RU192472U1

RU192472U1 - Device for creating gravitational overload

Info

Publication number: RU192472U1
Application number: RU2018147278U
Authority: RU
Inventors: Павел Дмитриевич Колесниченко; Андрей Юрьевич Алейников; Эдуард Сергеевич Миллер; Оксана Валерьевна Дудченко; Владислав Александрович Дуброва; Олеся Викторовна Щеблыкина; Алексей Владимирович Тверской
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2019-09-17

Abstract

Устройство для создания гравитационной перегрузки относится к области экспериментальной медицины и может быть использовано для изучения влияния повышенных нагрузок на организм экспериментальных животных с последующим использованием полученных данных для объяснения тех или иных эффектов гипергравитации на организм, включая обоснование возможности применения гравитационных перегрузок в лечении различных патологических состояний больных. Устройство содержит корпус, на котором укреплен двигатель, на оси которого жестко закреплен рычаг с расположенными на его концах контейнерами для лабораторных животных, микроконтроллерную систему управления, с которой связаны расположенные в контейнерах датчики регистрации электрофизиологических параметров лабораторных животных, а также датчик линейного ускорения, расположенный на упомянутом рычаге. Микроконтроллерная система управления снабжена беспроводным интерфейсом и программой для расчета величины дозы гравитационной перегрузки в каждый момент времени. Балансировочный шкив-маховик, соединенный с двигателем посредством ремённой зубчатой передачи, гасит колебания при вращении рычага при использовании подопытных животных с разницей в массе до 100 г.A device for creating gravitational overload belongs to the field of experimental medicine and can be used to study the effect of increased loads on the body of experimental animals, followed by the use of the obtained data to explain the effects of hypergravity on the body, including justification of the possibility of using gravitational overloads in the treatment of various pathological conditions of patients . The device comprises a housing on which the engine is mounted, on the axis of which a lever is rigidly fixed with containers for laboratory animals located at its ends, a microcontroller control system with which sensors located in the containers for recording the electrophysiological parameters of laboratory animals, and a linear acceleration sensor located on said lever. The microcontroller control system is equipped with a wireless interface and a program for calculating the dose of gravitational overload at any time. A balancing flywheel pulley connected to the engine via a belt drive dampens vibrations when the lever is rotated when using experimental animals with a weight difference of up to 100 g.

Description

Устройство для создания гравитационной перегрузки относится к области экспериментальной медицины и может быть использовано для изучения влияния повышенных нагрузок на организм экспериментальных животных с последующим использованием полученных данных для объяснения тех или иных эффектов гипергравитации на организм, включая обоснование возможности применения гравитационных перегрузок в лечении различных патологических состояний больных. A device for creating gravitational overload belongs to the field of experimental medicine and can be used to study the effect of increased loads on the body of experimental animals, followed by the use of the obtained data to explain the effects of hypergravity on the body, including justification of the possibility of using gravitational overloads in the treatment of various pathological conditions of patients .

Доза гравитационной нагрузки является субъективным параметром и определяется эмпирически на основании неврологического дефицита и выживаемости животных, зависит от силы, длительности и кратности воздействия перегрузок.The dose of gravitational load is a subjective parameter and is determined empirically on the basis of neurological deficit and survival of animals, depends on the strength, duration and frequency of exposure to overloads.

Известно «Устройство для моделирования цереброваскулярных инсультов у подопытных животных» (заявка на патент РФ №2012138802). Изобретение относится к области экспериментальной медицины и предназначено для изучения влияния повышенных нагрузок на организм экспериментальных животных. Устройство выполнено из металла и представлено в виде корпуса, на котором крепится рычаг длиной 200 см, жестко фиксированный болтами к оси двигателя, закрепленной в опоре, двигатель соединен электропроводом с пультом управления, на концах рычага закреплены контейнеры для животных, разделенные на несколько продольных ячеек. Цереброваскулярные нарушения у подопытных животных создаются путем вращения животных в горизонтальной плоскости. The known "Device for modeling cerebrovascular strokes in experimental animals" (patent application of the Russian Federation No. 2012138802). The invention relates to the field of experimental medicine and is intended to study the effect of increased loads on the body of experimental animals. The device is made of metal and is presented in the form of a housing on which a lever 200 cm long is mounted, rigidly fixed with bolts to the engine axis fixed in the support, the engine is connected by an electric wire to the control panel, animal containers are fixed at the ends of the lever, divided into several longitudinal cells. Cerebrovascular disorders in experimental animals are created by rotating the animals in a horizontal plane.

