Научный сотрудник лаборатории токсикологии, ФГБНУ «НИИ МТ».
e-mail: artmakf@yandex.ru
For correspondence: Arthur F. Makarov, research associate of toxicology laboratory at the Izmerov Research Institute of Occupational Health. E-mail: artmakf@yandex.ru
Динамические перегрузки являются экстремальным фактором рабочего процесса для ряда профессий. Важным негативным последствием динамических перегрузок является нарушение адекватного функционирования центральной нервной системы, возникающее вследствие кислородного голодания тканей из-за гемодинамических нарушений. Известные способы защиты от перегрузок направлены на увеличение максимального значения краткосрочной переносимой перегрузки, но не безопасной её продолжительности. В ряде работ для увеличения максимального значения переносимой перегрузки лабораторных животных переводили в состояние искусственного гипобиоза, отмечено снижение летальности при увеличении перегрузки. Но вопросы о проявлениях нарушений центральной нервной системы и времени восстановления после обнаруженных нарушений, а также изменении безопасной продолжительности динамических перегрузок остаются без ответа.
Цель исследования — оценить изменение безопасной продолжительности динамических перегрузок при использовании искусственного гипобиоза.
В исследовании использовались сирийские хомяки самцы, массой 95,5±0,5 г (M±m). Животные разделены на группы — опытная и контрольная. Для индукции искусственного гипобиоза животным опытной группы осуществляли внутримышечные инъекции суспензии препарата α-метилдопа. Контрольная группа получала инъекции 0,9% NaCl. Моделирование динамических перегрузок проводили с использованием центрифуги (r=0,62 м). Животные обеих групп были в сознании, активный вектор перегрузки — голова-таз. В течение 10 секунд (с) осуществляли увеличение скорости вращения центрифуги до заданного расчётного значения величины перегрузки, G: 30 (угловая скорость (ω) = 21,79 рад/с), 40 (ω=25,16 рад/с) или 70 (ω=33,28 рад/с). Экспозиция при заданной величине перегрузки в течение установленного времени, с: 20, 50, 80, 110 или 140. После полной остановки в течение 10 с оценивали общее состояние животных, наличие травм, кровоизлияний, наличие дыхательных движений, сердечных сокращений. Проводили наблюдение за выжившими животными, оценивали наличие сознания, определяли нарушение координации по следующим критериям: положение животного, наличие продуктивного движения, шаткость походки, движение по окружности, запрокидывание на бок; определяли время восстановления координации. Животных наблюдали в течение последующих суток для оценки суточной выживаемости. Погибшим животным проводили некропсию.
Выживаемость в контрольной группе: 30 G: 80 с — 5/6; 40 G: 20 с — 6/6, 50 с — 6/6, 80 с — 3/6; 70 G: 20 с — 6/6, 50 с — 4/6, 80 с — 0/10. Выживаемость в опытной группе: 70 G: 50 с — 6/6, 80 с — 10/10, 110 с — 10/10, 140 с — 2/6.
После перегрузки 70 G 50 с у животных опытной группы нарушения координации слабо выражены, время восстановления координации 1,8±0,3 с, у животных контрольной группы нарушения оценивались как значительные, время восстановления — 4,5±0,3 с, что в 2,5 раза (p<0,01) больше.
На следующие сутки у 3 животных контрольной группы 40 G 80 с сохранялся тремор. У остальных животных всех групп каких-либо нарушений координации или особенностей не обнаружено.
Ни у одного животного не наблюдалось внешних повреждений. При некропсии повреждений органов или скелета не обнаружено. По результатам гистологического исследования нарушения целостности тканей не выявлено.
Доказано увеличение в 5,5 раза времени безопасного пребывания животных в состоянии искусственного гипобиоза при динамических перегрузках. Отмечено снижение времени восстановления координации у животных в состоянии искусственного гипобиоза в 2,5 раза.
Этика. Исследования с участием лабораторных животных проходили с соблюдением необходимых нормативных актов (Хельсинкской декларации 2000 г. о гуманном отношении к животным и «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приказ Минздрава СССР № 755 от 12.08.1977 г.)). Протокол исследования был одобрен этическим комитетом ФГБНУ «Научно-исследовательский институт медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова».
