3.2. Упадок лесов

Первые широко известные случаи исчезновения лесов [30] начались в конце 1970-х годов. В европейском исследовании [31] стрессовыми факторами, связанными с дефолиацией лесов, были возраст, высота над уровнем моря, засуха и различные типы загрязнения воздуха в порядке убывания важности.Хотя статистическая корреляция для некоторых из этих эффектов была высокой, поскольку количество образцов было большим, задокументированные эффекты были довольно небольшими и в целом могли составлять только 15–55% наблюдаемого снижения, в зависимости от вида. Не было обнаружено, что температурные переменные оказывают существенное влияние. В нескольких исследованиях было обнаружено, что изменение климата не является причиной сокращения лесов [32, 33]. Однако есть свидетельства того, что деревья, пострадавшие от выцветания лесов, менее терпимы к экстремальным погодным условиям.Ущерб от замораживания, который может указывать, например, на нарушение покоя, был отмечен как один из симптомов упадка лесов, когда изменения температуры и / или режима осадков не были очевидны [32, 34]. Совсем недавно было показано, что уровень смертности всех доминирующих видов деревьев на западе США удваивается каждые 17–29 лет в старовозрастных лесах, и что пополнение новых деревьев в настоящее время происходит с меньшей скоростью, чем смертность [35]. ]. Поскольку упадок осины и другие случаи упадка деревьев во всем мире имеют схожие симптомы, и поскольку не было найдено окончательного объяснения этим событиям, кажется вероятным, что их сокращение может быть связано с воздействием радиочастотного излучения.

Изменения в здоровье и темпах роста осины и других растений из-за увеличения радиочастотного воздействия было бы трудно обнаружить по двум причинам: во-первых, потому что радиочастотный фон широко рассредоточен по всему миру, сравнения между популяциями растений, даже на больших расстояниях , всегда было бы между группами, подвергающимися радиочастотному облучению, даже если уровни воздействия будут варьироваться в зависимости от относительной близости к источникам радиочастотного излучения. Во-вторых, трудно сравнивать здоровье и внешний вид растений, живущих сегодня, с растениями, жившими 200 лет назад, хотя некоторые сравнения могут быть сделаны, например, на основе данных предыдущих исследований, данных годичных колец и образцов пыльцы.Изменения происходили бы очень медленно с течением времени, с точки зрения человека, и были бы широко рассредоточены географически, так что в любой конкретный момент морфология и поведение растений, измененные радиочастотами, были бы нормой, нормой по определению. В предыдущих экспериментах было показано, что растения и животные по-разному реагируют на радиочастотное воздействие. Рост организмов может подавляться или ускоряться радиочастотным воздействием, что может влиять на взаимодействия на уровне сообществ и экосистем от микроскопических до глобальных масштабов.В случае осины снижение жизнеспособности растений и неблагоприятное воздействие на запасы питательных веществ осенью из-за воздействия радиочастотного излучения могут сделать саженцы уязвимыми для патогенов и менее способными выдерживать другие стрессы окружающей среды.

4. Выводы

Результаты этого предварительного эксперимента показывают, что радиочастотный фон может отрицательно влиять на рост листьев и побегов и подавлять осеннюю продукцию антоцианов, связанных со старением листьев у дрожащих сеянцев осины. Эти эффекты предполагают, что воздействие радиочастотного фона может быть основным фактором недавнего быстрого сокращения популяций осины.Дальнейшие исследования проводятся для более тщательной проверки этой гипотезы.

Благодарности

Автор благодарит анонимного рецензента за множество полезных комментариев, доктора Уэйна Шепперда за советы и поддержку, Marbrook Foundation, Sangha Foundation, Брайана Хаггерти, Алана Хаггерти, Hoshi Motors, Барбару и Брюса Лиф за финансовую поддержку , Бриджит Лаузе за советы редактора и Патрисию Клак и Роланд Родригес за техническую поддержку.

Обзор экологического воздействия радиочастотных электромагнитных полей (RF-EMF)

Аннотация

Цель

В этой статье представлен систематический обзор опубликованных научных исследований о потенциальных экологических эффектах радиочастотных электромагнитных полей (RF-EMF) в диапазоне 10 МГц до 3,6 ГГц (от амплитудной модуляции, AM, до микроволн нижнего диапазона, MW, EMF).

Методы

Публикации на английском языке искались в ISI Web of Knowledge и Scholar Google без ограничений по дате публикации.Выявлено пять групп видов: птицы, насекомые, другие позвоночные, другие организмы и растения. Были приняты во внимание не только четкие экологические статьи, такие как полевые исследования, но и биологические статьи о лабораторных исследованиях, изучающих влияние RF-EMF на биологические конечные точки, такие как плодовитость, воспроизводство, поведение и развитие, которые имеют явное экологическое значение. также были включены.

Результаты

Информация была собрана из 113 исследований из оригинальных рецензируемых публикаций или из соответствующих существующих обзоров.Было выявлено ограниченное количество полевых экологических исследований. Большинство исследований проводилось в лабораторных условиях на птицах (эмбрионах или яйцах), мелких грызунах и растениях. В 65% исследований экологические эффекты RF-EMF (50% исследований на животных и около 75% исследований растений) были обнаружены как при высоких, так и при низких дозах. Никакой четкой взаимосвязи между дозой и эффектом выявить не удалось. Исследования, обнаружившие эффект, применяли более длительную выдержку и уделяли больше внимания диапазонам частот GSM.

Выводы

Примерно в двух третях рассмотренных исследований сообщалось о воздействии РЧ-ЭМП на экологию как в высоких, так и в низких дозах. Очень низкие дозировки совместимы с реальными полевыми ситуациями и могут быть обнаружены в условиях окружающей среды. Однако отсутствие стандартизации и ограниченное количество наблюдений ограничивают возможность обобщения результатов от организма до уровня экосистемы. Мы предлагаем в будущих исследованиях проводить больше повторений наблюдений и явно использовать доступные стандарты для представления соответствующих физических параметров RF-EMF как в лабораторных, так и в полевых исследованиях.

Основные моменты

► Научная литература была проверена на предмет статей об экологических последствиях РЧ-ЭМП. ► RF-EMF оказало значительное влияние на птиц, насекомых, других позвоночных, другие организмы и растения в 70% исследований. ► Развитие и размножение птиц и насекомых являются наиболее уязвимыми конечными точками. ► Отсутствуют полевые и экологические исследования популяций и взаимодействия видов. ► Существует острая необходимость в повторении исследований по выявлению эффектов и изучении воздействия на экосистемы.

Сокращения

Электромагнитное поле сверхнизкого поля

глобальная система мобильной связи

цифровая улучшенная беспроводная связь

гигагерцовая поперечная электромагнитная ячейка

универсальная мобильная телекоммуникационная система

множественный доступ с кодовым разделением TDMA

множественный доступ с временным разделением

широкополосный множественный доступ с кодовым разделением

беспроводная локальная сеть

всемирное взаимодействие для микроволнового доступа

Ключевые слова

Радиочастоты

ЭМП

Биоразнообразие

Воздействие электромагнитного поля

Мобильная связь

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Copyright © 2012 Elsevier Ltd.Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Антропогенные радиочастотные электромагнитные поля вызывают нейропатическую боль при ампутации Модель

Abstract

Анекдотические и клинические отчеты предполагают, что радиочастотные электромагнитные поля (РЧ ЭМП) могут служить спусковым крючком для нейропатической боли. Однако эти сообщения широко игнорировались, поскольку эпидемиологические эффекты электромагнитных полей не были систематически доказаны и являются весьма спорными.Здесь мы демонстрируем, что антропогенные РЧ-ЭМП вызывают боль после нейротомии на модели транспозиции невромы большеберцовой кости. Поведенческие анализы указывают на стойкую и значительную болевую реакцию на РЧ-ЭМП по сравнению с хирургическими группами SHAM. Лазерная термометрия выявила кратковременное повышение температуры кожи во время стимуляции. Кроме того, иммунофлуоресценция выявила повышенную экспрессию термочувствительных катионных каналов (TRPV4) в луковице невромы, предполагая, что боль, вызванная РЧ-ЭМП, может быть вызвана цитокин-опосредованной дисрегуляцией каналов и гиперчувствительностью, что приводит к термической аллодинии.Дополнительные поведенческие анализы были выполнены с использованием инфракрасной нагревательной лампы вместо радиочастотного стимула. Хотя наблюдались термически индуцированные болевые реакции, частота и прогрессия реакции не отражали эффекты РЧ-ЭМП. In vitro. Эксперименты по визуализации кальция продемонстрировали, что наш стимул РЧ-ЭМП достаточен для непосредственного вклада в деполяризацию диссоциированных сенсорных нейронов. Кроме того, перфузия воспалительного цитокина TNF-α приводила к значительно более высокому проценту активных сенсорных нейронов во время стимуляции RF EMF.Эти результаты подтверждают сообщения пациентов о РЧ-ЭМП-боли в случае повреждения периферических нервов, одновременно подтверждая общественный и научный консенсус о том, что антропогенные РЧ-ЭМП не вызывают неблагоприятных сенсорных эффектов у населения в целом.

Образец цитирования: Black B, Granja-Vazquez R, Johnston BR, Jones E, Romero-Ortega M (2016) Антропогенные радиочастотные электромагнитные поля вызывают нейропатическую боль в модели ампутации. PLoS ONE 11 (1): e0144268. https: // doi.org / 10.1371 / journal.pone.0144268

Редактор: Морис Птито, Монреальский университет, КАНАДА

Поступила: 29 июля 2015 г .; Одобрена: 16 ноября 2015 г .; Опубликован: 13 января 2016 г.

Авторские права: © 2016 Black et al. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника

Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в пределах документ и вспомогательные информационные файлы к нему.

Финансирование: У авторов нет поддержки или финансирования, чтобы сообщить.

Конкурирующие интересы: У авторов этой рукописи есть следующие конкурирующие интересы: Доктор Марио Ромеро-Ортега — основатель и руководитель службы безопасности Nerve Solutions, Inc. Нет никаких патентов, разрабатываемых продуктов или продаваемых продуктов, которые можно было бы декларировать. Это не меняет приверженности авторов политике PLOS в отношении обмена данными и материалами.

Введение

Антропогенные электромагнитные поля (ЭМП) стали повсеместным явлением в современной жизни.Широкий спектральный диапазон частот ЭМП (50 Гц – 5 ГГц) сейчас проходит вокруг нас и через нас и генерируется различными источниками, от транспорта электроэнергии до мобильных устройств связи. Хотя все мы, несомненно, получили пользу от широкого применения коммерческой электроники, растет социальная и научная озабоченность по поводу того, что постоянное воздействие электромагнитных полей радио- и микроволнового диапазона (RF / MWF) может вызвать непредвиденные неблагоприятные последствия для здоровья в уязвимых подгруппах населения. наше население.

