Исследование структурно-функционального состояния органов и тканей эмбрионов уток методом магнитно-резонансной томографии

Метод магнитно-резонансной томографии все шире применяется в практической ветеринарии как метод неинвазивной диагностики состояния органов и тканей животных [4]. Исследование методом магнитнорезонансной томографии (МРТ) эмбрионального развития птиц позволяет определить на ранней стадии инкубации без разрушения яйца жизнеспособность эмбрионов по сердцебиению и дифференцировать их по половой принадлежности [2, 8, 9].

На современном этапе с применением инвазивного метода анатомирования визуализировано посуточное эмбриональное развитие уток [7]. В то же время возникает необходимость для неинвазивной визуализации, позволяющей продемонстрировать развитие эмбриона в процессе, без разрушения структуры яйца [5, 6].

Целью работы стали визуализация и сравнительные исследования эмбрионов уток методами анатомирования и магнитно-резонансной томографии.

Материал и методы исследований . Материалом для исследований послужили 60 оплодотворенных утиных яиц.

Инкубацию и анатомирование инкубируемых яиц проводили в лабораториях кафедр технологии животноводства и зоогигиены, физиологии и патологической физиологии ФГБОУ ВО Казанская ГАВМ. Использовали автоматический бытовой инкубатор «Матрица ВЕГАС» д10 (Россия) с режимами инкубации для утиных яиц: в период 1-7 суток – температура 38-38,3 0С, влажность воздуха – 75 %, при автоматическом повороте яиц однократно через каждые 3 часа. В период с 8 по 17 сутки – температура 37,8 0С, влажность воздуха – 60 %, при автоматическом повороте яиц однократно через 3 часа. С 8 по 14 сутки инкубации яйца опрыскивали водой из пульверизатора один раз в сутки. С 15 суток кратность поворотов яиц составляла один раз в два часа. Критическими в инкубации утиных эмбрионов являются 18 сутки в виду усиления и несовершенства теплообмена эмбриона с последующей летальностью. Поэтому для охлаждения яиц дважды в сутки открывали инкубатор на период 20

минут, исключая вероятность повышения температуры до 42 0С. В период с 19 по 25 сутки инкубации режим был следующим:

температура 37,8 0С, влажность воздуха – 60 %, при автоматическом повороте яиц однократно в течение 2 часов. С 26 суток и до вылупления утят в инкубаторе температуру снижали до 37,5 0С, влажность повышали до 90 % для смягчения скорлупы, количество поворотов уменьшали до одного в каждые три часа.

Томографирование эмбрионов проводили в лаборатории методов медицинской физики КФТИ – ОСП ФГБУН ФИЦ КазНЦ РАН. Использовали магнитнорезонансный томограф для диагностики суставов человека собственной разработки, в котором сконструировали приемный датчик под исследование эмбрионов птиц диаметром до 60 мм [10]. Прототипом для разработки использовали приемный датчик для коленного сустава, который позволял исследовать объекты размером не превышающие 200х150 мм [1]. Эксперимент проводили в соответствии с этическим кодексом по проведению медико-биологических исследований с использованием животных [3].

Результат исследований .

Сравнительные исследования проведены на девятые сутки эмбрионального развития уток, что обусловлено субъективным фактором – возможностью вести наблюдение за зародышем визуально, без использования увеличительных приборов. Этот период развития уток характеризуется функционирующим сердцем с хорошим сердцебиением, началом деятельности почек, ороговеванием клюва, началом окостенения скелета и появлением первых перьевых сосочков на спине. При анатомировании инкубируемого яйца на девятые сутки выявляли структурированный зародышевый диск на желтке, хорошо развитую и функционирующую кровеносную систему (Рисунок 1). Зародыш находился в естественном согнутом состоянии, размером 1 см в диаметре, при расправлении его длина составляла 2,1± 0,3 см. При исследовании визуализированы голова с появляющейся формой клюва и хорошо различимыми зрительными и слуховыми структурами, тело с зачатками крыльев, и конечности, на которых отмечали зарождающиеся межпальцевые сетки. При исследовании инкубируемого яйца методом МРТ визуализирована его форма и различающиеся структуры яйца. Установлено отсутствие изображения воздушной камеры яйца, при наличии хорошо структурированного зародышевого диска с наличием зародыша и нитевидной визуализации кровеносных сосудов.

Рисунок 1 – Изображение зародыша утки на 9 сутки инкубации яйца, полученные методами: а – анатомирования; б – магнитно-резонансной томографии с контрастом по Т1 (TR=500 мс, TE=20 мс); в – внешний вид инкубационного яйца и размер зародыша, см

Эмбриональное развитие уток в восемнадцатые сутки характеризуется продолжающейся дифференциацией желез желудка, ростом печени, увеличением поджелудочной железы, дальнейшим усовершенствованием гемопоэза. При анатомировании яйца выявляли эмбрион, желточный мешок и аллантоис с хорошо развитыми и различимыми кровеносными сосудами (Рисунок 2).

