Comparative Analysis of Methods for Assessing the Functional State of the Respiratory Organ of Experimental Animals

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Summary. The purpose of the study is to comparison of methods for diagnosing the state of the respiratory organ of experimental animals under the influence of physical factors, the intensity and exposure times of which are close to extreme.

Materials and methods of research. The experiments used 45 male rabbits of the “Soviet Chinchilla” breed with a body weight of 2,7-3,4 kg, randomly divided into a control group, a group exposed to the lungs, a group exposed to the hearing organ and a group exposed to thermal effects on different areas of skin. To differentiate structural and functional disorders of the external respiratory system, three methods for diagnosing the state of the respiratory organ of experimental animals (rabbits) were used: acoustic impedance measurement of the respiratory tract, analysis of biophysical parameters of the lungs and pathological examination. A general conclusion about the state of the respiratory organ was given on the basis of a comparative statistical analysis of the characteristics of animals in the experimental and control groups. The relative size of the area of hemorrhages on the pleural surface of the lungs was used as a criterion indicator.

The results of the study and their analysis. It has been shown that methods for diagnosing the state of the respiratory system based on impedance, biophysical indicators and the results of a pathological examination complement each other, providing an objective diagnosis of the state of the respiratory organ of experimental animals under the influence of physical factors, the intensity and exposure times of which are close to extreme, and are comparable in objectivity (sensitivity and diagnostic specificity) with methods used in medical clinical practice (impulse oscillometry).

About the authors

V. I. Kezik

State Research Center - Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of Federal Medical Biological Agency

Email: vladimirik57@mail.ru
Moscow

S. P. Dragan

State Research Center - Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of Federal Medical Biological Agency

Email: vladimirik57@mail.ru
Moscow

V. A. Ivashin

State Research Center - Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of Federal Medical Biological Agency

Email: vladimirik57@mail.ru
Moscow

A. V. Bogomolov

State Research Center - Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of Federal Medical Biological Agency