За последние тридцать лет было опубликовано множество отчетов об эпидемиологических, животных и клеточных эффектах воздействия РЧ ЭМП [1–3], при этом большинство этих исследований проводится in vitro и сосредоточено на оценке потенциальная связь между использованием сотового телефона и заболеваемостью определенными типами рака [4–6]. Многие выводы, сделанные в этой области исследований, остаются весьма противоречивыми [7,8], но достаточные доказательства взаимодействия ЭМП с тканями привели к принятию национальных и международных стандартов воздействия ЭМП на здоровье и на рабочем месте.Совсем недавно были также анекдотические, случайные и клинические сообщения о том, что магнитные и электромагнитные поля различной частоты могут служить спусковым крючком для нейропатической и постампутационной боли [9–11].

Способны ли антропогенные РЧ-ЭМП вызывать боль после нейротомии — это вопрос огромной клинической важности, поскольку в настоящее время только в Соединенных Штатах проживает 1,7 миллиона человек с ампутированными конечностями. Помимо потери функции, примерно 20–30% этой популяции страдают хронической изнуряющей болью, связанной с образованием доброкачественных опухолей периферических нервов в их остаточных конечностях, которые называются ампутационными невриномами [12].Этот тип невромы является результатом регенерации и прорастания аксонов, которые врастают в окружающие соединительные ткани после перерезки нерва. Образовавшаяся луковица невромы, состоящая в основном из немиелинизированных и тонко миелинизированных (C и Aδ) нервных волокон, хорошо известно, реагирует на химические, механические и термические раздражители с повышенной чувствительностью [12–14]. Однако на сегодняшний день не существует независимого воспроизводимого подтверждения того, что антропогенные РЧ-ЭМП вызывают боль после нейротомии ни у людей, ни у животных.

Здесь мы оцениваем утверждение о том, что РЧ ЭМП антропогенной силы способны вызывать боль после нейротомии, применяя модификацию модели транспозиции невромы большеберцовой кости (TNT) для поведенческой оценки боли после нейротомии у крыс. Взрослых крыс Wistar случайным образом распределяли для проведения хирургической процедуры TNT или SHAM. Исследователи не обращали внимания на хирургические группы, а затем оценивали реакцию на боль по градуированной шкале, когда животные подвергались воздействию радиочастотной антенны с круговой поляризацией (915 МГц при 756 ± 8.5 мВт / мм ² ). Измерения температуры кожи во время воздействия РЧ ЭМП показали временное повышение на 2,1 ± 0,7 ° C во время стимуляции. Мы предположили, что болевые реакции, вызванные РЧ-ЭМП, могут быть связаны с термической аллодинией, которая возникает в результате локальной секреции воспалительных цитокинов, таких как фактор некроза опухоли альфа (TNF-α) и интерлейкин 1-бета (IL-1β). Было показано, что как TNF-α, так и IL-1β вносят вклад в аллодинию [15,16] и термическую гипералгезию [17] через нарушение регуляции экспрессии термочувствительных каналов [18-20], таких как элементы транзиторного рецепторного потенциала ( ГТО) семья.Гистологическое окрашивание на TRPV4, неселективный катионный канал, который в значительной степени участвует в тепловых ощущениях и различных состояниях невропатической боли [21–23], проводили на невромах и неповрежденных срезах большеберцового нерва. Параллельно с этим были проведены эксперименты по визуализации кальция на нейронах диссоциированного ганглия задних корешков (DRG) в присутствии и в отсутствие TNF-α, чтобы определить, был ли стимул RF EMF достаточен для прямой деполяризации сенсорных нейронов. Наши результаты подтверждают, что РЧ-ЭМП способны вызывать боль после невротомии на животной модели.

Результаты

РЧ ЭМП вызывают боль после нейротомии

Двадцать взрослых самок крыс линии Вистар были разделены на две группы. Шестнадцать животных подверглись процедуре TNT, в то время как оставшимся 4 животным была сделана операция SHAM, как описано в разделе «Методы». Операция TNT привела к образованию луковицы невромы у всех животных, как показано на фиг. 1B. После операций TNT и SHAM животных кодировали и индивидуально подвергали воздействию РЧ-электромагнитной антенны с круговой поляризацией (915 МГц при 756 ± 8.5 мВт / м ² ) в течение 10 минут один раз в неделю в течение 8 недель. Стимул РЧ-ЭДС был ослаблен, чтобы обеспечить среднюю плотность мощности, равную плотности мощности, измеренной на 39 м от местной вышки сотовой связи (763 мВт / м ² на 39 м; S1 Рис.), Которую мы выбрали в качестве примера максимальной антропогенная плотность мощности ЭМП, с которой человек может столкнуться за пределами определенных профессиональных условий.

Рис. 1. Модифицированная операция по транспозиции невромы большеберцовой кости (TNT) и анализы поведенческой реакции на РЧ-ЭМП.

(A) Изображение операции TNT. Три дистальные ветви седалищного нерва (большеберцовая: синяя, икроножная: красная и обычная малоберцовая: желтая) отделялись от окружающей соединительной ткани и друг от друга. Затем большеберцовая ветвь была пересечена (черный X) и перенесена из исходного положения (пунктирная синяя линия) в конечную ориентацию (сплошная синяя линия) и пришита к фасции, прилегающей к тазовой кости (черная пунктирная линия). Операция TNT привела к образованию невромы. (B) Луковица невромы 8 недель.Расстояние между черными линиями составляет 1 мм. (C) Типичное изображение крысы Wistar во время (C) исходного уровня и (D) периода стимула (10 минут при 756 ± 8,5 мВт / мм ² ) поведенческого анализа RF EMF (915 МГц). У животного наблюдается отдергивание левой задней конечности. Это действие представляет собой оценку ответа 1. (E) Временная шкала хирургических процедур (S1 и S2) и поведенческих тестов ответа.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0144268.g001

Суммарная оценка ответа для каждого животного представлена ​​как функция времени на рис. 2A и 2B.Начиная с 1-й недели после операции, 47% животных из группы TNT демонстрировали по крайней мере один болевой ответ во время стимуляции RF EMF. К 4 неделе после операции этот процент увеличился до 88%, что соответствует ожидаемому росту и сенсибилизации невромы. В отличие от этого, только одно животное из группы SHAM показало единственную поведенческую реакцию во время стимуляции RF EMF, наблюдаемую на неделе 1. Никаких дополнительных болевых реакций в группе SHAM не наблюдалось. Средняя оценка ответа для группы TNT значительно отличалась от группы SHAM, начиная с 3-й недели после операции (p = 0.049) и сохраняются на 4 неделе (p = 0,006). Эти результаты впервые демонстрируют, что РЧ-ЭМП антропогенной силы достаточны, чтобы вызвать пост-нейротомическую боль в модели поведения на животных.

Рис. 2. Стимуляция радиочастотным электромагнитным полем (РЧ ЭМП) вызывает боль после нейротомии.

(A) Полые кружки показывают суммарную оценку ответа для каждого животного для групп TNT (красный) и SHAM (серый). Только одна поведенческая болевая реакция наблюдалась в группе SHAM во всех 10 экспериментальных испытаниях.Статистически значимые средние показатели ответа (сплошная черная линия) наблюдались между группами TNT и SHAM, начиная со 2-й недели и продолжаясь до 8-й недели. Было обнаружено, что лидокаин является успешным замедлителем боли в невроме, вызванной RF EMF. Пунктирные черные линии обозначают медианное значение населения. (B) После операции по резекции луковицы значительная боль в невроме, вызванная РЧ-ЭМП, сохранялась с 5-й по 28-ю неделю. Для статистических сравнений использовался двусторонний тест Манна-Уитни (* p <0,05, ** p <0,01). (C) Воздействие РЧ-ЭМП вызывает повышение средней температуры кожи.Среднее повышение температуры кожи на 2,2 ° C наблюдалось после 10 минут воздействия РЧ-ЭМП. (D) Соотношение поведенческих реакций восстановления / стимула для всех временных точек.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0144268.g002

Чтобы подтвердить, что болевые реакции были нервными, через один день после 4-й недели были проведены анализы RF EMF, в то время как нервная проводимость была заблокирована подкожной инъекцией. лидокаина (100 мкл, 1 г / мл), вводимого на участке невромы. Средняя оценка ответа в группе TNT была значительно снижена после инъекции лидокаина по сравнению с оценкой ответа на 4-й неделе (p = 1.16 x 10 ⁻⁴ ). Эти результаты демонстрируют, что болевой ответ, вызванный РЧ-ЭМП, является результатом деполяризующей нервной активности.

Боль, вызванная РЧ-ЭМП, является хронической и сохраняется после резекции луковицы невромы

Через день после испытаний лидокаина животные из группы TNT были случайным образом разделены на две дополнительные группы: TNT-SHAM (TNT-S, N = 8) и TNT-Bulb Resection (TNT-BR, N = 8). Животным TNT-BR была проведена операция по рассечению и удалению луковицы невромы. Животные TNT-S и животные SHAM-S получали идентичное до и послеоперационное лечение, но им не удаляли луковицы невромы или не перерезали большеберцовые нервы, соответственно.Анализы реакции на боль возобновлялись в течение 5–8 недель с даты первоначальной операции TNT и повторялись в одной дополнительной хронической временной точке (28 неделя).

Удивительно, но болевые реакции, вызванные РЧ-ЭМП, сохранялись на 5-8 неделе у животных как в группах TNT-S, так и в TNT-BR, в то время как болевые реакции не наблюдались в группе SHAM-S на 5-8 неделе или на 28 неделе. (Рис 2B). Средние показатели ответа для групп TNT-S и TNT-BR значительно отличались от группы SHAM-S, начиная с 5 недели.Хотя не было значительной разницы между средними показателями ответа в группах TNT-S и TNT-BR на 5-8 неделе, эти две группы значительно различались на 28 неделе. На этом этапе группа TNT-S показала болевые реакции, аналогичные те, которые наблюдались в первые четыре недели исследования, тогда как группа TNT-BR показала значительно более высокие болевые реакции (p = 0,005). Эти результаты предполагают, что резекция луковицы невромы не может быть эффективным вмешательством при пост-нейротомической боли, вызванной РЧ-ЭМП, ни в краткосрочной, ни в долгосрочной перспективе.Фактически, это может усугубить боль после невротомии, нанеся второе повреждение нерва.