Во время эксплуатации выявлен следующий недостаток: низкая достоверность полученных данных при определении дозы гравитационной перегрузки, обусловленная:During operation, the following disadvantage was identified: low reliability of the data obtained when determining the dose of gravitational overload due to:

- большим числом животных в группе с жёстким требованием к массе лабораторных животных (разница в массе в 5 грамм между крысами уже недопустима) из-за возникающих колебаний при вращении рычага, - a large number of animals in the group with a strict requirement for the weight of laboratory animals (a difference in weight of 5 grams between rats is already unacceptable) due to fluctuations in the rotation of the lever,

- отсутствием программно-аппаратного контроля, что приводит к существенной погрешности в определении скорости вращения, в том числе за счет невозможности точного задания желаемых параметров вращения и изменения их в ходе эксперимента, в зависимости от получаемых результатов. - the lack of software and hardware control, which leads to a significant error in determining the rotation speed, including due to the impossibility of accurately setting the desired rotation parameters and changing them during the experiment, depending on the results.

Задачей полезной модели является создание устройства, с помощью которого можно изучать гравитационные перегрузки на лабораторных животных.The objective of the utility model is to create a device with which you can study gravitational overload on laboratory animals.

Технический результат - повышение достоверности определения дозы гравитационных перегрузок на лабораторных животных.The technical result is an increase in the reliability of determining the dose of gravitational overload on laboratory animals.

Поставленная задача реализуется предложенным устройством для изучения влияния повышенных нагрузок на лабораторных животных, которое содержит корпус, на котором установлен двигатель, на оси которого жестко укреплен рычаг с расположенными на его концах контейнерами для лабораторных животных, в которое внесены следующие новые признаки:The task is carried out by the proposed device for studying the effect of increased loads on laboratory animals, which contains a housing on which the engine is mounted, on the axis of which a lever with containers for laboratory animals located at its ends is rigidly fixed, into which the following new features are introduced:

- наличие микроконтроллерной системы управления, с возможностью задавать и регулировать дозу гравитационной перегрузки путем изменения скорости и времени вращения, т.е. плавно изменять нагрузки, а также снабженной программой для расчета величины дозы гравитационной перегрузки в каждый момент времени по данным о длине рычага, массе животного и частоте вращения; - the presence of a microcontroller control system, with the ability to set and adjust the dose of gravitational overload by changing the speed and time of rotation, i.e. smoothly change the load, as well as with a program for calculating the dose of gravitational overload at each moment of time according to the length of the lever, the mass of the animal and the speed of rotation;

- наличие датчиков регистрации электрофизиологических параметров лабораторных животных, расположенных в контейнерах, и соединенных с микроконтроллерной системой управления посредством беспроводного интерфейса, что позволяет изменять дозу гравитационной перегрузки в процессе исследования в зависимости от состояния подопытного животного;- the presence of sensors for recording the electrophysiological parameters of laboratory animals located in containers and connected to the microcontroller control system via a wireless interface, which allows you to change the dose of gravitational overload during the study, depending on the condition of the experimental animal;

- наличие расположенного на рычаге датчика линейного ускорения, который через беспроводной интерфейс передаёт в микроконтроллерную систему управления данные о частоте вращения; - the presence of a linear acceleration sensor located on the lever, which through the wireless interface transmits speed data to the microcontroller control system;

- наличие балансировочного шкива-маховика с ремённой зубчатой передачей, гасящего колебания при вращении рычага, что позволяет использовать подопытных животных с разницей в массе до 100 грамм.- the presence of a balancing flywheel pulley with a belt gear, damping vibrations during rotation of the lever, which allows the use of experimental animals with a difference in weight of up to 100 grams.

Указанная совокупность признаков неизвестна из уровня техники, что позволяет признать заявленную полезную модель соответствующей условию новизна. Соответствие условию промышленная применимость подтверждают приведенные примеры конкретного использования.The specified set of features is unknown from the prior art, which allows us to recognize the claimed utility model in accordance with the novelty condition. Compliance with the condition of industrial applicability is confirmed by the given examples of specific use.

Полезная модель охарактеризована на прилагаемых фигурах.The utility model is described in the accompanying figures.

Фиг. 1. Вид предлагаемого устройства спереди.FIG. 1. Front view of the proposed device.

Фиг. 2. Вид предлагаемого устройства сбоку.FIG. 2. Side view of the proposed device.

Фиг. 3. Вид предлагаемого устройства снизу.FIG. 3. View of the proposed device from the bottom.

