Гидроканал каркищенко с искусственным течением для исследования кинезодинамики подопытных животных
Владельцы патента RU 2518096:
Каркищенко Николай Николаевич (RU)
Каркищенко Владислав Николаевич (RU)
Изобретение относится к искусственным водоемам-бассейнам, а точнее к гидроканалам с искусственным течением жидкости для обучения животных и исследования их двигательных навыков или возможностей, и может быть использовано в научных целях, в частности при исследовании поведения или кинезодинамики подопытных животных. Предложен гидроканал с искусственным течением жидкости, содержащий чашу с дном и бортами для протока жидкости, примыкающие к торцам чаши водосборники, соединенные трубопроводами с циркуляционным насосом с регулируемой скоростью подачи жидкости, оборудованный домиком-приманкой, расположенным у торца подачи потока жидкости, один из бортов снабжен градуировочной шкалой и оптическими датчиками перемещения, система прокачивания жидкости снабжена теплообменником с возможностью нагрева или охлаждения прокачиваемой жидкости, гидроканал снабжен видеокамерой сопровождения, домик-приманка снабжен емкостным датчиком, соединенным с системой отключения прокачки жидкости, и чаша в поперечном сечении может быть выполнена прямоугольной или в виде равнобокой трапеции. Заявляемый гидроканал позволяет исследовать кинезодинамические характеристики подопытных животных. 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.
Изобретение относится к искусственным водоемам-бассейнам, а точнее к гидроканалам с искусственным течением жидкости для обучения животных и исследования их двигательных навыков или возможностей, и может быть использовано в научных целях, в частности при исследовании кинезодинамики подопытных животных.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по своим конструктивным особенностям является бассейн с искусственным течением, содержащий чашу с дном и бортами для протока жидкости, соединенные с ней трубопроводы и циркуляционный насос с возможностью регулирования скорости подачи жидкости, вместе образующие замкнутый контур [1].
Основным недостатком указанного технического решения являются громоздкость конструкции, а также высокая инерционность или отсутствие возможности регулирования или изменения параметров системы, например температуры потока воды, давления надпотоковой атмосферы и, кроме того, узкий профиль функциональных возможностей.
Техническим результатом заявляемого изобретения является получение корректных и объективных данных о поведении и, в частности, кинезодинамике подопытных животных за счет оборудования гидроканала средствами регулирования параметров текучей среды (воды и воздуха), в частности температуры и давления, а также измерения, контроля и слежения за перемещением находящегося в гидроканале объекта (подопытного животного).
Поставленный технический результат достигается тем, что гидроканал с искусственным течением, содержащий чашу с дном и бортами для протока жидкости, соединенные с ней трубопроводы и циркуляционный насос с возможностью регулирования скорости подачи жидкости, дополнительно содержит примыкающие к торцам чаши водосборники, домик-приманку, расположенный у торца входа потока жидкости, один из бортов в верхней части снабжен градуировочной шкалой и датчиками перемещения и трубопроводы снабжены теплообменником с возможностью нагрева или охлаждения прокачиваемой жидкости. Кроме того, гидроканал может быть снабжен следящей видеокамерой сопровождения, домик-приманка снабжен емкостным датчиком, соединенным с системой отключения прокачки жидкости, и чаша в поперечном сечении выполнена прямоугольной или в виде равнобокой трапеции основанием вниз. Кроме того, гидроканал может быть выполнен закрытым - без непосредственного контакта его воздушной среды с открытой атмосферой.
Выбор гидроканала как инструмента исследования кинезодинамики, в частности поведения и выносливости подопытных животных, особенно под воздействием различных препаратов при плавании объясняется тем, что наиболее энергозатратной, по мнению авторов, работой организма является именно плавание, поскольку при этом расходуются как мышечная энергия, так и энергия на поддержание температуры тела (это, естественно, относится к теплокровным животным).
Собственно для целей исследования поведения и кинезодинамики подопытных животных в процессе плавания равномерность течения потока не так существенна, как существенна его ламинарность. Ламинарность потока обеспечивают водосборники, примыкающие к торцам чаши гидроканала. В стенках водосборников, общих с чашей, выполнены отверстия для прохода жидкости, которые и обеспечивают ламинарное протекание (как подачу, так и отток жидкости). Кроме того, в данном случае существенной является возможность быстрого перенастраивания системы и, в частности, по скорости протекания жидкости, и по температуре.
Понятно и объяснимо, что в процессе плавания человек сознательно выбирает направление и конечную цель плавания. У подопытного животного, насильственно помещенного в воду, нет иной мотивации к плаванию кроме инстинкта самосохранения, и направление плавания и цель его у такого животного одна - по кратчайшему пути к ближайшему “берегу”, т.е. стенке водоема (бассейна). При этом животное может цепляться за стенки гидроканала (или за дно при недостаточно большой глубине) и тем самым будет теряться чистота эксперимента. Поэтому для чистоты эксперимента гидроканал выполняют достаточной глубины, а профиль поперечного сечения выполняют прямоугольным или в виде равнобокой трапеции основанием вниз.