РЧ ЭМП вызывают повышение температуры кожи

Измерения температуры кожи были получены с помощью лазерного термометра (TW2, ThermoWorks, США) у 10 случайно выбранных животных в течение 10-минутных интервалов исходного уровня (антенна выключена), стимула (антенна включена) и восстановления (антенна выключена). Во время интервала стимула мы измерили среднее кратковременное повышение температуры кожи на 2,1 ± 0,7 ° C, которое вернулось к уровню, близкому к исходному (31.5 ± 2,2 ° C) в течение периода восстановления (рис. 2C). Следовательно, за всеми животными наблюдали в течение дополнительных 10 минут после стимула, чтобы учесть баллы остаточной реакции во время охлаждения ткани. На рис. 2D показано соотношение оценок восстановления / стимула в зависимости от времени. Это соотношение постоянно увеличивалось с 0,43 на 1-й неделе до 0,92 на 4-й неделе. После второй операции соотношение «Восстановление / стимул» снова сопоставимо с 1-й неделей (0,48) и со временем увеличивается до 8-й недели (0,65).Важно отметить, что эти данные служат вторичным подтверждением того, что болевые реакции возникают из-за стимуляции РЧ-ЭМП, поскольку суммарная оценка боли в интервале между стимулами постоянно и значительно выше, чем в интервале восстановления. Кроме того, эти данные свидетельствуют о том, что вторая хирургическая процедура частично нарушает механизм, ответственный за усиление остаточной болевой реакции в течение первых 4 недель.

Тепловой стимул вызывает боль после нейротомии, но не полностью воспроизводит эффекты РЧ ЭМП

Чтобы сравнить воздействие РЧ-ЭМП с прямой термостимуляцией (известный триггер боли после нейротомии), животных индивидуально подвергали воздействию инфракрасного источника тепла мощностью 125 Вт в течение 5 минут один раз в неделю в течение 8 недель.Воздействие инфракрасного источника привело к кратковременному повышению средней температуры кожи на 4,8 ± 0,4 ° C по сравнению с исходным уровнем. С 1-й по 4-ю послеоперационную неделю процент животных TNT, у которых проявлялся хотя бы один поведенческий ответ во время термической стимуляции, увеличился с 19% до 50%. Болевые реакции сохранялись в течение всех 4 недель, а средний балл ответа увеличивался каждую последующую неделю до недели 4 (рис. 3A), что соответствовало росту невромы. Ни у одного животного из группы SHAM не было ни одного поведенческого ответа на тепловой стимул на протяжении всего исследования.Было обнаружено, что инъекция лидокаина в некоторой степени эффективна для уменьшения болевого ответа, хотя разница не была статистически значимой. Эти результаты согласуются с предыдущими сообщениями о том, что температуры ниже того, что обычно воспринимается как вредные тепловые стимулы (> 47 ° C), способны вызвать боль в невроме. Однако важно отметить, что прямая термостимуляция была менее эффективна при возникновении боли после нейротомии по сравнению с РЧ-ЭМП (т.е. 50% против 80% ответа к 4-й неделе), даже при более сильном повышении температуры (4.8 ° C против 2,1 ° C). Это говорит о том, что, хотя может быть компонент боли в невроме, вызванной радиочастотным излучением, связанный с температурой, могут быть задействованы дополнительные механизмы.

Рис. 3. Тепловой раздражитель вызывает боль после нейротомии.

(A) Полые кружки показывают суммарную оценку поведенческой реакции каждого животного для групп TNT (красный) и SHAM (серый). Статистически значимые средние показатели болевого ответа (сплошная черная линия) наблюдались между группами TNT и SHAM на 4 неделе и на 6–8 неделе после резекции луковицы (B).Было обнаружено, что лидокаин является успешным замедлителем боли в невроме, вызванной тепловым воздействием. Пунктирные черные линии обозначают медианное значение населения. (B) После операции по резекции луковицы значительная тепловая невромная боль сохранялась с 6 по 28 неделю. Не было обнаружено статистически значимой разницы между животными, получавшими резекцию луковицы, и животными TNT-SHAM. Для статистических сравнений между группами использовался двусторонний критерий Манна-Уитни (* p <0,05, ** p <0,01). (C) Воздействие теплового стимула вызывает значительное повышение средней температуры кожи.Среднее повышение температуры кожи примерно на 5 ° C наблюдалось после 5 минут воздействия тепловой лампы. (D) Соотношения поведенческих реакций восстановления и стимула для всех временных точек.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0144268.g003

Боль, вызванная температурой, сохраняется после резекции луковицы невромы

Боль, вызванная температурой, сохранялась в группах TNT-S и TNT-BR на протяжении всего исследования, в то время как в группе SHAM-S не наблюдалось болевых реакций (рис. 3B).Средние показатели ответа для групп TNT-S и TNT-BR значительно отличались от группы SHAM-S, начиная с 6 недели и сохраняясь до 8 недели (p <0,05), но не было значимой разницы между TNT-S и TNT-. Группы BR на 5–8 неделе или на 28 неделе. Эти результаты показывают, что резекция луковицы усиливает боль после нейротомии в краткосрочной перспективе, при этом показатели боли возвращаются к значениям до резекции между 8 и 28 неделями.

Термостимуляция вызывает остаточную боль

Чтобы учесть потенциальные эффекты из-за задержки охлаждения температуры кожи (рис. 3C), болевые реакции оценивались в течение дополнительных 5 минут, называемых здесь интервалом «восстановления».Как и ожидалось, прямой тепловой стимул приводил к остаточной болевой реакции в течение периода восстановления. В общем, отношение восстановления / стимула для термостимуляции было выше, чем для стимуляции РЧ-ЭМП в каждый момент времени, при этом это значение превышало 1 на 3-й и 5-й неделях (Рис. 3D). Это, вероятно, коррелирует с отложенным охлаждением, вызванным более сильным повышением температуры. Кроме того, тенденция временной зависимости отношения теплового восстановления / стимула не следует таковому для РЧ ЭДС, подразумевая, что другой функциональный механизм отвечает за остаточные ответы в случае двух стимулов.

Образование невромы приводит к повышенной экспрессии каналов TRPV4

Наши предыдущие результаты показали, что боль, вызванная РЧ-ЭМП, опосредована тепловой аллодинией. Аллодиния после перерезки нерва является результатом местной секреции воспалительных цитокинов, таких как фактор некроза опухоли альфа (TNF-α) и интерлейкин 1-бета (IL-1β). Было показано, что как TNF-α, так и IL-1β вносят вклад в аллодинию [15,16] и термическую гипералгезию [17], в частности, за счет нарушения регуляции экспрессии термочувствительных каналов [18–20] и теплового потенцирования сенсорных функций. афференты [20,24].Такому нарушению регуляции подвержены несколько семейств термочувствительных ионных каналов, в том числе члены семейства TRP. Поскольку повышение температуры, связанное со стимулом RF EMF, не равнозначно вредному тепловому стимулу, мы предположили, что могут быть задействованы каналы TRPV4, поскольку эти каналы экспрессируются в афферентах сенсорных нервов и ганглиях задних корешков, активируются температурными изменениями в физиологическом диапазоне. (<40 ° C) и вызывают невропатическую боль [21,25].

Мы подтвердили путем иммуномечения невромы 8-недельного возраста четырехкратное увеличение экспрессии каналов TRPV4 в луковице нейрома (1.7 X 10 ⁵ точек / мм ² ; p <2,1 × 10 ^-9 ) по сравнению с контрлатеральным здоровым большеберцовым нервом (0,4 × 10 ⁵ точек / мм ² ; рис. 4G). Как и ожидалось, окрашивание DAPI показало значительное привлечение ненейронных клеток в луковицу невромы по сравнению со здоровым большеберцовым нервом (рис. 4G). Эти данные предполагают, что постампуционная боль, вызванная РЧ-ЭМП, может быть опосредована термической активацией каналов TRPV4.

Рис. 4. Повышенная экспрессия каналов TRPV4 и привлечение ненейронных клеток в 8-недельную ампутационную неврому.

Репрезентативные конфокальные изображения (60x с 2-кратным увеличением сканирования) ядер клеток, окрашенных DAPI ((A, D), синий) и каналов TRPV4 ((B, E), золото) в неповрежденной ткани большеберцового нерва и в луковице невромы, соответственно. Масштабная линейка соответствует 15 мкм. (G) Средняя плотность ядер и каналов (точек) TRPV4 в неповрежденных тканях большеберцовой кости и невромы (n = 12). Сравнение плотности проводили с помощью t-критерия для двух выборок (** p <0,01).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0144268.g004

RF EMF вызывает выбросы кальция с более высоким порогом в диссоциированных нейронах DRG

Клеточный механизм, посредством которого нагревание ткани, особенно в сочетании с повреждением нерва, вызывает боль, может включать ряд различных клеток, включая макрофаги, шванновские клетки, фибробласты, а также сенсорные аксоны.Чтобы определить, достаточно ли стимула RF EMF для модуляции спонтанной активности первичных сенсорных нейронов, мы провели эксперименты по визуализации кальция на диссоциированных нейронах DRG. Клетки инкубировали с Fluo-3 и визуализировали при 1 Гц (20x, 488 нм возбуждение) в контролируемом окружающей средой (37 ° C, 5% CO ₂ ) инкубаторе с верхним столиком через 7 дней после культивирования. Интервалы оценки соответствовали тем, которые использовались в поведенческих анализах (2-минутный исходный уровень, 10-минутный стимул и 10-минутное восстановление).В качестве отрицательного контроля эксперименты по визуализации кальция также проводились без применения РЧ-ЭМП (рис. 5).

Рис. 5. Влияние RF EMF на спонтанную импульсную активность диссоциированных сенсорных нейронов DRG в отсутствие и в присутствии воспалительного цитокина TNF-α.

(A) Репрезентативное конфокальное изображение диссоциированных нейронов DRG после 15 мин инкубации с 5 мкМ Fluo-3 AM (шкала = 15 мкм). (B) Несглаженный ΔF / F для одной ячейки. Скачки коррелируют с увеличением концентрации внутриклеточного кальция.(C) Пики на активную ячейку рассчитаны на 0,35 для РЧ ЭДС «ВЫКЛ» (n = 163) или «ВКЛ» (n = 232). Спайки сохранялись после удаления радиочастотного стимула, что соответствовало наблюдениям в ходе поведенческих тестов. (D) Больший процент нейронов DRG был активен, когда стимул RF EMF применялся к культурам, перфузированным воспалительным цитокином TNF-α (10 нг / мл).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0144268.g005

Рис. 5A представляет собой типичное изображение диссоциированных нейронов DRG после инкубации с Fluo-3.Графики ΔF / F (рис. 5B) показали, что спонтанные всплески внутриклеточной концентрации кальция были обычными в случаях отсутствия RF, а также при применении RF. Значительно более высокая частота всплесков наблюдалась при применении стимула RF EMF (порог всплеска = 0,35, рис. 5C). Этот результат предполагает, что стимуляции RF EMF достаточно, чтобы напрямую вызвать более высокую пороговую активность в диссоциированных нейронах DRG без функциональной сенсибилизации.

