Биологическое действие импульсного тока электрошоковых устройств
Автор: Фомина Т.В., Лукьянова С.Н., Веселовский И.А.
Журнал: Саратовский научно-медицинский журнал @ssmj
Рубрика: Патологическая физиология
Статья в выпуске: 4 т.17, 2021 года.
Бесплатный доступ
Цель: оценить в экспериментах на кроликах биоэффекты двух образцов электрошоковых устройств (ЭШУ) с новыми, ранее не изученными, параметрами электрического тока. Материал и методы. Исследования проведены на 70 здоровых половозрелых кроликах весом 2,5-3 кг (60 - эксперимент, 10 - контроль). Эксперимент включал 6 серий с различными точками приложения электродов и условиями нахождения животных. Изучали функциональное состояние центральной нервной, сердечно-сосудистой, дыхательной систем, двигательные проявления и состояние кожных покровов. Продолжительность воздействия 3 секунды с последующим наблюдением в течение первого часа и последующих двух недель. Результаты. В момент воздействия у всех животных возникали тонико-клонические судороги. При прикреплении электродов на заднюю поверхность шеи эти судороги переходили в тонические: у фиксированных животных - длительностью 19,5±4,2 сек (образец 1) и 20,2±2,9 сек (образец 2), в свободном поведении - 21,9±4,5 сек (образец 1) и 27,6±8,3 сек (образец 2). При аппликации электродов на область грудной клетки после воздействия возникало психомоторное возбуждение длительностью 12,6±3,7 сек (образец 1) и 13,3±7,7 сек (образец 2). Судороги сопровождались изменениями со стороны дыхательной и сердечно-сосудистой систем. Все проявления были кратковременными и больше не проявлялись при последующем наблюдении. Заключение. Образцы ЭШУ вызывали кратковременные и обратимые клинико-физиологические изменения, которые сводились к судорожным проявлениям, нарушению функции дыхания, системы кровообращения, нервно-мышечным проявлениям.
Медико-биологические исследования, электрический ток, электрошоковые устройства
Короткий адрес: https://sciup.org/149140132
IDR: 149140132 | УДК: 57.084.1+612.014.424
Biological effect of pulsed current of electros hock devices
Purpose: to evaluate the bioeffects of two samples of electroshock devices (ESHU) with new, previously unexplored, electric current parameters in experiments on rabbits. Material and methods. The studies were carried out on 70 healthy rabbits weighing 2.5-3 kg (60 - experiment, 10 - control). The experiment included 6 series with different points of application of the electrodes and conditions for finding the animals. We studied the functional state of the central nervous, cardiovascular, respiratory systems, motor manifestations, and the state of the skin. The duration of exposure is 3 seconds, followed by observation during the first hour and the next 2 weeks. Results. It was found that at the time of exposure, all animals developed tonic-clonic seizures. When the electrodes were attached to the back of the neck, these convulsions turned into tonic: in fixed animals lasting 19.5±4.2 sec (sample № 1) and 20.2±2.9 sec (sample №2), in free behavior 21.9±4.5 sec (sample № 1) and 27.6±8.3 sec (sample №2). When the electrodes were applied to the chest area after exposure, psychomotor agitation arose, lasting 12.6±3.7 sec (sample №1) and 13.3±7.7 sec (sample №2). Convulsions were accompanied by changes in the respiratory and cardiovascular systems. All manifestations were transient and no longer manifested at follow-up. Conclusion. The new studied samples of ESHU caused short-term and reversible clinical and physiological changes, which were reduced to convulsive manifestations, impaired respiratory function, circulatory system, neuromuscular manifestations.