Установка содержит металлический корпус в виде рамной опорной конструкции 1, сваренной из металлического стального профиля, на котором укреплен тяговый электродвигатель 2 со встроенным планетарным редуктором, передаточный механизм 3, рычаг 4. На концах рычага 4 с обеих сторон расположены контейнеры 5 с фиксаторами (на фиг. не показаны) для размещения экспериментальных животных. Внутри контейнеров 5 расположены датчики регистрации электроэнцефалографии (ЭЭГ), электрокардиографии (ЭКГ), кровяного давления (АД) (на фиг. не показаны) для контроля состояния лабораторных животных. Датчик линейного ускорения 6, установленный на рычаге 4 и датчики регистрации состояния лабораторных животных, установленные в контейнерах 5, связаны с микроконтроллерной системой управления 7, установленной на рамной конструкции 1. Балансировочный шкив-маховик 8 связанный посредством ремённой зубчатой передачи с электродвигателем 2 гасит колебания при вращении рычага 4, что позволяет использовать подопытных животных с разницей в массе до 100 грамм. The installation comprises a metal casing in the form of a frame supporting structure 1, welded from a metal steel profile, on which a traction motor 2 with an integrated planetary gear is mounted, a transmission mechanism 3, a lever 4. At the ends of the lever 4, containers 5 with latches are located on both sides (in FIG. not shown) for placement of experimental animals. Inside the containers 5 are sensors for recording electroencephalography (EEG), electrocardiography (ECG), blood pressure (BP) (not shown in Fig.) To monitor the status of laboratory animals. The linear acceleration sensor 6 mounted on the lever 4 and the sensors for registering the state of laboratory animals installed in the containers 5 are connected to the microcontroller control system 7 mounted on the frame structure 1. The balancing flywheel pulley 8 connected by a belt gear with an electric motor 2 dampens vibrations when rotation of the lever 4, which allows the use of experimental animals with a difference in mass of up to 100 grams.

Пример работы заявленной модели.An example of the claimed model.

Испытуемых животных (крысы, морские свинки, монгольские песчанки, мыши и т.п.) массой до 2,0 кг размещают в контейнеры 5, фиксируют их и подсоединяют датчики. Устанавливают контейнеры 5 на рычаге 4 на заданном расстоянии от центра вращения. С помощью микроконтроллерной системы управления 7 задают режим работы установки: скорость и время вращения, количество сеансов вращения. Включают электродвигатель 2 и производят вращение рычага 4 с заданной скоростью, заданным временем и заданным количеством сеансов, контролируя влияние доз гравитационных перегрузок на лабораторных животных, расположенных в контейнерах 5, посредством программы для расчета величины дозы гравитационной перегрузки в каждый момент времени по данным о длине рычага, массе животного и частоте вращения.Test animals (rats, guinea pigs, Mongolian gerbils, mice, etc.) weighing up to 2.0 kg are placed in containers 5, fixed and connected to sensors. Set the containers 5 on the lever 4 at a given distance from the center of rotation. Using the microcontroller control system 7 set the operating mode of the installation: speed and time of rotation, the number of sessions of rotation. The electric motor 2 is turned on and the lever 4 is rotated at a predetermined speed, a predetermined time and a predetermined number of sessions, controlling the effect of gravitational overload doses on laboratory animals located in containers 5 by means of a program for calculating the gravitational overload dose at each moment of time according to the length of the lever , the mass of the animal and the speed of rotation.

Особое внимание уделяют фиксированию животных в контейнерах 5. При недостаточной фиксации и относительно свободном положении тела в контейнере 5, возможны переломы передних или задних лап. Particular attention is paid to fixing animals in containers 5. With insufficient fixation and relatively free position of the body in container 5, fractures of the front or hind legs are possible.

На лабораторное животное, находящееся в контейнере 5 на конце рычага 4 действуют две силы: центробежная и сила тяжести. Конструкция предлагаемого устройства обеспечивает перпендикулярность центробежной силы и силы тяжести. Неврологический дефицит и выживаемость животных зависят от силы, длительности и кратности воздействия перегрузок, а также от вектора вращения и массы животных. Two forces act on the laboratory animal located in the container 5 at the end of the lever 4: centrifugal and gravity. The design of the proposed device provides perpendicularity of centrifugal force and gravity. Neurological deficit and survival of animals depend on the strength, duration and frequency of exposure to overloads, as well as on the rotation vector and mass of animals.