Деполяризация, вызванная РЧ-ЭМП, усугубляется TNF-α

Чтобы лучше моделировать условия воспалительного поражения, эксперименты по визуализации кальция были также проведены при остром и хроническом присутствии воспалительного цитокина, TNF-α.В острых экспериментах TNF-α перфузировали в культуру DRG в течение 1 минуты до достижения конечной концентрации 10 нг / мл. Было показано, что эта концентрация вызывает повышенную чувствительность как при острых, так и при хронических заболеваниях. Наблюдалось 25% -ное процентное увеличение количества клеток-пиков в ответ на RF EMF + TNF-α (рис. 5D) на 4-й минуте. Повышенные значения, индуцированные TNF-α, статистически различались, на что указывает парный знаковый ранговый тест Вилкоксона (p = 0,03). В хронических экспериментах нейроны DRG, культивированные с TNF-α в течение 50 часов, показали повышенную среднюю скорость и амплитуду пиков по сравнению с острыми или контрольными экспериментами.Однако не наблюдалось значительной разницы в скорости добавления пиков, амплитуде пиков или процентном содержании активных клеток между группами RF Applied и No RF (данные не показаны). Эти результаты предполагают, что RF EMF в сочетании с острым TNF-α приводит к большему количеству активных сенсорных нейронов, но что хронического воздействия только этого цитокина недостаточно, чтобы вызвать гиперчувствительность RF EMF.

Было показано, что активность кальция среди глиальных клеток может модулировать порог активности окружающих сенсорных нейронов.Следовательно, модулированные потенциалы покоя для ненейрональных клеток могут влиять на потенцирование сенсорных нейронов. S2A-S2H Фиг. 2 показывает два набора ненейрональных клеток DRG, присутствующих в культурах во время экспериментов по визуализации хронического TNF-α кальция. Было обнаружено, что внутриклеточная концентрация кальция в этих клетках постепенно смещается в течение всего времени воздействия РЧ ЭМП. Клетки, показанные на фиг. S2A-S2D, показали примерно 150% -ное увеличение интенсивности флуоресценции, в то время как клетки, показанные на фиг. S2E-S2H, показали почти 100% -ное снижение интенсивности флуоресценции.Такие резкие и устойчивые сдвиги в базовых уровнях внутриклеточной концентрации кальция среди ненейрональных клеток во время и после стимуляции RF EMF могут влиять на активность соседних сенсорных нейронов in vivo .

Обсуждение

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP) приняли пороговые значения воздействия ЭМП на рабочем месте и в окружающей среде на основе удельного коэффициента поглощения энергии (SAR) тканью или системой органов [26].Следовательно, современные стандарты безопасности тесно связаны с повышением температуры ткани из-за прямого поглощения ЭМП. Однако эти стандарты и руководящие принципы в значительной степени игнорируют потенциальные эффекты, которым подвержены пострадавшие от травм или неисправных тканей. На сегодняшний день клинические сообщения или отчеты о случаях пост-невротомии или невропатической боли, вызванной ЭМП, широко игнорируются. Вероятно, это связано с тем, что были проведены многочисленные провокационные исследования, посвященные неофициальным сообщениям о гиперчувствительности к электромагнитным полям среди населения в целом.Эти исследования не предоставили доказательств того, что люди с заявленной гиперчувствительностью к ЭМП способны обнаружить присутствие ЭМП или что они испытывают какой-либо физиологический стресс во время испытаний провокации ЭМП [27,28].

Впервые в слепом исследовании на животных мы подтвердили отдельные сообщения о том, что антропогенные РЧ-ЭМП способны вызывать боль после нейротомии. Кроме того, мы подтвердили, что передача сигналов о боли, вызванная РЧ-ЭМП, частично опосредована нервом, поскольку боль была успешно прервана местной анестезией лидокаином.Однако тот факт, что боль, вызванная РЧ-ЭМП, была вызвана уже на 1-й неделе послеоперационного периода, предполагает, что болевые реакции не полностью зависят от образования «созревшей» луковицы невромы, поскольку болезненные невриномы обычно требуют нескольких недель или даже месяцев, чтобы сформироваться и образоваться. становятся симптоматическими. По той же причине также маловероятно, что болевые реакции вызваны эпаптическими перекрестными помехами между регенерированными немиелинизированными нервными волокнами в месте луковицы невромы. Эти результаты, однако, не исключают вклада формирования невромы в прогрессирование боли, вызванной РЧ-ЭМП.Напротив, он проясняет тот факт, что невропатия приводит к массивному разрушению периневрия, подвергая нервные волокна действию воспалительных цитокинов и усиливая болевой ответ в острой воспалительной фазе после ампутации. Этот начальный воспалительный ответ уменьшается со временем, поскольку гемато-нервный барьер восстанавливается. Мы показываем, что развитые невриномы состоят в основном из тонко и немиелинизированных аксонов, которые выражают повышенные уровни каналов TRPV4. Эти неспецифические катионные каналы нарушают регуляцию и становятся гиперчувствительными после воздействия воспалительных цитокинов, таких как TNF-α и IL-1β, и поэтому могут опосредовать термическую аллодинию из-за даже небольшого повышения температуры.Этот тип изменения экспрессии и функции каналов не является исключительным при травмах, связанных с перерезкой нерва. Таким образом, это исследование предполагает, что критериям сенсибилизации РЧ-ЭМП могут соответствовать другие типы острого и / или воспалительного повреждения нервов и более общая категория состояний невропатической боли.

Наши данные о том, что стимул РЧ ЭМП с частотой 915 Гц вызывает боль при острых нервных повреждениях, а также при развивающихся невромах, позволяют предположить, что этот подход может быть эффективным инструментом для диагностики развивающейся нейропатической гиперчувствительности и служить ранним подтверждением пост-нейротомии. стратегии вмешательства.Чтобы полностью определить использование этого подхода в качестве диагностического инструмента, в будущих исследованиях следует сравнить этот тип РЧ ЭМП с другими доступными технологиями, такими как транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС), которая, как было показано, является эффективным инструментом для диагностики «активной» культи. неврома после операции ампутации [29].

Эксперименты in vitro продемонстрировали, что сенсорные нейроны DRG напрямую восприимчивы к значительному увеличению частоты высокопороговых переходных процессов кальция во время воздействия РЧ-ЭМП.Важно отметить, что этот ответ усугублялся присутствием воспалительного цитокина TNF-α, поскольку более высокий процент нейронов DRG был активен во время стимуляции RF EMF. Это говорит о том, что несколько децентрализованных механизмов могут быть активированы согласованно под воздействием РЧ-ЭМП-стимула; как термические, так и атермальные. Недавно сообщалось о нескольких атермических эффектах воздействия РЧ ЭМП, включая активацию белков теплового шока [30], снижение пролиферации клеток [31], повреждение ДНК [32] и протеомные изменения [33].Однако убедительность этих атермальных результатов страдает от отсутствия независимой воспроизводимости, что, скорее всего, связано с отсутствием согласованной дозиметрии в этой области исследований, которая все еще находится в стадии роста [34,35]. Это особенно важно, поскольку несколько существующих систематических параметрических исследований, предполагающих терапевтические или пагубные эффекты ЭМП, сообщают, что эти эффекты возникают как в пределах амплитудных, так и частотных «окон» [6,36]. Одно из таких исследований продемонстрировало, что применение ЭДС 915 МГц при комнатной температуре приводит к значительной конденсации хроматина, очень имитируя эффекты теплового шока (при 41 ° C) [36].

Заключение

Наше исследование на животных подтверждает анекдотические сообщения о том, что РЧ-ЭМП служат спусковым механизмом для пост-нейротомической боли. Кроме того, это предполагает, что люди, перенесшие повреждение нерва или другие типы патологии периферических нервов, могут быть предрасположены к боли, вызванной РЧ-ЭМП. Тот факт, что неповрежденные животные не проявили реакции на РЧ-ЭМП в этом исследовании, также согласуется с большинством научных отчетов и подавляющим мнением о том, что при нормальных обстоятельствах антропогенные ЭМП в указанном диапазоне не вызывают боли.Таким образом, это исследование предлагает возможное объяснение противоречивых оценок боли, вызванной РЧ ЭМП, и подчеркивает патологию нервов как решающий фактор, способствующий возникновению симптомов, вызванных РЧ ЭМП. Эти результаты могут оказаться ценными при разработке протокола лечения боли у пациента и предоставить информацию для будущих исследований фенотипирования боли с помощью ЭМП.

Материалы и методы

Животная модель и операция TNT

Чтобы смоделировать ампутацию на модели поведения на животных, мы применили модификацию операции по транспозиции невромы большеберцовой кости, описанной Dorsi, et al [37].У нас две причины для изменения хирургической процедуры, предложенные Дорси и др. (1) Мы полагали, что приближение к седалищному нерву через разделение латеральной широкой мышцы бедра и двуглавой мышцы бедра делает процедуру менее агрессивной, поскольку в конечном итоге не требуется туннелирование через ткани для доступа к точке транслокации большеберцовой ветви. (2) Анализы поведенческой реакции на тепловые и радиочастотные ЭМП основывались на поглощении поля. Следовательно, было желательно, чтобы место транслокации перерезанной большеберцовой кости было более «доступным» для стимулов.Из 20 крыс линии Wistar 16 были случайным образом отобраны для проведения операции транспозиции невромы большеберцовой кости (TNT), а оставшимся животным (N = 4) была сделана операция SHAM, как описано в следующем разделе.

Вкратце, животных анестезировали 1,5% изофлураном, а левое бедро брили и стерилизовали 70% этанолом и повидон-йодом. Боковой разрез был сделан на левой задней конечности, начиная примерно на два сантиметра каудальнее бедренной кости и в плоскости, параллельной бедренной кости.Латеральная широкая мышца бедра и двуглавая мышца бедра были разделены, обнажая седалищный нерв, и был изолирован примерно один сантиметр большеберцовой ветви. Большеберцовую ветвь пересекали на уровне подколенной артерии и транспонировали на четырехглавую мышцу, прилегающую к тазовой кости, и фиксировали нейлоновым швом 9–0. Затем мы нанесли удар по двуглавой мышце бедра хромовой кишкой, и кожа была закрыта скобами из нержавеющей стали.

