Регистрация физиологических функций у собак (Б. Брэнник) [1965 -

Испытывая новые лекарственные препараты с целью установить их фармакодинамическое действие и безопасность для человека, мы стремимся получить максимально возможное количество данных о влиянии этих препаратов на различные физиологические параметры: кровяное давление, ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ, внутреннюю температуру и температуру кожи, систолический объем сердца, частоту и глубину дыхания и т. д. Некоторую информацию дает однократное измерение одного или двух параметров, а на основании достаточного количества подобных опытов можно судить о полезности и безопасности данного-лекарственного препарата. Но если мы одновременно измерим несколько параметров, то получим не только требующуюся информацию о препарате, но и возможность оценить одновременное взаимодействие различных физиологических систем, причем эту оценку не будут искажать различия между особями. Чем ближе к норме физиологическое состояние исследуемого животного, тем больше уверенности будет у нас в справедливости наших выводов, так как будет исключена возможная связь наблюдаемых явлений с наркозом или стрессом, вызванным ограничением подвижности животного.

Весной 1961 г. мы начали готовить животных (в первую очередь собак) к непрерывному измерению нескольких физиологических переменных, не требующему наркоза или ограничения подвижности. Животные могли свободно ходить или бегать в клетке или на привязи. Подготовка животных проводилась в стерильных хирургических условиях, и измерения начинались лишь после того, как они выздоравливали.

Мы обсудим программу нашей работы по следующим разделам: 1) выбор и крепление датчиков, 2) системы для передачи информации от датчиков к записывающему устройству, 3) системы для удобной и экономичной записи, запоминания и, когда это удобно, частичной обработки большого количества поступающей информации.

Выбор и крепление датчиков

Разработка датчиков заняла у нас большую часть всего времени. В качестве электродов мы использовали проволоку из нержавеющей стали. Недостатком серебряной проволоки была малая прочность на растяжение, а многожильная танталовая проволока была слишком жесткой. Некоторые затруднения вызывала поломка стальных электродов через 5 недель (или более) после имплантации. Мы считаем, что она происходила из-за постоянного изгибания проволоки в определенных местах. Возможно, что поломке способствовало легкое вытягивание проволоки перед помещением ее (для изоляции) в пластмассовую оболочку. Вытягивание, производимое с целью выпрямления, делало металл более хрупким. В настоящее время мы не проводим выпрямления, а сплетаем вместе три провода диаметром 0,3 мм и изолируем их. Результаты показывают, что сплетенные провода надежней.

Для электрокардиографии провода фиксировали к остистому отростку III-го грудного позвонка и к грудине приблизительно в области верхушки сердца. Мы нашли, что эта система крепления позволяет нам записать достаточно подробную ЭКГ, не меняющуюся при изменении положения собаки. Последнее очень важно, так как запись должна производиться на свободно передвигающихся животных и в отсутствие наблюдателя, замечающего изменения в их положении. Обычная система проводов приводит к дополнительным изменениям в ЭКГ. По нашему мнению, подшивание проводов к надкостнице является единственным надежным способом их крепления. Мы пробовали прикреплять провода к коже, но такое крепление привлекало внимание собак и они отрывали его.

Провода для снятия ЭЭГ соединялись с электродами из нержавеющей стали, которые ввинчивались в череп и закрывались там при помощи зубного цемента. Для имплантации электродов в глубокие области мозга будет применен метод, разработанный сотрудниками нашей лаборатории Горовицем и Шоу (в ближайшее время выйдет их статья).

Запись дыхания представляла собой довольно трудную задачу. Маски или носовые термисторы нельзя было использовать из-за стремления собак сорвать их. Пневмографы, прикрепляемые к собаке ремнями на несколько дней, также оказались неудовлетворительными. В настоящее время мы исследуем метод импедансной плетизмографии. Я полагаю, что этот прибор удовлетворит нас.

Первоначально мы считали основной трудностью запись кровяного давления, но эта операция оказалась гораздо проще, чем мы думали. Мы ввели канюлю в левую общую сонную артерию, не трогая правую. Поведение животного после выздоровления не отличалось от нормального, и мы не заметили никакого изменения в его движениях и реакциях на оклики.

В настоящее время мы вводим канюлю в лопаточно-шейную артерию вместо сонной, потому что она гораздо более доступна и ее длительная закупорка не приводит к тем серьезным осложнениям, которые возможны при работе на сонной артерии.

Поливиниловую канюлю вводят таким образом, чтобы, находясь в стенке сосуда, она, однако, не омывалась кровью. На артерию накладываются шелковые швы, и затем в трубку около места прокола вводится тефлоновая сетка. Один ее конец подшивается шелком к канюле, а другой фиксируется к соединительной ткани артериальной стенки. Соединительная ткань инфильтрирует тефлоновую сетку на всем ее протяжении, что обеспечивает фиксацию канюли к артерии без какого-либо натяжения лигатуры. Это позволяет предотвратить некроз в области лигатуры, обычно наступающий в тех случаях, когда тефлоновая сетка не применяется, и приводящий к выпадению канюли через 3 недели после операции.