Управление установкой с помощью микроконтроллерной системы управления через беспроводной интерфейс по командам с персонального компьютера, планшета, смартфона позволяет не только повысить достоверность полученных результатов за счет мониторинга изменений электрофизиологических параметров у исследуемого животного непосредственно в ходе эксперимента с возможностью изменения режима работы установки, но и обезопасить проведение исследований для экспериментатора, который может во время проведения эксперимента находиться в другом помещении. Control of the installation using a microcontroller control system via a wireless interface by commands from a personal computer, tablet, smartphone can not only increase the reliability of the results by monitoring changes in the electrophysiological parameters of the studied animal directly during the experiment with the ability to change the operating mode of the installation, but also to secure studies for the experimenter, who may be in another place during the experiment Substitution.

Наличие балансировочного шкива-маховика с ремённой зубчатой передачей, позволяет перед проведением эксперимента не подбирать пару исследуемых животных с одинаковой массой, т.к. он гасит колебания при вращении рычага при использовании подопытных животных с разницей в массе до 100 грамм.The presence of a balancing flywheel pulley with a belt gear allows not to select a pair of animals with the same mass before the experiment, because it damps vibrations when the lever is rotated when using experimental animals with a difference in mass of up to 100 grams.

Для дополнительного контроля величины перегрузки у головы лабораторного животного можно размещать второй датчик линейного ускорения. Такой двойной контроль обеспечивает повышение точности мониторинга перегрузки у каждого животного и в совокупности с регистрацией электрофизиологических параметров позволяет корректировать погрешности, связанные с разницей в индивидуальных функциональных резервах сердечно-сосудистой системы каждого лабораторного животного. Такой прецизионный подход позволяет снизить количество животных в каждой группе и увеличит повторяемость результатов.For additional control of the magnitude of the overload at the head of the laboratory animal, you can place a second linear acceleration sensor. Such double control provides increased accuracy of monitoring of overload in each animal and, in combination with the registration of electrophysiological parameters, allows you to correct errors associated with the difference in the individual functional reserves of the cardiovascular system of each laboratory animal. This precision approach reduces the number of animals in each group and increases the repeatability of the results.

Конкретный пример использования заявленного устройства.A specific example of the use of the claimed device.

В качестве примера представлен эксперимент по подтверждению нейропротекторных свойств референсного церебропротектора холина альфосцерата. Эксперимент проведён на крысах-самцах массой 140-250 г, содержащихся в стандартных условиях вивария НИУ «БелГУ» со свободным доступом к воде и пище. При работе соблюдались требования Закона РФ «О защите животных от жестокого обращения» от 24.06.1998 года, правил лабораторной практики при проведении доклинических исследований в РФ (ГОСТ 3 51000.3-96 и ГОСТ Р 53434-2009), директивы Европейского сообщества (86/609 ЕС), правил Международных рекомендаций Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых при экспериментальных исследованиях (1997) и Правил лaбoрaтoрнoй прaктики, принятых в Российcкoй Фeдeрaции (прикaз MЗ РФ № 708 oт 29.08.2010 г.).As an example, an experiment is presented to confirm the neuroprotective properties of the reference cerebroprotector of choline alfoscerate. The experiment was conducted on male rats weighing 140-250 g, contained in standard conditions of the vivarium of the National Research University "BelSU" with free access to water and food. During work, the requirements of the Law of the Russian Federation “On the Protection of Animals from Cruel Treatment” of June 24, 1998, the rules of laboratory practice in conducting preclinical studies in the Russian Federation (GOST 3 51000.3-96 and GOST R 53434-2009), and the European Community directive (86/609) were observed EU), the rules of the International Recommendations of the European Convention for the Protection of Vertebrate Animals used in experimental research (1997) and the Rules of Laboratory Practice adopted in the Russian Federation (order of the Ministry of Health of the Russian Federation No. 708 of 08.29.2010).

Животных поделили на две группы по 20 штук каждая. Первая группа – опытная, с применением препарата холина альфосцерата, вторая – контрольная, без него.The animals were divided into two groups of 20 pieces each. The first group is experimental, with the use of the drug choline alfoscerate, the second is the control, without it.