Остальным животным (N = 4) была проведена хирургическая процедура SHAM, при которой большеберцовый нерв обнажали, но не пересекали.Все животные получали идентичный до- и послеоперационный уход, который включал послеоперационное нанесение мази с тройным антибиотиком, инъекцию бупренорфина с замедленным высвобождением (1 мг / кг подкожно, QTD) и ежедневные инъекции профилактического антибиотика (цефазолин, 1 мг). / кг внутримышечно) в течение одной недели. Животных содержали, по одному животному в клетке, в помещении с контролируемым климатом (влажность 60%) при цикле свет / темнота 10:14 часов со свободным доступом к подходящей пище и воде. За здоровьем и благополучием всех животных ежедневно следили исследователи, а раз в неделю — ветеринарный врач.После завершения поведенческих анализов животных успокаивали 1,5% изофлураном и подвергали эвтаназии путем инъекции пентобарбитала натрия (120 мг / кг). Все меры по обращению и содержанию, хирургические процедуры и поведенческие анализы были одобрены Техасским университетом в Арлингтоне и Техасским университетом в Далласском институционном комитете по уходу за животными и их использованию.

Оценка поведенческой реакции

Анализы поведенческой реакции начинались через неделю после хирургических процедур и проводились в один и тот же день каждой недели в течение 8 недель подряд плюс одна хроническая временная точка (28 неделя).Все животные были закодированы, а исследователи остались слепыми. Поведение оценивалось по шкале от 0 до 2, как описано ранее [37]. Вкратце, оценка 0 означает отсутствие ответа. За отрыв левой задней конечности была присвоена оценка 1. Оценка 2 была присвоена за длительное разгибание левой задней конечности (более 1 секунды), тряску или лизание левой задней конечности или вокализацию (S1 Video). Сообщаемый «балл ответа» представляет собой сумму индивидуальных градуированных ответов, наблюдаемых во время РЧ-ЭМП или термической стимуляции.

RF стимуляция ЭМП

Животных по отдельности помещали в прозрачный акриловый ящик с радиочастотной антенной (915 МГц, Andrew RFID-900-SC), закрепленной примерно на 10 дюймов (25,4 см) выше, с достаточным зазором для воздухообмена. Антенна была ослаблена, чтобы обеспечить усредненную по времени максимальную плотность мощности 756 ± 8,5 мВт / м ² , измеренную 3-осевым измерителем напряженности РЧ поля (TM-196, Tenmars, Тайвань). Эта плотность мощности была выбрана на основе измерений максимальной напряженности поля, проведенных возле активной вышки сотовой связи в нашем районе (S1 Рис.).В связи с этим мы измерили внешнее электрическое поле, которое составило 21,5 ± 0,1 В / м, что соответствует SAR 0,36 Вт / кг на поверхности кожи. Хотя при этом не учитывается вклад индуцированных электрических полей внутри ткани, этот SAR примерно в 4 раза меньше рекомендованного в настоящее время максимально допустимого воздействия (1,6 Вт / кг, пространственный пик) для населения в целом [38]. Анализ поведенческой реакции на РЧ-ЭМП состоял из трех экспериментальных интервалов: 2 минуты базового уровня (антенна выключена), 10 минут РЧ-стимуляции (антенна включена) и 10 минут восстановления (антенна отключена).Плотность мощности РЧ ЭМП во время интервалов «отключение антенны» составила приблизительно 350 мкВт / м ² . Общая «оценка поведенческой реакции» была принята как сумма каждой поведенческой реакции в течение периода стимуляции РЧ-ЭМП.

Чтобы определить, может ли происходить кратковременное повышение температуры во время стимуляции РЧ-ЭМП, были проведены измерения температуры кожи с помощью лазерного термометра у 10 случайно выбранных животных перед хирургическими процедурами. Во время интервала «включение антенны» среднее повышение температуры кожи на 2.Наблюдалась 1 ± 0,7 ° C, которая вернулась к значениям, близким к исходному в течение периода восстановления (рис. 2C). Кроме того, измерения внутренней температуры тела (N = 4) показали отсутствие значительной разницы температур (-0,3 ± 0,1 ° C) во время воздействия РЧ-ЭМП, что свидетельствует о том, что повышение температуры, вызванное РЧ-ЭМП, является как кратковременным, так и локализованным.

Термостимуляция

Чтобы охарактеризовать болевую реакцию, вызванную прямой термостимуляцией, под воздействием инфракрасной нагревательной лампы вызывали разницу температур кожи примерно в 5 ° C.Животных по отдельности помещали в прозрачный акриловый ящик с инфракрасной лампой мощностью 125 Вт (Philips, Корея), расположенной на 12 дюймов (30,5 см) над животным. Болевые реакции оценивались в течение трех экспериментальных интервалов: 2 минуты исходного уровня (лампа выключена), 5 минут термической стимуляции (лампа включена) и 5 ​​минут восстановления (лампа выключена). Продолжительность термической стимуляции была выбрана для достижения средней температуры кожи примерно на 5 ° C от исходного уровня и определялась измерениями с помощью лазерного термометра, проведенными на 10 случайно выбранных животных перед операциями TNT.

Лидокаиновая блокада нервной проводимости

контрольных анализов лидокаина проводили через один день после поведенческих анализов «4 недели». Каждое животное подвергали легкой анестезии с использованием 2% изофлуорана и получали подкожную инъекцию 100 мкл 2% лидокаина в область невромы. Приблизительно через 10 минут после выхода из наркоза каждое животное подвергалось анализу поведенческой реакции, как описано выше.

Культура ганглиев дорзального корешка и визуализация кальция

Все экспериментов по визуализации кальция in vitro были выполнены на диссоциированных эмбриональных (E 16–18) нейронах ганглия задних корешков (DRG).Целые эмбриональные мышиные DRG были приобретены у BrainBits, Inc. (BrainBits, США) и ферментативно диссоциированы путем инкубации с 1 мг / мл коллагеназы (Invitrogen, США) при 37 ° C в течение 60 мин. Затем DRG переносили в 0,125% трипсина (Sigma Aldrich, США) и инкубировали при 37 ° C в течение 15 мин. Трипсинизацию гасили добавлением 10% эмбриональной бычьей сыворотки в забуференный солевой раствор Хэнка (Sigma Aldrich, США), а дальнейшую механическую диссоциацию проводили 30-кратным осторожным растиранием с использованием стерильной стеклянной отполированной огнем пипетки Пастера.Диссоциированную ткань собирали центрифугированием при 200 g в течение 3 мин. Затем нейроны DRG ресуспендировали в NbActiv4 (BrainBits, США) плюс 25 нг / мл фактора роста нервов (NGF, Sigma Aldrich, США) и переносили на чашки для культивирования 35 мм со стеклянным дном (In Vitro Scientific, США), которые содержали предварительно покрывали 0,1 мг / мл поли-D-лизина (Sigma Aldrich, США). Диссоциированные культуры DRG подвергали 50% замене среды (NbActiv4 плюс 25 нг / мл NGF) каждые 3 дня и постоянно содержали при 37 ° C и 5% CO2 перед визуализацией.Для визуализации внутриклеточных концентраций кальция диссоциированные DRG инкубировали в течение 15 минут при 37 ° C с 5 мкМ Fluo-3 AM (установленный индикатор Ca ²⁺ , проникающий в клетки) в 250 мкл NbActiv4. Клетки промывали один раз NbActiv4 и среду заменяли перед визуализацией. Все эксперименты по визуализации флуоресцентного кальция проводились на системе конфокального микроскопа Nikon A1R (Nikon, Inc.). На протяжении экспериментов клетки помещали в инкубатор с контролируемой средой (Tokai HIT) при 37 ° C и 5% CO ₂ .Радиочастотная антенна была закреплена на высоте примерно 6 дюймов над инкубатором, установленным на столике. Дозировка РЧ-ЭМП (756 ± 8,5 мВт / м ² при 915 МГц) и график воздействия (2-минутный исходный уровень, 10-минутное радиочастотное воздействие и 10-минутное восстановление) были идентичны тем, которые использовались в анализах поведенческой реакции.

В каждой культуральной чашке было выбрано поле зрения, которое включало 20-60 индивидуально различимых флуоресцентных нейронов DRG. Флуоресценцию флуоресценции флуоресценции флуоресценции возбуждали лазерным диодом с длиной волны 488 нм, и клетки отображали с частотой 1 Гц во всех экспериментальных интервалах.Тела отдельных сенсорных нейронных клеток были очерчены и определены как области интереса (ROI) в программном обеспечении Nikon ND Elements (Nikon, США). Средние значения интенсивности пикселей были измерены для всех наборов данных временных рядов, а значения ΔF / F были рассчитаны путем установления и вычитания зависящей от времени базовой линии флуоресценции для каждой клетки, как описано ранее [39]. Обнаружение пиков выполняли в программном обеспечении Matlab с критериями порогового значения кальциевого выброса, установленными на ΔF / F ≥ 0,15 (если не указано иное).Количественный анализ частоты кальциевых всплесков проводился в новом скрипте Python, а статистический анализ — в программном обеспечении OriginPro 9.0 (Origin Software, США).

Визуализация кальция в присутствии TNF-α

Чтобы оценить потенциальные синергические эффекты воспалительных цитокинов и RF EMF на диссоциированные нейроны DRG, были проведены эксперименты по визуализации кальция в остром и инкубированном присутствии фактора некроза опухоли-альфа (TNF-α, N = 95). Острые синергетические эксперименты по визуализации кальция состояли из четырех экспериментальных интервалов: 2 минуты от исходного уровня (антенна выключена), 1 минута цитокиновой перфузии (до конечной концентрации 10 нг / мл), 10 минут РЧ-стимуляции (антенна включена) и 10 минут. восстановления (антенна выключена).Инкубированные синергетические эксперименты по визуализации кальция проводились после 50 часов инкубации нейронов DRG в 10 нг / мл TNF-α и состояли из трех экспериментальных интервалов: 2 минуты от исходного уровня (антенна выключена), 10 минут РЧ-стимуляции (антенна включена) и 10 минут. минут восстановления (антенна выключена).

Вспомогательная информация

S1 Рис. Измеренная плотность мощности ЭМП (мВт / мм

Желтый выделенный кружок указывает на самое высокое измерение, зарегистрированное в пределах 50 метров от основания башни (763 мВт / мм ² ). Пунктирная линия указывает выбранную нами плотность мощности (750 мВт / мм ² ), выбранную для имитации максимального воздействия базовой станции.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0144268.s001

(TIF)

S2 Рис. Включение / выключение уровней кальция, наблюдаемых в ответ на стимул RF EMF.

(A-D) Ненейрональные клетки, демонстрирующие устойчивый приток внутриклеточного кальция.Изображение (A) показывает базовую интенсивность флуоресценции за 2 минуты до начала воздействия РЧ-ЭМП. Изображения (C-D) иллюстрируют устойчивое увеличение, которое сохранялось после выключения стимула RF EMF (10 мин). (E-H) Возможная микроглия, демонстрирующая устойчивый отток кальция после перфузии 10 нг / мл TNF-α (через 0 мин). Значительно сниженная концентрация внутриклеточного кальция поддерживалась на протяжении всего экспериментального интервала (22 мин).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0144268.s002

(TIF)

S1 Видео. Репрезентативное видео поведенческой реакции на стимул RF EMF.