Текст научной статьи Биологическое действие импульсного тока электрошоковых устройств
1Введение. Воспалительные заболевания тканей пародонтального комплекса являются одними из самых распространенных в стоматологической практике. В связи с отсутствием ярко выраженной симптоматики на ранних стадиях пародонтита обращение больных за квалифицированной медицинской помощью происходит несвоевременно, что может привести к дальнейшему прогрессированию патологического процесса, а именно разрушению структуры костной ткани челюстей, утрате большого количества зубов и, как следствие, нарушению функций зубочелюстного аппарата. Данные литературных источников свидетельствуют о том, что одним из ведущих механизмов патогенеза пародонтита, сопровождающим все стадии данного заболевания, являются нарушения, возникающие в сосудах микроциркуляторного русла [1]. Эндотелий является важным составляющим сосудистой стенки, регулирующим ее функции и взаимодействие с циркулирующими клетками крови. Для поддержания сосудистого гомеостаза необходима функциональная и анатомическая целостность эндотелия, при воздействии на сосудистую стенку неблагоприятных факторов возникает ситуация дисбаланса между вазоактивными компонентами, вырабатываемыми эндотелием — эндотелиальная дисфункция. Воспалительный процесс играет ключевую роль в развитии эндотелиальной дисфункции, способствуя активации эндотелия, адгезии лейкоцитов, увеличению выработки активных форм кислорода, что создает порочный круг, при котором вырабатывается еще больше воспалительных молекул.
Цель — оценить динамику маркеров эндотелиальной дисфункции в крови у белых крыс с экспериментальным пародонтитом на 3-й и 5-й неделях.
Материал и методы. Опыты проведены на 60 белых крысах-самцах массой 200–250 г, разделенных на следующие группы: контрольную, в которую вошли 20 интактных крыс, и две группы сравнения: первая — 20 животных с экспериментальным пародонтитом (3 недели); вторая — 20 животных с лигатурной моделью пародонтита (5 недель). Животных содержали в стандартных условиях вивария при естественном освещении, свободном доступе к воде и пище. Все экспериментальные работы проводились в соответствии с положениями Европейской конвенции по защите позвоночных животных, требованиям национального руководства по содержанию и уходу за лабораторными животными и одобрены этическим комитетом Саратовского ГМУ имени В. И. Разумовского (протокол № 1 от 07.09.2021).
В экспериментальной работе для создания модели пародонтита была использована модификация лигатурного метода A. Ionel с соавт., позволяющая моделировать воспалительное заболевание пародонта в области резцов нижней челюсти, которая является доступной для проведения диагностических и лечебных манипуляций [2]. Для достижения наркоза за 10 мин до начала эксперимента животных анестезировали путем внутримышечного введения Те-лазола (Zoetis Inc., Испания) из расчета 0,1 мл × кг –1 и Ксиланита (ООО «Нита-Фарм», Россия) в дозе 1 мг × кг –1 веса животного. Далее проводилось вшивание полифиламентной нерассасывающей-ся нити в десну в области резцов нижней челюсти. На 14-е сутки после вшивания лигатура удалялась.
Для биохимических исследований у животных 1-й и 2-й сравнительной групп под наркозом проводился забор крови путем пункции правых отделов сердца на 3-й и 5-й неделях соответственно.
Альтерацию эндотелия оценивали по концентрации в сыворотке крови эндотелина-1, васкулоэндо-телиального фактора роста (VEGF), асимметричного диметиларгинина (АДМА), sE-селектина, синде-кана-1. Концентрации эндотелина-1, синдекана-1, sE-селектина определяли методом иммунофермент-ного анализа (ИФА) с использованием наборов реагентов «Cloud-Clone Corp» (США), концентрацию АДМА и VEGF определяли с использованием наборов реагентов «Immundiagnostik AG» (Германия) и «VEGF Rat» (RnD Systems, США) на иммунофер-ментном планшетном анализаторе StatFax 4200 (Awareness Technology, США).
Статистическую обработку полученных экспериментальных данных производили с помощью программы «Statistica 10» (StatSoft, США). Проводили проверку нормальности распределения полученных данных с помощью W -критерия Шапиро — Уилка. Большинство полученных данных не соответствуют закону нормального распределения. В связи с этим сравнение экспериментальных значений проводилось с использованием U -критерия Манна — Уитни. Эта модель также использовалась для расчета критерия Z и показателей надежности p . Значения p ниже 0,05 считались статистически значимыми. Полученные при выполнении настоящей работы данные представлены в таблицах в виде медианы и интерквартильного размаха — Ме (Q25; Q75).