Опытной группе крыс-самцов ввели холина альфосцерат в дозе 0,2 г/кг. Испытуемых размещали по одному животному в контейнеры 5, фиксируя их и подсоединяя датчики ЭЭГ, ЭКГ и АД. Устанавливали контейнеры 5 на рычаге 4, длиной 60 см. С помощью микроконтроллерной системы управления 7 задавали режим работы установки: скорость и время вращения. Данные задают сначала эмпирически. Начинают с малых оборотов. Начальная, эмпирически подобранная скорость вращения 90 об/мин. Время вращения составляет 9 минут. После включения электродвигателя 2 проводили контроль влияния гравитационных перегрузок на лабораторное животное в краниокаудальном векторе до достижения такой величины перегрузки, при которой исчерпывались функциональные возможности сердечно-сосудистой системы и прекращалось кровоснабжение мозга. Критерием тотальной ишемии являлось снижение электрофизиологических параметров, до определённых эмпирически подобранных значений, свидетельствующих о прекращении кровоснабжения мозга. Для конкретной установки можно задавать параметры вращения двигателя от 0 до 500 оборотов в минуту (об/мин). Если тотальной ишемии не происходило, увеличивали скорость на 10 об/мин, вращали 9 минут, по показаниям датчиков ЭЭГ, ЭКГ и АД оценивали состояние животного. При необходимости опять увеличивали скорость и повторяли вращение до появления ишемии.An experimental group of male rats was administered choline alfoscerate at a dose of 0.2 g / kg. The subjects were placed one animal in containers 5, fixing them and connecting the EEG, ECG and blood pressure sensors. The containers 5 were mounted on the lever 4, 60 cm long. Using the microcontroller control system 7, the operating mode of the installation was set: speed and rotation time. The data is given first empirically. Start at low revs. Initial, empirically selected rotation speed of 90 rpm. The rotation time is 9 minutes. After turning on the electric motor 2, the influence of gravitational overloads on the laboratory animal in the craniocaudal vector was monitored until such an amount of overload was reached that the cardiovascular system was exhausted and the blood supply to the brain was stopped. The criterion for total ischemia was a decrease in electrophysiological parameters, to certain empirically selected values, indicating a cessation of blood supply to the brain. For a specific installation, you can set engine rotation parameters from 0 to 500 revolutions per minute (rpm). If total ischemia did not occur, the speed was increased by 10 rpm, rotated for 9 minutes, the state of the animal was assessed according to the readings of EEG, ECG and blood pressure sensors. If necessary, the speed was again increased and the rotation was repeated until ischemia appeared.

Контрольную группу подвергали аналогичному воздействию.The control group was subjected to a similar effect.

Результатом явилось достоверное увеличение выживаемости на 20±8% и снижение неврологического дефицита на 4±0,2 балла у выживших крыс по шкале McGrow по сравнению с контрольной группой животных, которым не вводился холина альфосцерат.The result was a significant increase in survival by 20 ± 8% and a decrease in neurological deficit by 4 ± 0.2 points in surviving rats on the McGrow scale compared with the control group of animals that were not injected with choline alfoscerate.

Таким образом, приведенные примеры подтверждают достижение заявленного технического результата по повышению достоверности определения дозы гравитационных перегрузок, влияющих на электрофизиологические параметры лабораторных животных за счет внедрения современных возможностей программно-аппаратного моделирования, что приводит к повышению достоверности получаемых результатов, облегчению и ускорению проводимых исследований за счет возможности оценки насосной функции сердца, электрической активности мозга и сердца у подопытного животного при помощи регистрации датчиками электроэнцефалографии (ЭЭГ), электрокардиографии (ЭКГ), регистрации кровяного давления в ходе эксперимента, что является достоверным критерием наступления ишемических повреждений головного мозга, позволяет выявить изменения в работе сердца. Thus, the above examples confirm the achievement of the claimed technical result in increasing the reliability of determining the dose of gravitational overloads that affect the electrophysiological parameters of laboratory animals through the introduction of modern capabilities of software and hardware modeling, which leads to an increase in the reliability of the results obtained, facilitation and acceleration of studies due to the possibility assessment of pumping function of the heart, electrical activity of the brain and heart in the experimental using registration by sensors of electroencephalography (EEG), electrocardiography (ECG), registration of blood pressure during the experiment, which is a reliable criterion for the onset of ischemic brain damage, allows you to identify changes in the heart.

Claims

A device for creating gravitational overload in laboratory animals, containing a housing on which the engine is mounted, on the axis of which a lever with laboratory animal containers located at its ends is rigidly fixed, characterized in that it contains a microcontroller control system that is equipped with a wireless interface and a calculation program the dose of gravitational overload at each moment of time and with which the sensors of registration of electrophysiological parameters located in containers are connected ditch of laboratory animals, while the linear acceleration sensor is located on the said lever, and the balancing flywheel pulley is connected to the engine via a belt gear.