Оценка «1» за отдергивание прооперированной задней конечности. Оценка «2» присваивалась за длительное разгибание левой задней конечности (более 1 секунды), тряску или лизание левой задней конечности или вокализацию. Ни один поведенческий ответ не получил оценку «0». Сообщаемые оценки поведенческой реакции отражают сумму всех оценок реакции в течение периода стимула.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0144268.s003

(WMV)

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить Шеннон Трин и Мэтта Ли за их неоценимую помощь в уходе за животными и их подготовку, Тере Эдди за ее опыт в гистологии и Дженнифер Зайферт за ее вдумчивые комментарии во время подготовки этой рукописи.

Вклад авторов

Задумал и спроектировал эксперименты: MRO RGV BB. Проведены эксперименты: RGV BRJ BB.Проанализированы данные: MRO BRJ BB. Предоставленные реагенты / материалы / инструменты анализа: MRO EJ. Написал бумагу: MRO BB.

Ссылки

1. 1. Реннелс М.Л., Грегори Т.Ф., Блауманис О.Р., Фудзимото К., Грэди Па. Доказательства «параваскулярной» циркуляции жидкости в центральной нервной системе млекопитающих обеспечиваются быстрым распределением индикаторного белка по всему мозгу из субарахноидального пространства. Brain Res. 1985; 326: 47–63. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/3971148 pmid: 3971148
2. 2.Раджапакша Т.В., Эймер Ва, Бозза Т.С., Вассар Р. Фермент β-секретаза Альцгеймера BACE1 необходим для точного управления аксонами обонятельных сенсорных нейронов и формирования нормальных клубочков в обонятельной луковице. Mol Neurodegener. БиоМед Централ Лтд; 2011; 6: 88.
3. 3. Сюй Х., Рэмси И.С., Котеча С.А. TRPV3 представляет собой проницаемый для кальция термочувствительный катионный канал. 2002; 418: 181–186.
4. 4. Герардини Л., Чиути Дж., Тоньярелли С., Синти К. В поисках идеальной волны: влияние радиочастотных электромагнитных полей на клетки.Int J Mol Sci. 2014; 15: 5366–87. pmid: 24681584
5. 5. Consales C, Merla C, Marino C, Benassi B. Электромагнитные поля, окислительный стресс и нейродегенерация. Int J Cell Biol. 2012; 2012: 683897. pmid: 229

6. 6. Blackman CF. Может ли воздействие ЭМП во время проявления оставить отпечаток в дальнейшей жизни? Electromagn Biol Med. 2006; 25: 217–25. pmid: 17178582
7. 7. Johansen C, Boice JD, Mclaughlin JK, Olsen H. Рак — общенациональное когортное исследование в Дании И.2001; 93: 203–207.
8. 8. Лагорио С., Рёесли М. Использование мобильных телефонов и риск внутричерепных опухолей: анализ согласованности. Биоэлектромагнетизм. 2014; 35: 79–90. pmid: 24375548
9. 9. Yuh W, Fisher D, Shellock FG. Фантомная боль в конечностях, вызванная сильными магнитными полями у человека с ампутированной конечностью. J. Магнитно-резонансная томография. 1992; 2: 221–223. pmid: 1562774
10. 10. Formica D, Silvestri S. Биологические эффекты воздействия магнитно-резонансной томографии: обзор. Биомед Рус Онлайн.2004; 3:11. Pmid: 15104797
11. 11. Мерлинн Ф., Колип Л. Невропатия бедренного нерва, вызванная сотовым телефоном. Kansas J Med. 2013; 84–88.
12. 12. Раджпут К., Редди С., Шанкар Х. Болезненные невриномы. Clin J Pain. 2012; 28: 639–45. pmid: 22699131
13. 13. Нельсон В. Болезненная неврома: восстановление эпиневральной оболочки. J Surg Res. 1977; 23: 215–221. pmid: 886855
14. 14. Foltán R, Klíma K, Spacková J, Sedý J. Механизм развития травматической невромы.Мед-гипотезы. 2008. 71: 572–6. pmid: 18599222
15. 15. Свенссон К.И., Соммер С., Соркин Л.С. Фактор-альфа некроза опухоли вызывает механическую аллодинию после перевязки спинномозгового нерва путем активации p38 MAPK в первичных сенсорных нейронах. J Neurosci. 2003. 23: 2517–2521. pmid: 12684435
16. 16. Вольф Г., Габай Е., Тал М., Йирмия Р., Шавит Ю. Генетическое нарушение передачи сигналов интерлейкина-1 ослабляет невропатическую боль, аутотомию и спонтанную эктопическую активность нейронов после повреждения нервов у мышей.Боль. 2006; 120: 315–24. pmid: 16426759
17. 17. Кресс М. Участие провоспалительных цитокинов, фактора некроза опухоли-α, IL-1β и IL-6, но не IL-8, в развитии тепловой гипералгезии: влияние на вызванное теплом высвобождение пептидов, связанных с геном кальцитонина, из кожи крыс. 2000; 20: 6289–6293.
18. 18. Ли Д.Х., Брорс Д., Якш Т.Л., Соркин Л.С. Повышенная чувствительность поврежденных и соседних неповрежденных первичных сенсорных нейронов крыс к экзогенному фактору некроза опухоли альфа после перевязки спинномозгового нерва.J Neurosci. 2003; 23: 3028–3038. pmid: 12684490
19. 19. Шеферс М., Соркин Л. Влияние цитокинов на возбудимость нейронов. Neurosci Lett. 2008; 437: 188–93. pmid: 18420346
20. 20. Czeschik JC, Hagenacker T, Schäfers M, Büsselberg D. TNF-альфа по-разному модулирует ионные каналы ноцицептивных нейронов. Neurosci Lett. 2008; 434: 293–8. pmid: 18314270
21. 21. Ван Дж, Ван XW, Чжан Y, Инь ЦП, Юэ С. Приток Ca (2+) опосредует путь TRPV4-NO при нейропатической гипералгезии после хронической компрессии ганглия задних корешков.Neurosci Lett. Elsevier Ireland Ltd; 2015; 588: 159–65.
22. 22. Алессандри-Хабер Н., Дина Оа, Йе Дж. Дж., Парада Ка, Рейхлинг Д. Б., Левин Дж. Д. Транзиторный рецепторный потенциал ваниллоида 4 необходим при нейропатической боли, вызванной химиотерапией, у крыс. J Neurosci. 2004. 24: 4444–52. pmid: 15128858
23. 23. Брайерли С.М., Пейдж А.Дж., Хьюз Па, Адам Б., Либрегтс Т., Купер Н.Дж. и др. Избирательная роль ионных каналов TRPV4 в висцеральных сенсорных путях. Гастроэнтерология. 2008. 134: 2059–69.pmid: 18343379
24. 24. Обрежа О, Рати П.К., Губы К.С. IL-1B усиливает токи, активируемые теплом в сенсорных нейронах крыс: участие IL-1RI, тирозинкиназы и протеинкиназы C. FASEB J. 2002; 16: 1497–1503. pmid: 12374772
25. 25. Гу А.Д., Ли Х., Иида Т., Симидзу И., Томинага М., Катерина М. Активация ионного канала, вызванная теплом, TRPV4. J Neurosci. 2002; 22: 6408–6414. pmid: 12151520
26. 26. Баккер Дж. Ф., Паулидес М. М., Нойфельд Е., Христос А., Кустер Н., ван Рун Г. К..Дети и взрослые, подвергающиеся воздействию электромагнитных полей на контрольных уровнях ICNIRP: теоретическая оценка индуцированного пикового повышения температуры. Phys Med Biol. 2011; 56: 4967–89. pmid: 21772085
27. 27. Rubin GJ, Hillert L, Nieto-Hernandez R, van Rongen E, Oftedal G. Проявляют ли люди с идиопатической непереносимостью окружающей среды, приписываемой электромагнитным полям, физиологические эффекты при воздействии электромагнитных полей? Систематический обзор провокационных исследований. Биоэлектромагнетизм.2011; 32: 593–609. pmid: 21769898
28. 28. Нам К.С., Ли Дж. Х., Но Х. В., Ча ЭДж., Ким Н.Х., Ким Д.В. Повышенная чувствительность к радиочастотным полям сотовых телефонов CDMA: провокационное исследование. Биоэлектромагнетизм. 2009; 30: 641–50. pmid: 19551766
29. 29. Paysant J, André J-M, Martinet N, Beis J-M, Datié A-M, Henry S и др. Транскраниальная магнитная стимуляция для диагностики остаточных невром конечностей. Arch Phys Med Rehabil. 2004. 85: 737–742. pmid: 15129397
30. 30. Cotgreave IA.Реакция биологического стресса на радиочастотное электромагнитное излучение: действительно ли мобильные телефоны так (тепло) шокируют? Arch Biochem Biophys. 2005; 435: 227–40. pmid: 15680925
31. 31. Велизаров С., Раскмарк П., Кви С. Воздействие радиочастотных полей на пролиферацию клеток нетепловое. Bioelectrochem Bioenerg. 1999; 48: 177–80. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10228585 pmid: 10228585
32. 32. Лай Х, Сингх Н.П. Мелатонин и соединение спиновой ловушки блокируют вызванные радиочастотным электромагнитным излучением разрывы цепей ДНК в клетках мозга крыс.Биоэлектромагнетизм. 1997. 18: 446–54. Доступно: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9261542 pmid: 9261542
33. 33. Гернер Ч., Хаудек ​​В., Шандл У., Байер Э., Гундакер Н, Хаттер Х.П. и др. Повышенный синтез белка клетками, подвергающимися воздействию электромагнитного поля мобильного телефона на частоте 1800 МГц, обнаруженное с помощью протеомного профилирования. Int Arch Occup Environ Health. 2010; 83: 691–702. pmid: 20145945
34. 34. Фрей А. Взаимодействие электромагнитного поля с биологическими системами.FASEB J. 1993; 7: 272–281. pmid: 8440406
35. 35. Лин JC, редактор. Электромагнитное взаимодействие с биологическими системами [Интернет]. Бостон, Массачусетс: Springer США; 1989. https://doi.org/10.1007/978-1-4684-8059-7
36. 36. Беляев И.Ю., Хиллерт Л., Протопопова М., Тамм С., Мальмгрен ЛОГ, Перссон BRR и др. Микроволны 915 МГц и магнитное поле 50 Гц влияют на конформацию хроматина и фокусы 53BP1 в лимфоцитах человека гиперчувствительных и здоровых людей. Биоэлектромагнетизм.2005. 26: 173–84. pmid: 15768430
37. 37. Дорси MJ, Chen L, Murinson BB, Pogatzki-Zahn EM, Meyer Ra, Belzberg AJ. Модель транспозиции невромы большеберцовой кости (TNT) невромной боли и гипералгезии. Боль. 2008. 134: 320–34. pmid: 17720318
38. 38. Мейсон П.А., Мерфи М.Р., Петерсен Р.С. СТАНДАРТЫ ЗДОРОВЬЯ И БЕЗОПАСНОСТИ IEEE EMF. Proc Asian Ocean Reg EMF Sci Meet. 2001; 1–6.
39. 39. Джиа Х., Рошфор Н.Л., Чен Х, Коннерт А. Двухфотонная визуализация сенсорно-вызванных сигналов дендритного кальция в нейронах коры головного мозга.Nat Protoc. 2011; 6: 28–35. pmid: 21212780