Участие авторов:Макаров А.Ф. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка данных, написание текста;Ткачук Ю.В. — сбор и обработка данных;Шишков А.Ю. — разработка и обеспечение работы экспериментального стенда;Тоньшин А.А. — редактирование.
Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Дата поступления: 11.05.2023 / Дата принятия к печати: 01.06.2023 / Дата публикации: 12.06.2023
Dynamic gravitational acceleration, known as a G-force, is an extreme factor for some professions. G-force negative impact realizes in central nervous system adequate functioning disturbance, resulting from oxygen starvation of tissues due to hemodynamic disorders. Known methods of G-force protection are aimed at increasing the maximum short-term G-force value, but not its total safe duration. In a number of studies, in order to increase the maximum value of the tolerated overload, we introduced laboratory animals into a state of artificial hypobiosis. The authors noted a decrease in mortality with an increase in the maximum value of the overload force. There were no data on manifestations of disorders of the central nervous system and recovery time, as well as changes in the safe duration of overload.
The study aims to assess the change in the safe G-force duration while artificial hypobiosis.
Scientists have used Syrian male hamsters weighing 95.5=0.5 g (M=m) in the study. We have divided the animals into groups — experimental and control.
To induce artificial hypobiosis, the researchers administered intramuscular injections of a suspension of α-methyldopa to animals of the experimental group. The control group received of 0.9% NaCl. We have carried out dynamic gravitational acceleration modeling using a centrifuge (r=0.62 m). The animals of both groups were conscious, with positive G-forces pointing downward (head-pelvis).
Within 10 seconds (s), the centrifuge rotation speed was increased till the chosen G-force value, G: 30 (angular velocity (ω)=21.79 rad/s), 40 (ω=25.16 rad/s) or 70 (ω=33.28 rad/s). G-force exposure set time, s: 20, 50, 80, 110 or 140. After a complete stop for 10 seconds, the general condition of the animals, injuries, hemorrhages, breathing, heart contractions were assessed. We monitored the surviving animals, assessed consciousness, determined coordination disorders in accordance with the following criteria: animal posture, productive movement, unstable gait, circular motion, reclining on the side. The time of restoration of coordination was also determined. The researchers have observed the animals during the following days to assess the daily survival rate. Necropsy was performed on all non-surviving animals.
Survival in the control group: 30 G: 80 s — 5/6; 40 G: 20 s — 6/6, 50 s — 6/6, 80 s — 3/6; 70 G: 20 s — 6/6, 50 s — 4/6, 80 s — 0/10. Survival in the experimental group: 70 G: 50 s — 6/6, 80 s — 10/10, 110 s — 10/10, 140 s — 2/6.
After acceleration of 70 G 50 s in animals of the experimental group, coordination disorders were weakly expressed, the coordination recovery time was 1.8±0.3 s, in animals of the control group, violations were assessed as significant, the recovery time was 4.5±0.3 s, which is 2.5 times (p<0.01) more.
On the following day, tremor persisted in 3 animals of the control group 40 G 80 c. In the remaining animals of all groups, no coordination disorders or peculiarities were detected.
We did not find any external injuries in any animal. Also, the scientists did not reveal a violation of the integrity of tissues according to the results of histological examination.
The authors have proved a 5.5-fold increase in the time of safe stay of animals in a state of artificial hypobiosis during dynamic overloads. There was a 2.5-fold decrease in the coordination recovery time in animals in a state of artificial hypobiosis.
Ethics. Studies involving laboratory animals were conducted in compliance with the necessary regulations (the Helsinki Declaration of 2000 on Humane Treatment of Animals and the "Rules for carrying out work using experimental animals" (Order of the Ministry of Health of the USSR No. 755 of 12.08.1977)). The Ethics Committee of Izmerov Research Institute of Occupational Health approved the protocol of the study.
Contribution:Makarov A.F. — research concept and design, data collection and processing, writing the text;Tkachuk Yu.V. — data collection and processing;Shishkov A.Yu. — development and maintenance of the experimental stand;Tonshin A.A. — editing.
Funding. The study had no funding.
Conflict of interests. The authors declare no conflict of interests.
Received: 11.05.2023 / Accepted: 01.06.2023 / Published: 12.06.2023
The authors declare that there are no conflicts of interest present.