. Поскольку длительное введение гентамицина приводит к развитию ототоксикоза и реально наблюдаемому ухудшению функционального состояния крысы, можно считать, что методика с использованием аппаратурного комплекса «Биоскоп» более адекватно отражает процессы, происходящие в ее организме.

Согласно полученным данным, как инъекция флуоксетина, так и интенсивное звуковое воздействие по отдельности приводят к значительному изменению спектрального распределения дистанционных сигналов крыс по сравнению с контролем. Вместе с тем, если до акустического воздействия животным делалась инъекция флуоксетина, то характер регистрируемых сигналов не претерпевал существенных изменений. Данное обстоятельство указывает на протекторную роль флуоксетина при формировании акустического стресса и указывает на возможность его применения для стабилизации физиологического состояния организма при интенсивных акустических воздействиях.

Результаты исследования и анализ полученных данных демонстрируют эффективность использования комплекса “Биоскоп” при оценке направленности изменения физиологического состояния организма под воздействием различных внешних факторов. 

Можно надеяться, что последующие исследования с привлечением большего числа подопытных животных различных видов и расширением спектра медикаментозных средств, приведут к формированию новой методики бесконтактной оценки направленности влияния фармакологических препаратов на физиологическое состояния организма. 

Список литературы

1. Плужников М.С.,Теплицкая Т.И. Клиническое изучение кохлеотоксических явлений при антибиотикотерапии. Клинические аспекты ЛОР заболеваний (Сборник трудов).  // Л., 1975, c. 83-95, 283 С.  
2. Сагалович Б. Тугоухость. // М. Медицина, 1978.
3. Саркисян Р.Ш. Дистанционная оценка интегративного состояния анестезированных и бодрствующих крыс. // Вестник МАНЭБ, т.12, N4, с.280-282,  2007. 
4. Саркисян Р.Ш. Новые аспекты функционирования биологических систем. // Диссертация на соискание ученой степени док. биол. наук.- Ереван, 2008,  226 С.
5. Drayer J.P., Grigoryan H.R., Sargsyan R.Sh. et all.  Systems and Methods for Investigation of Living Systems. // United States Patent, US 2007/0149866 A1.   
6. Sarkisyan R. Sh., Sarkisyan V. R., Aradzhyan G. M. Effects of Acoustic and Immobilization Stress on Background Impulse Activity of Neurons of the Central and Lateral Nuclei of the Amygdala. // Neirofiziologiya/Neurophysiology, v. 38, N2, pp.131-139, 2006. 
7. Willot J.F., Lu S.M. Noise-induced hearing loss can after neural coding and increase excitability in the central nervous system. // Science, 1982, v. 216, pp.1331-1332. 

Вопросы, ответы, комментарии