Как изучать меры по улучшению: краткий обзор возможных типов исследований

Изучение улучшения в здравоохранении

Начнем с того, что заметим, что значительная часть работы в области усовершенствования приняла форму редакционных комментариев, повествовательного обзора или философского анализа, а не эмпирических исследований4–8. Среди прочего, была предпринята попытка изложить общую картину. манифест (или манифесты) о том, что могут быть достигнуты усилиями по улучшению, и для выработки оперативных определений ключевых терминов в данной области, таких как те, которые относятся к повышению качества, 7 комплексным вмешательствам, контексту 9–11, 12–14 и так далее.Перекрывающийся корпус работ посвящен разработке теоретической базы для исследований улучшений, включая организационные, инновационные, социальные и поведенческие теории, 15–20, а также механизмы изменений, связанные с вмешательствами по повышению качества.12, 14, 21–32 Небольшой, но важный поток работы сосредоточен на разработке и тестировании инструментов, которые будут использоваться как часть усилий по улучшению, таких как инструменты измерения или аналитические основы для характеристики контекстов, оценка воздействия вмешательств33 или определение готовности организации к трансляции знаний. .34

Из этих литературных источников ясно видно, что изучение вмешательств по улучшению в настоящее время является новой областью, характеризующейся дебатами и разнообразием. Одним из примеров этого является использование термина «наука о совершенствовании» , который, хотя и широко используется, может быть понят и использован множеством разных способов.35 Этот термин часто используется для обозначения методов, связанных с Эдвардсом Демингом, 36 включая такие методы, как Циклы «планирование-выполнение-исследование-действие» (PDSA) и использование методов статистического управления процессами (SPC) 37, 38, но это не единственное их значение. наука об улучшении может также использоваться для обозначения широкой церкви исследований, основанных на исследованиях в области здравоохранения, социальных науках, оценочных исследованиях, психологии и других дисциплинах. Здесь методы Деминга и другие общепризнанные методы достижения улучшений могут рассматриваться как объекты для исследования, а не обязательно как самостоятельные генерирующие научные знания39. Сейчас начинает появляться обширная литература по социальным наукам, которая предлагает важные критические анализы способов улучшения, включая их идеологические основы40, 41 и социальные, этические, профессиональные и организационные последствия, 42 но эта работа не является основным предметом настоящего обзора.Вместо этого мы предлагаем обзор некоторых доступных дизайнов исследований, проиллюстрированных примерами в таблице 1.

Принципы, сильные и слабые стороны и возможности дизайна исследований для улучшающих вмешательств

При дальнейшем изучении того, как можно изучать усилия по улучшению, полезно различать, хотя и эвристически, между проектами повышения качества, где основная цель — обеспечение изменений, и другими типами исследований, где основная цель направлена ​​на оценку и научный прогресс. (Таблица 1).Конечно, практическое и научное не обязательно противоположны или противоречат друг другу, и иногда граница, разделяющая их, размыта. Многие исследования преследуют несколько целей: проекты по повышению качества могут быть направлены на определение того, «работает» ли что-то, а исследования эффективности также могут быть заинтересованы в улучшении. Различия заключаются в основном в основных мотивах, целях и выборе дизайна.

Проекты повышения качества

Определяющей характеристикой проектов повышения качества является то, что они создаются в первую очередь (хотя и не обязательно исключительно) как деятельность по улучшению, а не как исследования, направленные на получение новых знаний: их основная цель и мотив — обеспечить позитивные изменения в определенной услуге.Такие проекты, как правило, сосредоточены на четко определенной проблеме, ориентированы на конкретную цель, в высшей степени практичны и часто, хотя и не исключительно, носят локальный характер.

Многие, хотя и далеко не все, проекты повышения качества используют методы улучшения процессов, адаптированные из отрасли, такие как бережливое производство, шесть сигм и т. Д. Такие проекты часто основаны на постепенных, циклически реализуемых изменениях4, причем циклы PDSA являются особенно популярным методом. PDSA направлен на выбор, внедрение, тестирование и корректировку вмешательства-кандидата4, 43, 44, чтобы определить, что работает в местном контексте, позволить отказаться от вмешательств, которые не работают, и дать возможность оптимизировать и адаптировать те, которые кажутся многообещающими.Сами вмешательства могут быть основаны на различных исходных данных (например, имеющаяся база данных, клинический опыт и знание местного контекста). Вмешательства, полученные на основе циклов PDSA, в принципе могут быть протестированы в различных условиях, чтобы получить знания о реализации и результатах вне контекста происхождения7.

В типичном проекте повышения качества (включая проекты, основанные на PDSA) измерение и мониторинг цели изменения являются ключевыми действиями, что позволяет проектам повышения качества (QI), при правильном их проведении, быть в некотором смысле самооценкой.SPC часто является методом выбора для анализа данных в работе по повышению качества.45 SPC отображает изменения во времени, 46 стремясь объединить «мощность тестов статистической значимости с хронологическим анализом графиков сводных данных по мере их создания» 47. обычно разрабатывается в целях улучшения перспективно, но может также использоваться ретроспективно для оценки данных временных рядов для подтверждения изменений с течением времени.

SPC включает в себя подход к измерению в инициативах по улучшению, а также набор статистических инструментов (контрольные диаграммы, графики прогонов, графики частот и т. Д.) Для анализа и интерпретации данных с целью принятия мер.Он особенно хорошо подходит для работы с динамичным, итеративно развивающимся характером работы по улучшению, в отличие от методов, более ориентированных на статистическую проверку гипотез, связанных с четко определенными и ограниченными вмешательствами. Он признает, что многие клинические и организационные процессы характеризуются некоторыми присущими им случайными вариациями, и в контексте инициативы по улучшению он стремится определить, связано ли какое-либо наблюдаемое изменение с этим присущим изменением (известным как « вариация по общей причине »). или что-то другое (например, вмешательство, известное как «вариация по особой причине»).

Среди инструментов популярны контрольные диаграммы для изображения тенденции данных и предоставления явных критериев для принятия решений об изменениях по общей и частной причине. Различные типы контрольных диаграмм строятся на основе разных статистических распределений для учета различных типов данных 48, 49, но в своей простейшей форме они отображают значения интересующей переменной из измерений, проводимых регулярно с течением времени, и обычно снабжены аннотациями, чтобы показать когда произошли различные события (например, исходный период и введение вмешательства).Они включают горизонтальную линию, показывающую среднее значение показателя за определенные периоды времени. Контрольные пределы, нижний и верхний, обычно устанавливаются на уровне ± 3 SD от распределения, которому должны следовать данные. Затем внимание уделяется определению того, указывают ли значения за пределами контрольного предела (с очень малой вероятностью ошибки), что в системе произошло изменение, 47, 50, 51 с использованием «правил», которые позволяют обнаруживать отклонения в показателе, которые маловероятны. быть следствием нормального изменения. Например, базовые измерения могут показать, что время между отпуском рецепта и выдачей лекарств домой демонстрирует внутреннюю изменчивость, которую можно описать как «общую причину»; это нормальный уровень изменчивости процесса.Когда правило нарушается (что указывает на то, что произошло отклонение), расследование может выявить основную особую причину. Например, особой причиной может быть введение вмешательства (такого как обучение персонала), которое, по всей видимости, ведет к улучшению или ухудшению состояния. Если никакие правила не нарушены, говорят, что система находится под статистическим контролем: проявляются только вариации по общей причине.

Доступно руководство по количеству требуемых точек данных, включая минимальное количество событий в зависимости от средней производительности процесса, а также по типам контрольных диаграмм, необходимых для работы с нечастыми событиями, а также по построению и интерпретации правил и правила нарушаются.45, 49 Это важно, потому что необходимо позаботиться о том, чтобы обеспечить доступность достаточного количества точек данных для надлежащего анализа и использовать правильные правила: контрольная диаграмма с 25 точками времени с использованием контрольных пределов 3SD имеет общий вероятность ложного срабатывания 6,5% .47 Контрольная диаграмма со слишком малым количеством точек данных может привести к ошибке типа I, предполагая, что вмешательство оказало влияние на систему, когда оно не повлияло. Также возможны ошибки типа II, при которых делается ошибочный вывод об отсутствии улучшения.Также необходима осторожность при использовании SPC на нескольких площадках, где может возникнуть необходимость в корректировке различий между площадками (что требует более формального анализа временных рядов), и при выборе исходных периодов времени и периодов времени после вмешательства: это не должно выполняться произвольно. или post hoc, поскольку это значительно увеличивает риск систематической ошибки.

Отнесение любых наблюдаемых изменений к вмешательству может быть дополнительно осложнено другими факторами, помимо вмешательства, которые могут вмешиваться в изучаемую систему и нарушать модель поведения данных.Для понимания изучаемой системы могут потребоваться качественные или количественные исследования. Качественный анализ может быть особенно ценным для углубления понимания механизмов изменений и выявления причин, по которым те или иные вмешательства работали или не работали.52

Проекты повышения качества могут публиковаться в виде отчетов об улучшении качества. Эти отчеты представляют собой отличительную форму публикации, они принимают форму и структуру, отличную от большинства исследовательских отчетов в биомедицинской литературе, и руководствуются собственным набором руководящих принципов публикации.53 отчета QI предоставляют доказательства того, что проекты по повышению качества могут приносить ценные результаты на практике, особенно в местных условиях.54–58 Они могут быть особенно полезны в предоставлении «доказательства концепции», которая затем может быть проверена в более крупных исследованиях или воспроизведена в новые настройки. Тем не менее, проекты по повышению качества и их отчеты не беспроблемны. Несмотря на их популярность, точность и качество отчетов о циклах PDSA остаются проблематичными 59, а качество измерения и интерпретации данных в проектах по повышению качества часто крайне низкое.Кроме того, заявления об улучшении иногда намного сильнее, чем оправдано: 60 контрольных диаграмм и рабочих диаграмм предназначены не для того, чтобы брать выборку из фиксированной совокупности, а, скорее, для измерения постоянно меняющейся системы причин. Именно это свойство делает их подходящими для оценки инициатив по улучшению 38, но необходимо с осторожностью относиться к результатам проектов повышения качества как к новым знаниям, которые можно обобщить 2, 35, 44

Еще одним ограничением является то, что многие проекты улучшений, как правило, демонстрируют относительно небольшую озабоченность теоретической базой для прогнозирования и объяснения механизмов изменений, задействованных в вмешательствах.Теории изменений в отчетах об улучшении качества часто представлены в достаточно этиолированной форме, например, в виде логических моделей или диаграмм драйверов, которые не проясняют лежащие в основе механизмы. Отсутствие понимания того, что приводит к изменениям, является серьезной проблемой для обучения и воспроизведения.61

Оценочные исследования

Оценочные исследования можно отличить от проектов повышения качества по их характерному дизайну исследований и их явной ориентации на оценку, а не только на улучшение.Некоторые из них задумываются с самого начала как исследовательские проекты: они мотивированы и явно направлены на проверку гипотезы или иным образом генерировать новые знания. Другие исследования представляют собой оценку проектов улучшений, когда исследование эффективно « обертывается » вокруг проекта улучшения, возможно, по заказу спонсора проекта улучшения и проводимым оценщиками, которые являются внешними по отношению к проекту и независимыми от него.62 Эти две категории оценочных проектов конечно, не являются сложными и быстрыми, но они часто ограничивают выбор дизайна исследования.Доступные проекты различаются с точки зрения их целей, их требований к внутренней и внешней обоснованности и легкости, с которой они осуществимы, учитывая упрямые реалии внутреннего и внешнего контекстов здравоохранения.