Результаты. Проведена оценка концентрации маркеров дисфункции эндотелия в крови у экспериментальных животных, включая sЕ-селектин — молекулу клеточной адгезии, отражающую воспалительную активацию эндотелия; синдекан-1 — протеогликан, участвующий в клеточной миграции, пролиферации и взаимодействии с белками внеклеточного матрикса; VEGF — фактор роста эндотелия сосудов, который стимулирует пролиферацию и миграцию эндотелиоцитов. Кроме того, проводилось определение концентраций маркеров, характеризующих нарушения вазомоторной функции эндотелия: АДМА — ингибитора синтеза оксида азота и эндотелина-1 — сосудосуживающего пептида, ключевая роль которого заключается в гомеостазе кровеносных сосудов.
У животных группы сравнения 1 на 3-й неделе эксперимента выявлено статистически значимое увеличение концентрации в сыворотке крови sЕ-селектина в 1,4 и синдекана-1 в 1,8 раза по сравнению с таковыми параметрами у животных группы контроля, что отражает повышение альтерации гликокаликса сосудистой стенки. Фактор роста эндотелия сосудов у крыс данной группы также статистически значимо увеличивается в 1,8 раза сопоставимо с животными контрольной группы. В сравнительной группе 2 отмечалось увеличение концентраций sЕ-селектина и VEGF в 2,5 раза, что свидетельствует об усилении воспалительной активации эндотелия и нарастании ангиогенной альтерации, однако концентрация син-декана-1 на 5-й неделе эксперимента незначительно снижается по сравнению с показателями группы животных 1 (табл. 1).
Значения концентраций в крови маркеров нарушения вазомоторной функции эндотелия АДМА и эн-дотелина-1 у животных групп сравнения 1 и 2 значимо превышали таковые при сопоставлении с контроль-
Динамика концентраций в крови маркеров альтерации эндотелия у животных на фоне экспериментального пародонтита ( n =20)
Таблица 1
|
Показатели |
Группа |
||
|
контроля |
сравнения 1 (3 недели) |
сравнения 2 (5 недель) |
|
|
sE-селектин |
199,6 (181,5; 237,9) |
287,6 (252,7; 467,1) p 1=0,003 |
697,1 (454; 917) p =0,001 p 12=0,045 |
|
Синдекан-1 |
1,6 (1,5; 1,7) |
2,8 (1,8; 3,2) p 1=0,029 |
2,1 (1,7; 2,7) p =0,016 p 12=0,596 |
|
VEGF |
12,5 (8,1; 15,7) |
22,7 (20,4; 24,5) p <0,001 |
57,2 (50,9; 74,4) p <0,001 p 1=0,002 |
Примечание: p 1 — значимость различий по сравнению с контролем; p 2 — значимость различий по сопоставлению с группой сравнения 1.
Таблица 2
Динамика концентраций в крови маркеров нарушения вазомоторной функции эндотелия у животных на фоне экспериментального пародонтита ( n =20)
|
Показатели |
Группа |
||
|
контроля |
сравнения 1 (3 недели) |
сравнения 2 (5 недель) |
|
|
АДМА |
0,77 (0,6; 0,9) |
1,3 (1,2; 1,4) p 1=0,006 |
1,6 (1,6; 1,7) p =0,002 p 12=0,021 |
|
Эндотелин-1 |
14,7 (12,4; 17,6) |
52,6 (17,6; 55,6) p 0,001 |
81,4 (66,3; 102,3) p 0,001 p 1 =<0,005 |
Примечание: p 1 — значимость различий по сравнению с контролем; p 2 — значимость различий по сопоставлению с группой сравнения 1.
ной группой. При cопоставлении двух сравнительных групп установлено, что на 5-й неделе эксперимента ассиметричный диметиларгинин и эндотелин-1 был выше значений животных группы сравнения 1 в 1,2 и 1,5 раза соответственно (табл. 2).