Длина тела эмбриона составляла

105,1±11,4 мм, клюва – 14,2±2,2 и третьего пальца – 15,0±2,5 мм. Отмечали удлинение крыльев, формирование когтей на задних конечностях, закрытые веки на глазном яблоке, голова эмбриона принимала характерное положение – перемещалась под правое крыло. Всю поверхность тела эмбриона покрывали перьевые сосочки с зачатками перьев. Эмбрион располагался вдоль яйца головой к тупому, а задними конечностями – к острому концу яйца.

Рисунок 2 – Изображение эмбриона утки на 18 сутки инкубации яйца, полученные методами: а – анатомирования; б – магнитно-резонансной томографии с контрастом по Т1

(TR=500 мс, TE=20 мс); в – внешний вид инкубационного яйца и размер эмбриона, см

Изображение эмбриона, полученное неинвазивным методом МРТ, сопоставимо с анатомированной картиной. Установлено контрастное более темное изображение эмбриона в отличие от светлого изображения желточного мешка и аллантоиса. Визуализирована голова с силуэтом клюва и глазного яблока, сопоставимые по размерам с анатомированным аналогом, отмечается слабая дифференциация органов брюшной полости. Границы аллантоиса и желточного мешка хорошо выражены. Воздушная камера яйца не визуализируется, но предполагаемые границы указывают на уменьшение объема воздушной камеры в сравнении с периодом девятых суток инкубации.

Двадцать вторые сутки эмбрионального развития утки характеризуются уменьшением количества амниотической жидкости, началом процесса атрофии аллантоиса и втягивания желточного мешка с содержимым в брюшную полость эмбриона. При анатомировании яйца отмечали отсутствие белка, эмбрион полностью занимал все пространство яйца, глаза приоткрыты, шея имела характерный изгиб, располагая голову под правым крылом с направлением клюва в сторону воздушной камеры яйца (Рисунок 3).

а

б

Рисунок 3 – Изображение эмбриона утки на 22 сутки инкубации яйца, полученные методами: а – анатомирования; б – магнитно-резонансной томографии с контрастом по Т1 (TR=500 мс, TE=20 мс); в – внешний вид инкубационного яйца и размер эмбриона, см

Длина тела эмбриона составляла 155,3±17,2 мм, клюва – 15,5±3,8 и третьего пальца – 19,7±3,4 мм. Все тело эмбриона покрыто перьями. На нижних конечностях хорошо сформированные перепонки и ороговевшие когти. Выявляли желточный мешок, сравнительно меньшего размера, чем в предыдущие сутки инкубации. Изображение эмбриона, полученное методом МРТ, объективно и узнаваемо визуализировало голову и шею эмбриона с характерным поворотом под крыло и направлением клюва в тупой край яйца. На голове отчетливо различимо глазное яблоко и удлинённый клюв. В сравнении с предыдущим периодом исследованния (на 18 сутки развития эмбриона) наблюдали более структурированные органы брюшной полости – предположительно печень и кишечник, и были контрастно узнаваемы структуры желточного мешка.

Заключение : Впервые неинвазивным методом магнитнорезонансной томографии визуализировано эмбриональное развитие уток. Интерпретированы изображения зародышей и эмбрионов уток, полученные методом магнитно-резонансной томографии на 9, 18 и 22 сутки инкубации. Получены новые знания о структуре зародыша, эмбриона, кровеносных сосудов, белка и желтка инкубируемого яйца, зародышевого диска, частей тела уток, желточного мешка и аллантоиса. В сравнительном анализе МРТ-изображений целостных инкубационных яиц и изображений анатомированных яиц установлена высокая степень сопоставимости. Магнитно-резонансная томография возможна к применению для исследований жизнеспособности эмбрионов как неинвазивный высокоточный метод исследования.

Материал подготовлен в рамках госзадания № FMEG-2021-0003 по теме: «Разработка природоподобных агротехнологий нового поколения, обеспечивающих формирование экологически сбалансированных агроландшафтов для производства безопасной и качественной сельскохозяйственной продукции», номер государственной регистрации в ЕГИСУ 121021600147-1 и госзадания по теме: «Развитие физических принципов квантовых оптических и спиновых технологий, спинтроники сверхпроводящих и магнитных топологических систем», номер государственной регистрации в ЕГИСУ 122011800133-2.

Резюме

Известно, что метод магнитно-резонансной томографии (МРТ) на современном этапе является самым перспективным при неинвазивной диагностике в ветеринарии. В статье представлены изображения зародышей и эмбрионов уток, полученные методами анатомирования и магнитно-резонансной томографии на 9, 18 и 22 сутки инкубации яиц. Дана интерпретация МРТ-изображений, визуализированных зародышевого диска, зародыша, кровеносных сосудов, эмбриона, головы, клюва, глазных яблок, конечностей, желточного мешка в сопоставлении с изображениями, полученными методом анатомировании. Установлена высокая степень узнаваемости и сопоставимости инкубационных зародышей и эмбрионов, полученных магнитно-резонансной томографией с сохранением структуры и жизнеспособности эмбрионов.