"Правильное" направление движения у подопытных животных вырабатывают тем, что в конце маршрута в гидроканале (в нашем случае у торца подачи потока жидкости в чашу) помещают условно называемый домик-приманку. Это может быть плавучее устройство типа спасательного плотика, которое можно в процессе тренировки (или обучения) передвигать все ближе к концу маршрута, или же устройство, имитирующее норку, например типа скворечника, и др. схожие по функциональным признакам устройства или приспособления.
Установленные на борту гидроканала градуировочная шкала и датчики перемещения, а также видеокамера сопровождения обеспечивают корректную регистрацию кинезодинамики и, в частности, скорости перемещения и продолжительности плавания (что регулируется, в частности, изменением скорости потока жидкости) подопытного животного.
Разумеется, в целом вся система со всеми узлами управления, регулирования и регистрации скоммутирована с компьютером и снабжена соответствующим программным обеспечением.
В качестве чаши гидроканала может быть использован сосуд в виде параллелепипеда соответственно прямоугольной формы в поперечном сечении или же в виде равнобокой трапеции, причем выполненный из, например, прозрачного пластика (полистирол, поликарбонат и т.п.). То же самое касается и водосборников.
В качестве гидронасоса с регулируемой скоростью прокачки жидкости могут быть использованы например Grundfos UP, UPS; Wilo-Star-RSG, DAB и др.
В качестве датчиков перемещения могут быть использованы, например, датчики типа СТЕ, СТР, DLH-A и др.
В качестве видеокамеры сопровождения могут быть использованы, например, интеллектуальные видеокамеры FineDome или StilSoft.
В качестве емкостных датчиков отключения системы прокачки жидкости могут быть использованы, например, датчики типа Proximity Sensor.
На Фиг.1 представлена общая схема заявляемого гидроканала.
На Фиг.2 и 3 представлены варианты выполнения чаши гидроканала в поперечном сечении.
На Фиг.4 представлена схема, поясняющая работу заявляемого гидроканала. На данной схеме дополнительно представлено условное обозначение подопытного животного 22 в исходной для принудительного плавания позиции и 23 - ожидаемое в домике-приманке 14 в конце сеанса плавания.
Заявляемый гидроканал представляет собой (см. Фиг.1) чашу 1 с торцевыми и боковыми стенками 2 и 3 и 4 и 5 соответственно; к чаше 1 примыкают сообщающиеся с атмосферой водосборники 6 и 7, в общих с чашей 1 торцевых стенках 2 и 3 которых выполнены соответственно входные и сливные отверстия 8 и 9. Водосборники 6 и 7 соединены трубопроводами 10 и 11 с циркуляционным насосом 12, снабженным регулятором скорости вращения 13. На внутренней стенке торца 3 чаши 1 помещен домик-приманка 14, в котором закреплен емкостной датчик 15 отключения системы прокачки жидкости. На борту 4 чаши 1 размещена калибровочная шкала 16 с датчиками перемещения 17. Противоположный борт 5 чаши 1 снабжен видеокамерой сопровождения 18. В чаше 1 также размещен датчик температуры 19, а на трубопроводе 11 размещена система 23 подогрева или охлаждения прокачиваемой жидкости 20. Все датчики и вспомогательные системы и приспособления соединены с компьютером 21. Работает заявляемый гидроканал следующим образом.
Включают циркуляционный насос 12 и узел подогрева или охлаждения 20 прокачиваемой жидкости (вода). Стабилизируют всю систему по скорости ламинарного потока воды и заданной температуре. Далее помещают подопытное животное (крыса, см. Фиг.4, поз. 22) в чашу 1 гидроканала у торца 2 и одновременно отслеживают скорость движения указанного подопытного животного по направлению к домику-приманке 14 фиксированием времени перемещения вдоль калибровочной шкалы по срабатыванию датчиков перемещения, а также при необходимости отслеживают и фиксируют перемещение подопытного животного видеокамерой сопровождения 18. Когда подопытное животное достигает домика-приманки 14 (см. поз.23 Фиг.4), срабатывает датчик 15 и прокачка воды прекращается. Подопытное животное извлекают из домика-приманки. Возможен также вариант, при котором датчик 15 отключают и эксперимент по исследованию кинезодинамических характеристик подопытных животных ведут в непрерывном режиме.
Следует отметить, что заявляемое изобретение позволяет получить через определение кинезодинамических характеристик исчерпывающую информацию о действии на подопытных животных различных препаратов, лекарственных средств, биостимуляторов, пищевых добавок и т.п. веществ.
