CC BY
19
БИОТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ СТИМУЛЯЦИИ ГЕМОПОЭЗА ПРИ СНИЖЕННОМ КОЛИЧЕСТВЕ КЛЕТОК КРОВИ И ВОЗРАСТНЫХ ИЗМЕНЕНИЯХ ОБЪЕМА КРАСНОГО КОСТНОГО МОЗГА
© Белик Д.В.*, Шумейко А.В., Емцев А.С.*, Хвостов М.В.*
Научно-исследовательский институт медицинской инженерии Новосибирского государственного технического университета, г. Новосибирск
Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН, г. Новосибирск
Техническая система для стимулирования кроветворения в том числе при анемии, лейкопении, тромбоцитопении, позволяет усилить кроветворные функции организма за счет воздействия магнитным полем определенных параметров на структуры красного костного мозга объекта исследования.
Ключевые слова: магнитоэлектрическое воздействие, стимулирование кроветворения, гемопоэз, анемия, тромбоцитопения, лейкопения, возрастные изменения объемов красного костного мозга
Введение
Проблема стимуляции клеток крови в организме человека при различных симптомах нарушения кроветворной функции, таких как анемия, лейкопения тромбоцитопения и др., в том числе при возрастных изменениях объемов красного мозга и роста желтого мозга имеет большое значение.
В настоящее время проблема лечения состояния нарушения гемопоэза в клинической практике решается с помощью лекарственных препаратов, что при определенных заболевания противопоказано.
Постановка задачи
Красный костный мозг является основным органом кроветворения и вырабатывает из стволовых клеток гранулоциты, эритроциты, тромбоциты, лейкоциты и другие клетки.
Клетки крови сохраняют жизнеспособность в организме человека в отрезке времени от 30 до 120 дней, а в критические моменты, при болезнях, травмах от 3 до 30 дней.
* Доктор технических наук.
* Аспирант кафедры Систем сбора и обработки данных НГТУ.
" Научный сотрудник лаборатории фармакологических исследований НИОХ СО РАН, кандидат биологических наук.
Целью работы является создание биотехнической системы для магнитоэлектрического воздействия на красный костный мозг человека, с целью стимуляции стволовых клеток, а так же их производных - лейкоцитов, лимфоцитов, эритроцитов, тромбоцитов и других клеток. В данной работе использует подход, описанный в труде [1], с изменением параметров воздействия магнитным полем (МП), для определения частоты и модуляции. В работе, для воздействия МП при экспериментах на крысах, была выбрана тазовая область как наиболее массированное скопление красного костного мозга.
Теория
В трудах [1, 2, 3, 4] обосновываются возможные варианты воздействия на сегменты организма МП малых уровней энергии МП. Реакция организма человека на возмущения порядка единиц мТл и менее выражается в изменении скорости кроветворных функций организма.
Предлагается воздействовать МП различными модулированными частотами с предположением параметрического резонанса на ретикулярную соединительную ткань, выделяющую ростовые факторы, а так же на адвенти-циальные клетки, сопровождающие кровеносные сосуды. Данные клетки покрывают более 50 % наружной поверхности синусоидных капилляров, которые под влиянием различных факторов способны сокращаться, что способствует миграции клеток в кровотоке.
Реализация
Была разработана магнитоэлектрическая система для стимуляции кроветворения, которая позволяет за счет модулированных переменных магнитных полей низкой частоты активизировать выработку клеток крови в красном костном мозге.
Для наиболее глубокого проникновения в структуры костного мозга и влияния на процесс гемопоэза использовалась несущая частота порядка десятков кГц. Для поиска оптимального варианта воздействия и осуществления эффекта на процесс гемопоэза было принято использовать дополнительную модуляцию по амплитуде частотами от 10 Гц до 2 кГц.
На первом этапе были проведены эксперименты на крысах. Для проведения эксперимента осуществлялись заборы крови у опытной группы животных ежедневно, одновременно проводились заборы крови у контрольной группы. Опытная и контрольная группы содержались в равных условиях -т.е. без питания в отдельных клетках с воздействием поля для опытной группы и соответственно без воздействия у контрольной.
Для поиска оптимального варианта воздействия были выбраны значения несущей частоты порядка 10 кГц, модулирующие частоты порядка 1 кГц, 10 Гц, период нарастания сигнала нижней модулирующей частоты порядка 1-12 часов, использовать сигнал формы модуля синуса (рис. 2).
Рис. 1. Функциональная схема системы
Рис. 2. Форма сигнала для проведения эксперимента Результаты экспериментов
В течении 5 месяцев проводилась серия экспериментов на интактных животных. Так как особи мужского пола имеют более стабильный гормональный фон, опытная и контрольная группа состояли из 4 самцов (всего 8 животных).