Таким образом, представленные данные биохимических исследований свидетельствуют о том, что у белых крыс на фоне экспериментального пародонтита значимо возрастают концентрации маркеров воспалительной активации и маркеров нарушения вазомоторной функции эндотелия, что отражает увеличение альтерации эндотелиальных клеток на 3-й неделе эксперимента и усиление воспалительной и вазомоторной альтерации на 5-й неделе.
Обсуждение. Полученные в ходе работы данные указывают на то, что на 3-й и 5-й неделях эксперимента у белых крыс с экспериментальным пародонтитом уровень маркеров альтерации эндотелия sЕ-селектина, синдекана-1 и VEGF увеличивается относительно контрольной группы. Экспериментальные данные соответствуют данным клинических исследований, представленных другими авторами [3– 5], и характеризуют интенсивность воспалительного ответа, нарушения барьерной функции сосудистой стенки и ангиогенеза.
Концентрация эндотелина-1 была оценена как в исследованиях на людях, так и на животных. В исследовании на животных было обнаружено, что модель пародонтита, вызванная лигатурой, де- монстрирует повышенные уровни экспрессии мРНК эндотелина-1, по сравнению со здоровыми контрольными группами, что полностью согласуется с полученными в ходе нашего эксперимента данными [6, 7].
Показатели АДМА у животных в двух сравнительных группах были выше значений контрольной группы. Полученные данные согласуются с данными литературы [8].
При сравнении показателей эндотелиальной дисфункции у животных с экспериментальным пародонтитом 1 и 2 установлено, что концентрация VEGF, sЕ-селектина и синдекана-1 была выше в группе крыс на 5-й неделе эксперимента. Аналогичные результаты были получены при исследовании АДМА и эндотелина-1.
Следовательно, у животных группы сравнения первые признаки вазомоторных расстройств проявляются еще на 3-й неделе после наложения лигатуры, а к 5-й неделе данные нарушения продолжают прогрессировать, что свидетельствует о хроническом характере альтерации пародонта.
Заключение. При моделировании экспериментального пародонтита у белых крыс на 3-й неделе эксперимента отмечаются признаки воспалительной активации эндотелия и его дисфункции, что проявляется повышением концентрации ее маркеров в крови. В период с 3-й по 5-ю неделю, несмотря на отсутствие лигатуры, у животных с экспериментальным пародонтитом не отмечается восстановления нор- мальной концентрации маркеров дисфункции эндотелия в кровотоке, а, напротив, наблюдается прогрессирование нарушений вазомоторной функции эндотелия.
Список литературы Биологическое действие импульсного тока электрошоковых устройств
- Ilyin LA. Radiation medicine: a guide for medical researchers and healthcare organizers: in 4 volumes. Vol. 4: Hygienic problems of non-ionizing radiation (biological action, principles of protection and hygienic regulation). Moscow: AT; Institute of Biophysics, 1999; 304 p. Russian (Ильин Л. А. Радиационная медицина: руководство для врачей-исследователей и организаторов здравоохранения: в 4 т. Т. 4: Гигиенические проблемы неионизирующих излучений (биологическое действие, принципы защиты и гигиеническая регламентация). М.: АТ; Институт биофизики, 1999; 304 с.).
- Stragis VB, Kochoyan AL, Zhurikhina SI. Impact with an electric shock: manifestations, consequences and possibilities of expert diagnostics (review). Selected Issues of Forensic Medical Examination 2019; (18): 184-7. Russian (Страгис В. Б., Кочоян А. Л., Журихина С. И. Воздействие электрошокером: проявления, последствия и возможности экспертной диагностики (обзор). Избранные вопросы судебно-медицинской экспертизы 2019; (18): 184-7).
- Devyaterikov AA. Experimental study of the effect of the BL-288 electroshock device. Selected Issues of Forensic Medical Examination 2016; (15): 63-4. Russian (Девятериков А. А. Экспериментальное исследование воздействия электрошокового устройства BL-288. Избранные вопросы судебно-медицинской экспертизы 2016; (15): 63-4).