Email: vladimirik57@mail.ru
Moscow

References

  1. Ilyin L.A., Samoilov A.S. The Role of Radiobiology and Radiation Medicine in Providing Protection from Exposure to Ionizing Radiation. Vestnik Rossiyskoy Akademii Nauk = Bulletin of the Russian Academy of Sciences. 2021;91;6:550-559 (In Russ.).
  2. Ivanov I.V., Ushakov I.B. Principles of Extrapolation of Experimental Data from Laboratory Animals to Humans. Voenno-Meditsinskiy Zhurnal = Military Medical Journal. 2019;12:50-56 (In Russ.).
  3. Osipov A.P., Aksenova V.M., Samodelkin E.I. Physiology and Pathology of the Respiratory System In Vertebrates. Perm Publ., 2011. 114 p. (In Russ.).
  4. Potapov P.K., Dimitriev Yu.V., Tolkach P.G. Structural and Functional Disorders of the Respiratory System in Laboratory Animals during Intoxication with Pyrolysis Products of Chlorine-Containing Polymeric Materials. Meditsinskiy Akademicheskiy Zhurnal = Medical Academic Journal. 2020;20;3:13-22 (In Russ.).
  5. Stoll A., Shenton D.P., Green A.C., Holley J.L. Comparative Aspects of Ricin Toxicity by Inhalation. Toxins. 2023;15;4:281.
  6. Tolkach P.G., Kuznetsov O.A., Basharin V.A., Lodyagin A.N., Shilov Yu.V., Yazenok A.V., Ivchenko E.V., Zagorodnikov G.G. A Case of Acute Chemical Pulmonary Edema Due to Inhalation Intoxication with Nitrogen Dioxide. Vestnik Rossiyskoy Voenno-Meditsinskoy Akademii = Bulletin of the Russian Military Medical Academy. 2023;25;3:471-479 (In Russ.).
  7. Vasin M.V., Ilyin L.A., Chernov Yu.N., Ushakov I.B. Metabolic Correction of Cerebral Radiation Syndrome in Small and Large Animals. Radiatsionnaya Biologiya. Radioekologiya = Radiation Biology. Radioecology. 2023;63;3:255-260 (In Russ.).
  8. Tonshin A.A., Barinov V.A., Bonitenko E.Yu., Belyakova N.A., Gaikova O.N., Barinov V.V., Nosov A.V. Experimental Assessment of the Possibility of Using Liquid Artificial Lung Ventilation for the Treatment of Occupational Diseases Caused by Inhalation of Industrial Aerosols. Meditsina Truda i Promyshlennaya Ekologiya = Occupational Medicine and Industrial Ecology. 2022;62;11:747-754 (In Russ.).
  9. Vakhrusheva T.I. Hemorrhagic Pneumonia: Postmortem Diagnosis in a Decorative Breed Rabbit. Agrarnyy Vestnik Primor’ya = Agrarian Bulletin of Primorye. 2021;24;4:33-35 (In Russ.).
  10. Makarova M.N., Makarov V.G. The Use of Rabbits in Preclinical Research. Laboratornyye Zhivotnyye dlya Nauchnykh Issledovaniy = Laboratory Animals for Scientific Research. 2023;3:18-43 (In Russ.).
  11. Gu X., Guo Z., Cai M., Shi Y., Wang S., Xie aF. Paced Breathing and Respiratory Movement Responses Evoked by Bidirectional Constant Current Stimulation in Anesthetized Rabbits. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2023;10:1109892.
  12. Goncharov A.O., Dyachenko A.I., Shulagin Yu.A., Ermolaev E.S. Mathematical Modeling of the Chemo-Receptor Mechanism of Breath-Hold Disruption and Experimental Evaluation of the Model. Biofizika = Biophysics. 2017;62;4:794-801 (In Russ.).
  13. Cinelli E., Mutolo D., Pantaleo T., Bongianni F. Neural Mechanisms Underlying Respiratory Regulation within the Prebötzinger Complex of the Rabbit. Respiratory Physiology & Neurobiology. 2021;293:103736.
  14. Torgeman A., Diamant E., Dor E., Schwartz A., Baruchi T., Ben David A., Zichel R. A Rabbit Model for the Evaluation of Drugs for Treating the Chronic Phase of Botulism. Toxins. 2021;13;10:679.
  15. Dragan S.P., Kezik V.I., Bogomolov A.V., Drozdov S.V. Study of Changes in Lung Volume Due to Exposure to High-Intensity Acoustic Vibrations at the Resonant Frequency of the Respiratory System. Biofizika = Biophysics. 2023;68;1:125-133 (In Russ.).
  16. Makarova M.N., Makarov V.G. The use of rabbits in preclinical research. Laboratornyye Zhivotnyye dlya Nauchnykh Issledovaniy = Laboratory Animals for Scientific Research. 2023;3:18-43 (In Russ.).
  17. Evlakhov V.I., Poyasov I.Z., Berezina T.P. The Influence of t- and l-type Calcium Channel Blockers on Pulmonary Microhemodynamics during Experimental Pulmonary Embolism in Rabbits. Rossiyskiy Fiziologicheskiy Zhurnal im. I.M. Sechenova = Russian Physiological Journal named after I.M.Sechenov. 2023;109;5:643-655 (In Russ.).