Еще одним преимуществом и отличительным признаком заявляемого гидроканала является обеспечение возможности исследования поведения и кинезодинамики подопытных животных в условиях гипоксии регулированием давления воздуха в системе. В этом случае, естественно, гидроканал выполняется закрытым, не сообщающимся с открытой атмосферой. Больше того, в этом случае обеспечивается возможность изменять состав воздуха в гидроканале.
Пример 1
Для исследования кинезодинамических характеристик подопытных животных (беспородные лабораторные крысы) используют заявляемый гидроканал (физические размеры чаши гидроканала в виде параллелепипеда - прямоугольная форма в поперечном сечении - составляют 2,0×0,4×0,4 м) (см. Фиг.1). Параметры эксперимента - скорость ламинарного потока воды в чаше 5 м/мин, температура воды +24°С.
Формируют 3 группы лабораторных крыс (по 20 голов, обоих полов). Первоначально всем группам подопытных животных скармливают обычное питание. Через 40 минут после кормления - обучение целенаправленному плаванию (движение к домику-приманке) в гидроканале. Регистрируют основной показатель - продолжительность плавания. После 6-ти дней обучения первой группе лабораторных крыс вместе с питанием скармливают по 0,5 мг/кг промазина, второй группе скармливают по 0,4 мг сиднокарба, третья группа - контрольная. Через 5 минут подготовленных таким образом подопытных животных «принуждают» плавать в гидроканале при вышеуказанных условиях. Результаты испытаний приведены в Таблице 1.
| Таблица 1 | ||||
| Средство | плавание (сек) | Пройдена дистанция (м) | плавание (сек) (повтор опыта через 10 мин) | Пройдена дистанция (м) |
| Прома- зин |
150±5 | 15,0 | 155±5 | 15,0 |
| Сидно- карб |
50±10 | 15,5 | 55±10 | 15,5 |
| Конт- роль |
105±5 | 15,0 | 100±5 | 15,0 |
Пример 2 (сравнительный)
Испытание кинезодинамики подопытных крыс проводят на тредбане∗ -10 мин при угле наклона ленты беговой дорожки 20° и ее скорости 23 м/мин. Формируют 3 группы лабораторных крыс (по 20 голов, обоих полов). Подготовку к бегу на тредбане ведут, как в Примере 1 - предварительно подопытных животных тренируют - обучают бегу по тредбану. Испытывают воздействие тех же препаратов и в тех же концентрациях. После кормления и, соответственно, скармливания промазина и сиднокарба - бег при скорости ленты 23 м/мин и при наклоне ленты 20°. Напряжение на сетке полотна тредбана - 40 В. Основной показатель - суммарное время контакта крысы с электроплощадкой (продолжительность бега). Выносливость крыс при беге на тредбане представлена в Таблице 2.
| Таблица 2 | ||||
| Средство | бег (сек) | Примечание | бег (сек) (повтор опыта через 10 мин) | Примечание |
| Промазин | 54±5 | отказ 2 особи | 50±3 | отказ 3 особи |
| Сидно- карб |
123±10 | отказ 3 особи | 115±5 | отказ 4 особи |
| Контроль | 80±5 | - | 87±4 | отказ 1 особь |
* - Устройство, работающее по принципу беговой дорожки, предназначенное для медико-биологических исследований, оценки физической работоспособности животных (и человека).
Из сопоставления данных Примера 1 и Примера 2 становится очевидным преимущество заявляемого устройства при проведении медико-биологических исследований.
Таким образом, как видно из приведенного описания конструкции, работы устройства и приведенных примеров конкретного применения, заявляемый гидроканал обеспечивает возможность получения корректных и объективных данных о поведении и, в частности, кинезодинамике подопытных животных.
Источники информации
1. З-ка Японии 2002161845. E04H 1/00, 2002 - прототип.
1. Гидроканал с искусственным течением для исследования кинезодинамики подопытных животных, содержащий чашу с дном и бортами для протока жидкости, соединенные с ней трубопроводы и циркуляционный насос с возможностью регулирования скорости подачи жидкости, характеризующийся тем, что он дополнительно содержит примыкающие к торцам чаши водосборники, домик-приманку, расположенный у торца подачи потока жидкости, один из бортов верхней части снабжен градуировочной шкалой и датчиками перемещения, а противоположный борт снабжен следящей видеокамерой сопровождения и трубопроводы снабжены теплообменником с возможностью нагрева или охлаждения прокачиваемой жидкости.
2. Гидроканал по п.1, характеризующийся тем, что чаша снабжена герметичной крышкой.
3. Гидроканал по п.1, характеризующийся тем, что чаша в поперечном сечении выполнена в виде равнобокой трапеции основанием вниз.
4. Гидроканал по п.1, характеризующийся тем, что домик-приманка снабжен емкостным датчиком, соединенным с системой отключения прокачки жидкости.