Канюлю наполняют гепарином (1000 ед/мл) и вставляют в нее мандрен диаметром 0,16 мм. В течение последующих 10 дней канюлю ежедневно промывают физиологическим раствором, наполняют гепарином и вводят мандрен. По истечении этого срока такая операция производится 1-2 раза в неделю. При гепаринизации животных такая "постоянная" канюля, позволяющая систематически регистрировать кровяное давление, может сохраняться сколь угодно долго.

Для записи кровяного давления мы использовали манометр Statham Р222 (фиг. 1). Размер его очень мал, вес (вместе с корпусом) равен 21 г, что весьма ценно при креплении манометра на спине собаки вместе с телеметрическим оборудованием и батареями. Манометр Р222 имеет крайне малые перемещения на полную шкалу изменения давления. Это свойство необходимо, если на протяжении длительного периода наблюдений исключается периодическое введение гепарина через канюлю. Запись импульсов давления проходила превосходно. Венозные канюли вводятся аналогичным образом, но здесь тефлоновая сетка уже не нужна. Температуру тела регистрировали при помощи термисторов.

Фиг. 1. Пластмассовый колпачок (1); пластмассовая чашечка с прикрепленными к ней артериальными и венозными канюлями, вид сверху (2); транзисторная переходная панель (3); пластмассовая чашечка с тремя проводами для снятия ЭЭГ, прикрепленными на отрезках иглы для подкожных инъекций (4); корпус манометра Р222 с соединительным элементом (5); манометр Р222 (6)

В нескольких статьях уже сообщалось об использовании имплантируемого электромагнитного зонда для измерения скорости кровотока. При использовании этого метода в сочетании с телеметрией возникает ряд интересных технических проблем.

Пучок имплантированных проводов и трубок проходит под кожей на спине собаки и выходит между лопатками. Первоначально мы выводили его просто через отверстие, проколотое в коже собаки. Однако постоянное движение проводов препятствовало заживлению кожи в месте прокола. Затем мы пропускали этот пучок через пластмассовый колпачок и пластмассовую чашечку, пришитую к коже. Швы расходились через несколько недель. Мы пробовали также прикреплять пластмассовую чашечку к пластинке из полиэтилена, введенной под кожу, но на углах полиэтиленовой пластинки кожа разъедалась. Аналогичное явление наблюдалось при введении под кожу поливиниловой губки. Воспользовавшись идеей Олмстеда^*, мы применили фланец у дна пластмассовой чашечки (фиг. 1 и 2). Фланец находился под кожей, а чашечка возвышалась над ней. Этот метод оказался очень успешным. Чашечку с фланцем изготовляли из куска плексигласа. Фланец тщательно полировали (зубным порошком), чтобы избежать разъедания кожи собаки, затем изгибали на горячей лампе для лучшей пригонки к спине животного. На чашечку прикреплялся пластмассовый колпачок.

Фиг. 2. Пластмассовый колпачок (1) и пластмассовая чашечка без канюлей и проводов, вид сбоку (2)

Обычно мы пользовались двумя пластмассовыми чашечками. В одной из них было углубление диаметром 1,25 см и глубиной 1,6 см, ко дну которого через небольшое отверстие в чашечке проходили канюли. Затем это отверстие замазывалось зубным цементом, причем полировалась поверхность цемента, обращенная к спине собаки. Через другую пластмассовую чашечку проходили прикреплявшиеся к ней провода. До недавнего времени при фиксации проводов мы пользовались отрезками иглы для подкожных инъекций и затем закрепляли их цементом в пластмассовой чашечке. Закрепление производилось с расчетом на использование в качестве соединяющего звена 7-штырьковой ламповой панели или 3-штырьковой транзисторной панели. В настоящее время мы используем соединитель Бёрнди Хайфин, закрепляемый цементом в пластмассовой чашечке. Благодаря этому мы выводим 14 проводов вместо 7; присоединение проводов занимает меньше времени и результаты получаются более надежными.

Способы передачи информации

Хотя мы считаем радиотелеметрию обязательной для длительной регистрации данных и при некоторых определенных условиях опыта, мы не нашли еще подходящей для нас многоканальной радиотелеметрической системы.