- Admakin AL, Vorobiev SV, Sidelnikov VO, et al. Electric burns and trauma. St. Petersburg: SpetsLit, 2014; 39 p. Russian (Адмакин А. Л., Воробьев С. В., Сидельников В. О. и др. Электроожоги и электротравма. СПб.: СпецЛит, 2014; 39 с.).
- Burmatov AP, Bernatskikh TK, Zoroastrov OM, et al. Traces of the action of an electric discharge device on the skin of humans and animals. Forensic Medical Expertise 2011; (6): 41-3. Russian (Бурматов А. П., Бернацких Т. К., Зороастров О. М. и др. Следы действия электроразрядного устройства на коже человека и животного. Судебно-медицинская экспертиза 2011; (6): 41-3).
- Kondratova IV, Kulinkovich KYu. The topical problems of the application of the TASER electroshock devices. Forensic Medical Expertise 2017; 60 (2): 57-64. Russian (Кондрато-ва И. В., Кулинкович К. Ю. Актуальные вопросы применения электрошокового устройства TASER. Судебно-медицинская экспертиза 2017; 60 (2): 57-64).
- Badyaeva EE, Devyaterikov AA. Microscopic features of experimental injuries from the impact of the AIR-107U electroshock device. Selected Issues of Forensic Medical Examination 2016; (15): 62-3. Russian (Бадяева Е. Е., Девятериков А. А. Микроскопические особенности экспериментальных повреждений от воздействия электрошокового устройства «АИР-107У». Избранные вопросы судебно-медицинской экспертизы 2016; (15): 62-3).
- Stragis VB, Kochoyan AL, Zhurikhina SI, et al. Possibilities of establishing models of electroshock devices based on morphological signs of skin lesions. Forensic Medical Expertise 2020; 63 (3): 16-8. Russian (Страгис В. Б., Кочоян А. Л., Журихина С. И. и др. Возможности установления моделей электрошоковых устройств по морфологическим признакам повреждений кожи. Судебно-медицинская экспертиза 2020; 63 (3): 16-8).
- The health effects of conducted energy weapons. The expert panel on the medical and physiological impacts of conducted energy weapons. Ottawa: Council of Canadian Academies; 112 р.
- Grigoryev OA, Koklin АЕ, Lukyanova SN, et al. Biological effects of an impulse current according to laboratory researches of electroshock devices. Saratov Journal of Medical Scientific Research 2013; 9 (4): 828-30. Russian (Григорьев О. А., Ко-клин А. Е., Лукьянова С. Н. и др. Биологические эффекты импульсного электротока по данным лабораторных испытаний электрошоковых устройств. Саратовский научно-медицинский журнал 2013; 9 (4): 828-30).
- Silnikov MV, Kulakov KS, Kulakov SL, et al. Impact of non-lethal electroshock weapon on bioobjects. Questions of Defense Equipment. Series 16: Technical Means of Combating Terrorism 2016; (9-10): 72-5. Russian (Сильников М. В., Кулаков К. С., Кулаков С. Л. и др. Воздействие нелетального электрошокового оружия на биообъекты. Вопросы оборонной техники. Сер. 16: Технические средства противодействия терроризму 2016; (9-10): 72-5).
- Koklin АЕ, Lukyanova SN, Grigoryev OA, et al. Dependence of a rabbit's reaction on the frequency of repetition of an impulse and current exposition in experiment. Saratov Journal of Medical Scientific Research 2013; 9 (4): 839-43. Russian (Коклин А. Е., Лукьянова С. Н., Григорьев О. А. и др. Зависимость реакции кролика от частоты повторения импульса и экспозиции электротока в эксперименте. Саратовский научно-медицинский журнал 2013; 9 (4): 839-43).
- Ho JD, Dawes DM, Kroll MW, eds. Atlas of conducted electrical weapon wounds and forensic analysis. New York: Springer, 2012; 204 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4614-3543-3.