  18. Shevchenko M.O., Kovalev S.P., Aslanov V.S., Rukhlevich M.I. Anatomical and Gravitational Dependence of the Distribution of Aspirated Substances in the Lungs of Domestic Animals. Mezhdunarodnyy Vestnik Veterinarii = International Veterinary Bulletin. 2021;1:296-301 (In Russ.).
  19. Tokaev T.K., Sinitsyn M.V., Bikbaev A.S., Grigoriev T.E., Zagoskin Yu.D., Shtykhno A.O. New Biosynthetic Implants for the Surgical Treatment Of Pulmonary Tuberculosis. Laboratornyye Zhivotnyye dlya Nauchnykh Issledovaniy = Laboratory Animals for Scientific Research. 2023;2;43-52 (In Russ.).
  20. Bogdanov V.K., Pashkov I.V., Yakunin Ya.S., Stakhanova E.A., Ogly Guluev A.Z., Kuleshov A.P., Esipova O.Yu., Grudinin N.V. Development of an Experimental Technique for Orthotopic Transplantation of the Left Lung on a Rabbit Model. Vestnik Transplantologii i Iskusstvennykh Organov = Bulletin of Transplantology and Artificial Organs. 2024;26;1:140-148 (In Russ.).
  21. Dragan S.P., Bogomolov A.V., Kezik V.I., Drozdov S.V. Methodological Aspects of Acoustic Impedance Measurement of the Lungs. Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture. 2023;15;2:221-242. (In Russ.).
  22. Dragan S.P., Bogomolov A.V., Kezik V.I. Analysis of Impedance Characteristics of the Respiratory System of Animals and Humans. Rossiyskiy Zhurnal Biomekhaniki = Russian Journal of Biomechanics. 2020;24;2:187-195. (In Russ.).
  23. Bogomolov A.V., Dragan S.P. Mathematical Substantiation of the Acoustic Method of Measuring the Impedance of the Respiratory Tract. Doklady Akademii Nauk = Reports of the Academy of Sciences. 2015;464;5:623 (In Russ.).
  24. Dragan S.P., Kezik V.I., Bogomolov A.V. Physiological Aspects of Lung Impedancemetry. Izvestiya Rossiyskoy Akademii Nauk. Seriya Biologicheskaya = Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Biological series. 2022;2:181-190 (In Russ.).
  25. Dragan S.P., Bogomolov A.V. Method of Acoustic Impedansometry of the Respiratory Tract. Meditsinskaya Tekhnika = Medical Technology. 2015;293;5:19-21 (In Russ.).
  26. Ivashin V.A., Kezik V.I., Solovyov V.P. Modified Methodology for Assessing the Condition of the Lungs in Experimental Animals under Extreme Exposure. Saratovskiy Nauchno-Meditsinskiy Zhurnal = Saratov Medical Scientific Journal. 2017;13;4:907-912 (In Russ.).
  27. Revyakin I.M., Karelin D.F., Revyakina T.S. The Main Comparative Anatomical Features of the Lobar Structure of the Lungs in the American Mink and Rabbit. Veterinarnyy Zhurnal Belarusi = Veterinary Journal of Belarus. 2023;19;2:113-115 (In Russ.).
  28. Roshchina E.A. Reference Intervals for Mass Coefficients of Rabbit Organs and their Absolute Values. Laboratornyye Zhivotnyye dlya Nauchnykh Issledovaniy = Laboratory Animals for Scientific Research. 2022;1:34-42 (In Russ.).
  29. Bogomolov A.V., Dragan S.P., Erofeev G.G. Mathematical Model of Sound Absorption by the Lungs During Acoustic Stimulation of the Respiratory System. Doklady Akademii Nauk = Reports of the Academy of Sciences. 2019;487;1:97-101 (In Russ.).
  30. Kudryashov A.A., Levterov D.E., Balabanova V.I. Pathomorphology of Viral Hemorrhagic Disease of Rabbits. Aktual’nye Voprosy Veterinarnoy Biologii = Current Issues in Veterinary Biology. 2022;55;3:88-93 (In Russ.).
  31. Oshima Y., Okazaki N., Funaki K., Otsuki A., Takahashi S., Harada T., Inagaki Y. Marathoners’ Breathing Pattern Protects against Lung Injury by Mechanical Ventilation: an Ex Vivo Study Using Rabbit Lungs. Yonago Acta Medica. 2020;63;4:272-281.
  32. Ivashin V.A., Solovyov V.P., Belogorlova O.V. Express Assessment of the State of the Lungs in Experimental Animals under Extreme Influences. Meditsina Ekstremal’nyh Situatsiy = Medicine of Extreme Situations. 2008;1:87-93 (In Russ.).
  33. Smith H.J., Reinhold P., Goldman M.D. Forced Oscillation Technique and Impulse Oscillometry. Lung Function Testing. European Respiratory Monograph. 2005;31:72-105.
  34. Bickel S., Popler J., Lesnick B., Eid N. Impulse Oscillometry: Interpretation and Practical Applications. Chest. 2014;146;3:841-847.
  35. Leontyeva N.M., Demko I.V., Sobko E.A., Ishchenko O.P., Solovyova I.A. Informativeness of Pulse Oscillometry in the Diagnosis of Respiratory Dysfunction in Patients with Moderate Bronchial Asthma. Profilakticheskaya Meditsina = Preventive Medicine. 2020;23;4:80-87 (In Russ.).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».