Длительность периода воздействия составляла по 4 часа в день на каждый объект исследования, всего исследование продолжалось 2 недели. При проведении экспериментов использовались следующие частоты: несущая 20 кГц, модулирующие частоты 1 кГц и 20 Гц.
Контрольные животные во время проведения излучения, содержались в пустых клетках, без воздействия МП. На рис. (3,4,5,6,7) показаны результаты проведения экспериментов в виде графиков, на которых приведены усредненные значения.
■1
»
ii 14 ъ s ) 1 I к н il d н Дм:11
-■-WIM' Kitrtpo PI. ..............IT
Рис. 3. График изменения лейкоцитов в крови
L4
Lt
1 1 I I S 6 7 I 5 Ii 11 II |J и
,Ipil
Kompu/iir -*■* Ijmjih ihitu
Рис. 4. График изменения лимфоцитов в крови
1 : 1 * i » t t j ](■ ii ti ü
.Um
Knqw» Опт
Рис. 5. График изменения гранулоцитов в крови
1 1 I А 4 V 7 I I 1Р 11 Ц II и Дни
нш' lOniirMi.ii, " ■" ЕВС От."
Рис. 6. График изменения эритроцитов в крови
нм
Дни
liiiiiigHi.Hi .....РЬТ 1
Рис. 7. График изменения тромбоцитов в крови Обсуждение результатов
Исходя из результатов исследования можно сделать вывод, что воздействуя магнитным полем на структуры красного костного мозга, возбуждается кроветворный механизм, что приводит к дополнительному выбросу клеток крови в периферическую кровь. После роста количества клеток крови, согласно графикам, наступает релаксация системы, которая может сопровождаться небольшим спадом, однако при перестройке частоты воздействия стимуляция кроветворных функций возобновляется.
В дальнейших экспериментах планируется использовать девиации частоты для того, чтобы нивелировать влияние фактора привыкания организма к постоянному воздействию определенных частот МП.
Выводы и заключение
Созданная магнитоэлектрическая система для стимуляции кроветворения позволяет проводить научные исследования в этой области и имеет пер-
спективы ее дальнейшего применения на крысах, для получения статистических данных о результатах воздействия на различных частотах, а так же в дальнейших экспериментах на собаках и человеческом организме.
Разработанная конструкция системы для стимуляции кроветворения может найти практическое применение для лечения состояний анемии, а так же для компенсации возрастных изменений организма животного и человека.
Список литературы:
1. Патент №2096048 от 20.11.1997 Авторы: Счастный С.А.; Семикин Г.И.; Щукин С.И. Способ стимуляции костномозгового кроветворения.
2. Бычков А.И, Ефанов О.И. Влияние вращающегося магнитного поля на рост и развитие остеогенных стромальных клеток предшественников костного мозга в эксперименте на первичной и пассированной культуре тканей in vitro // Стоматологический журнал. - 1 марта 2005. - С. 61.
3. Миляев В.А., Бинги В.Н. О физической природе магнитобиологиче-ских эффектов // Квантовая электроника. - 2006. - 36, № 8.
4. Ulrik L Rahbek, Katerina Tritsaris, Steen Dissing Interactions of Low-Frequency, Pulsed Electromagnetic Fields with Living Tissue: Biochemical Responses and Clinical Results // Oral Biosciences & Medicine. - 2005. - V 2, N 1.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ДВИЖЕНИЯ ПРИВОДОВ НОГИ РОБОТА С ИНСЕКТОМОРФНЫМ ДВИЖИТЕЛЕМ1
© Гаврилов А.Е.*
Волгоградский государственный технический университет, г. Волгоград
В работе рассматривается экспериментальная установка ноги инсек-томорфного движителя представляющая собой разомкнутую кинематическую цепь, состоящую из нескольких базисных звеньев соединенных между собой шарнирами с разным числом степеней подвижности и одного свободного концевого звена. За счет использования шарниров появляется возможность выбора мест постановки опорных стоек в пределах зоны достижимости каждого механизма ноги. Что расширяет адаптационные возможности мобильных робототехнических систем построенных на базе инсектоморфного шагающего движителя.
Ключевые слова шагающий движитель, инсектоморфный движитель, синтез законов движения, открытая кинематическая цепь, привод перемещения.
1 Работа выполнена при поддержке РФФИ проект № 15-08-04166 а, №14-01-31376 мол_а, № 1541-02578 р_поволжье_а.
* Доцент кафедры Теоретической механики.
