БИОТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ СТИМУЛЯЦИИ ГЕМОПОЭЗА ПРИ СНИЖЕННОМ КОЛИЧЕСТВЕ

78
НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
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.

Технические науки
79
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 адвентициальные 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).
80
НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
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.
Технические науки
Рис. 3. График изменения лейкоцитов в крови
Рис. 4. График изменения лимфоцитов в крови
Рис. 5. График изменения гранулоцитов в крови
81
82
НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
Рис. 6. График изменения эритроцитов в крови
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-
Технические науки
83
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 магнитобиологических эффектов // Квантовая электроника. – 2006. – 36, № 8.
4. Ulrik L Rahbek, Katerina Tritsaris, Steen Dissing Interactions of LowFrequency, 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 инсектоморфного 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.
Работа выполнена при поддержке РФФИ проект № 15-08-04166 а, №14-01-31376 мол_а, № 1541-02578 р_поволжье_а.

Доцент кафедры Теоретической механики.
1