Если присутствие наблюдателя было приемлемо, то при 4-6-часовых опытах для передачи данных применялся легкий кабель, использовавшийся также в качестве привязи. Этот кабель допускал также использование электромагнитного зонда для измерения скорости кровотока. Кабель имел проволочную оплетку. Результаты его применения можно оценить как весьма успешные. С помощью этого кабеля нам удалось опробовать датчики, не ожидая радиотелеметрической системы. Надо сказать, что наша легкая и простая экспериментальная установка имеет большие преимущества перед системой радиотелеметрии, если только сам кабель не мешает проведению эксперимента. Для регистрации данных мы использовали динограф Офнер типа R. На протяжении нескольких лет непрерывной работы в наших лабораториях эти приборы показали себя универсальными и очень надежными. Предусилители и входные блоки в этих приборах работают независимо друг от друга, и их можно было использовать для других целей, а не только для записи по нескольким каналам. Запись информации от нескольких датчиков удобна при обсуждении данных эксперимента несколькими людьми. Однако при длительных наблюдениях такие записи требуют значительного количества бумаги.

Запись и хранение данных

В настоящее время мы осваиваем запись данных на магнитной ленте шириной 1,25 см с 7 дорожками. Это значительно снижает требования к хранению информации. Записанные данные всегда доступны. Кроме того, электрические сигналы имеют большое преимущество при автоматическом и одновременном анализе нескольких переменных. Мы можем также просматривать запись на многолучевом осциллоскопе при обычной или повышенной скорости протяжки и записывать на бумагу (для обсуждения) только определенную часть данных.

Сейчас мы делаем первые попытки обмена записями с нашими коллегами-физиологами. Это возможно лишь потому, что все мы пользуемся стандартной магнитной пленкой IRIG. Хотя для некоторых задач более удобна нестандартная пленка, ее применение может помешать широкому обмену идеями и методами между лабораториями. Использование нестандартной пленки может ограничить также возможности применения вычислительных машин.

Обсуждение доклада

Хаслер. Д-ру Брэннику следовало бы рассмотреть вопрос о возможности применения дикумарола в качестве антикоагулянта.

Брэнник. Если возможно, то мы предпочитаем не гепаринизировать животных. Если у гепаринизированной собаки случайно выпадет канюля или она поранит лапу в клетке, то ее положение становится угрожающим.

У нас имеется большое количество данных о действии различных препаратов на гепаринизированное животное. Это создает основу для исследования других препаратов. Можно было бы получить те же данные и в опытах, где в качестве антикоагулянта применяется дикумарол, но это просто не стоит делать. Мы используем гепарин только для наполнения канюли.

Ряд исследователей считает, что легче крепить трубочки и электроды к черепу. Сегодня утром д-р Эйди рассказал о прикреплении к черепу пробок. Этот способ используют наши нейрофизиологи при работе с кошками. Однако размещать на черепе датчики кровяного давления и другие приборы неудобно. Трубка, идущая от верхней части черепа к креплению на спине собаки, представляет большую опасность, если она соединена с крупной артерией. Если она окажется открытой, то вы потеряете опыт. Если же это произойдет ночью, то вы потеряете животное. Некоторые животные очень ценны для нас. Чем дольше мы их изучаем, тем лучше знаем их реакции и тем правильнее можем оценить влияние, которое оказывает на них тот или иной препарат. При проведении опытов мы очень бережно относимся к этим животным.

Миррием. Пригодны ли ваши методы крепления датчиков для животных, которых после операции выпускают на свободу?

Брэнник. Я не думаю. Для наших целей описанный метод вполне пригоден. Мы используем животное для опыта, а затем оно отдыхает, по крайней мере неделю. Мы не заинтересованы в том, чтобы устанавливать датчики ценой 1000 долларов и использовать их лишь 10% времени.

Шмитт. Не лучше ли помещать индуктивность и катушку под кожу животного, как это делают другие авторы, стремясь понизить опасность инфекции.

Брэнник. Все это требует усложнений в аппаратуре. Я не сомневаюсь, что можно сделать этот метод полностью надежным, если вы захотите работать над ним и тратить на него средства. Нам не приходилось сталкиваться с серьезной инфекцией. Отдельные случаи стафилококковой инфекции нам удалось успешно купировать димоциллином. Мы предпочитаем иметь для своих целей более простое, быстродействующее и дешевое оборудование.

Корсон. Были ли у вас осложнения, связанные со свертыванием крови или инфекциями?

Брэнник. На прошлой неделе нам пришлось удалять пробку у одного из животных. При этом мы иссекли лоскут кожи. Подкожные ткани, в которых проходили соединительные трубки, были в хорошем состоянии. Непосредственно под пробкой наблюдалось разрастание фиброзной ткани. Благодаря хорошему заживлению кожи по краям образовалось своего рода плотное кольцо, к которому пробка была как бы плотно пригнана. Это было у кошки, но возможно, что аналогичная картина будет наблюдаться и у обезьяны, фото которой демонстрировал д-р Эйди.

Конечно, в отдельных случаях инфекция возникает. Судя по опыту нашей лаборатории, она чаще встречается у собак, а не у кошек. Поэтому ежедневно утром и вечером необходимо производить проверку и при появлении первых признаков инфекции принимать соответствующие меры - туалет и применение антисептиков. Этого обычно вполне достаточно, и нет необходимости прибегать к антибиотикам.