Рандомизированные контролируемые испытания (РКИ) случайным образом распределяют участников по группам вмешательства и контрольной группе, которые затем получают одинаковое лечение, независимо от вмешательства. Испытания в области улучшения, ценимые за их потенциальную способность делать прямые выводы о причинно-следственной связи, обычно носят прагматический характер, поскольку вмешательства обычно предпринимаются в «реальных» условиях обслуживания.РКИ могут быть особенно подходящими, когда вмешательства рассматриваются для широкого использования на основании их достоверности и ранних или предварительных данных.63 Для работы по улучшению они часто являются дорогостоящими и не всегда необходимыми, но они по-прежнему имеют большое значение для повышения качества, исходя из их возможностей. путем рандомизации, чтобы иметь дело с влиянием на исходы важных неизвестных факторов, влияющих на пациентов, поставщиков медицинских услуг и организаций64. из-за стоимости или возможного воздействия на пациентов.

, конечно, редко бывает просто разработать и провести 65–68, и особенности испытаний, которые могут иметь решающее значение в контексте лекарственных препаратов, такие как рандомизация, однократное или двойное ослепление, могут оказаться непрактичными или нерелевантными, когда вмешательство в предоставление медицинских услуг, в то время как другие, такие как ослепление экспертов, будут оставаться важными. РКИ в службах здравоохранения также сталкиваются с проблемами заражения внутри и между учреждениями, а также с убеждением учреждений принять участие или участвовать в рандомизации, особенно если у них ранее были сильные убеждения в отношении вмешательства.Хотя с некоторыми из этих проблем можно справиться с помощью дизайна исследования, они остаются нетривиальными.

Кластерные рандомизированные испытания были рекомендованы некоторыми в качестве альтернативы классическому дизайну РКИ для изучения вмешательств по улучшению.69–72 Эти планы направлены на рандомизацию центров или отделений, а не отдельных лиц, тем самым помогая избежать некоторой контаминации, которая может произойти. когда рандомизация происходит в настройках. Дизайн действительно по техническим причинам требует большего размера выборки.73 При прочих равных условиях большое количество маленьких кластеров лучше, чем небольшое количество больших кластеров, но увеличение количества кластеров может быть очень дорогостоящим. Дизайн также усложняет анализ результатов, поскольку допущение о независимости наблюдений, на которое опираются классические статистические методы, небезопасно.64, 65, 74

Также можно использовать такие варианты, как , ступенчатый клин, и другие, каждый из которых имеет свои сильные и слабые стороны с точки зрения их практического применения и выводов, которые можно сделать.64, 65, 75 Дизайн исследования с использованием ступенчатого клина особенно перспективен как подход к оценке вмешательств по улучшению. В высшей степени прагматичный дизайн, он состоит из последовательного развертывания вмешательства в кластеры (организации), так что все кластеры получают вмешательство к концу исследования76. Конструкция ступенчатого клина имеет много сильных сторон, в том числе ее заверение для организаций, которые никто не будет лишен вмешательства, что снизит сопротивление рандомизации в контрольную группу.Это особенно выгодно, когда материально-технические, практические или финансовые ограничения означают, что поэтапная реализация вмешательства будет полезной и может даже использоваться как часть прагматичного, нефинансируемого подхода к реализации вмешательства. С другой стороны, это, вероятно, приведет к более длительному испытательному периоду, чем более традиционные конструкции, и к дополнительной статистической сложности.75

Несмотря на многообещающий дизайн испытаний для оценки вмешательств по повышению качества, качество исследований с использованием этих методов часто было разочаровывающим.Относительно недавний систематический обзор 142 испытаний стратегий повышения качества или финансовых стимулов для улучшения ведения взрослых амбулаторных пациентов с диабетом выявил, что почти половина испытаний была оценена как имеющая высокий риск систематической ошибки, и подчеркнула необходимость улучшения отчетности о качестве. исследования улучшения.77 Одна из основных проблем при развертывании испытаний в исследовании улучшения заключается в том, что вмешательства по улучшению могут иметь тенденцию видоизменяться с течением времени в ответ на обучение, но большая часть методологии испытаний основана на предположении о стабильном, четко определенном вмешательстве, и может не дать достаточного признания взаимозаменяемости между вмешательством и контекстом.

Квазиэкспериментальные модели 64, 65 могут быть привлекательным вариантом, когда испытания невозможны, хотя они действительно означают, что у исследователей меньше контроля над смешивающими факторами. Квазиэкспериментальные планы, часто встречающиеся в исследованиях улучшений64, 65, включают неконтролируемые и контролируемые исследования до и после, а также планы временных рядов.

Неконтролируемые исследования до и после просты. Они включают измерение интересующих переменных до и после вмешательства в тех же исследовательских центрах, исходя из предположения, что любое различие в измерении «после» по сравнению с «до» связано с вмешательством.64, 65 Их недостаток заключается в том, что они не учитывают светские тенденции, которые могут происходить одновременно, 66 что остается важной проблемой, определяющей, действительно ли конкретное вмешательство или программа привели к улучшению по сравнению с изменениями, которые происходили в любом случае.78, 79

Контролируемые исследования «до и после» имеют важные преимущества перед неконтролируемыми. Их многочисленные сильные стороны в изучении улучшений66, 80 включают повышенную способность обнаруживать эффекты вмешательства, а также контролировать факторы, влияющие на факторы, и вековые тенденции, особенно в сочетании с анализом разницы в различиях.62, 81 Однако найти подходящие средства контроля зачастую непросто.64–66, 80, 82 Частой проблемой, приводящей к неадекватным средствам контроля, является выбор исключительно на основе самых поверхностных структурных характеристик медицинских единиц, таких как размер, уровень преподавания и т. Д. местоположение и т. д. Выбор соответствующих характеристик также должен производиться на основе предполагаемых гипотез относительно механизмов изменения, задействованных в вмешательстве, и контекстуальных влияний на то, как они работают (например, информатика, организационная культура и т. д.).Анализ базового качества в разных организациях также имеет фундаментальное значение, поскольку несопоставимые исходные данные или подверженность вековым тенденциям могут привести к неверному отнесению эффектов к оцениваемым вмешательствам.

Квазиэкспериментальные планы временных рядов и продольные планы наблюдений основаны на нескольких последовательных измерениях с целью отделения эффекта вмешательства от вековых тенденций.83, 84 Часто возникает вопрос, может ли это быть более выгодным и когда это будет. к анализу временных рядов вместо методов SPC, характерных для проектов QI, которые мы обсуждали ранее.Методы SPC действительно могут отслеживать тенденции, но при исследованиях с участием нескольких сайтов возникают проблемы, поскольку существует сложность корректировки смешивающих переменных между сайтами. Проект QI в небольшой микросистеме (например, в больничной палате) обычно имеет небольшие размеры выборки, которые компенсируются проведением большого количества измерений. Однако крупномасштабное усилие, такое как совместное развертывание QI с крупным вмешательством QI, может быть лучше, если использовать более крупные размеры выборки и традиционные методы временных рядов.Другие статистические методы для лонгитюдного анализа могут также позволить идентифицировать изменения в тенденциях, связанных с вмешательством, с учетом автокорреляции между наблюдениями и сопутствующими факторами.64–66, 85, 86 Наблюдательные лонгитюдные планы могут быть особенно полезны при исследовании устойчивости улучшение качества.87

Систематические обзоры исследований по улучшению, независимо от того, включают ли они метаанализ, сейчас начинают появляться, 88–92 и, вероятно, сыграют важную роль в предоставлении обзоров доказательств в поддержку конкретных вмешательств или методов достижения изменений.Такие обзоры потребуют значительной сложности; низкое качество и противоречивые систематические обзоры могут возникнуть без вдумчивой, немеханической оценки включенных исследований, подробного описания вмешательств и контекстов реализации, а также без учета комбинаций нескольких компонентов и их взаимодействия. Использование методов синтеза, которые допускают больше критики и концептуального развития, может быть особенно полезным на данном этапе становления этой области.93, 94

Изучение вмешательств по улучшению, конечно, не должно ограничиваться количественной оценкой эффективности вмешательств.Область оценки программ — богатый, но недостаточно используемый источник планов исследований и идей для изучения мер по улучшению. Начиная с 1960-х годов, эта область выявила как преимущества, так и проблемы использования традиционных, эпидемиологических экспериментальных методов оценки социальных вмешательств.95, 96 Она развивалась в основном в контексте оценки социальных программ (в том числе в данной области). благосостояния, правосудия и образования), и он имеет тенденцию быть прагматичным в отношении того, что возможно, когда приоритетом является выполнение программы, а не ответ на исследовательский вопрос, о влиянии внешнего контекста и о изменчивости вмешательств с течением времени. Программы далеко не такие аккуратные и удобные, как ожидает оценщик. И внешние обстоятельства не столь пассивны и не важны, как ему того хотелось бы. Возникают целые взводы неожиданных проблем. 97

Область оценки программ требует теоретического подхода к оценке, который, помимо определения того, работает ли что-то, также стремится объяснить лежащие в основе механизмы или то, как это работает.98 Таким образом, она предлагает много уроков для тех, кто проводит исследования инициативы и проекты по улучшению, в том числе необходимость следить за тем, что происходит при реализации программы или вмешательства (известное как оценка процесса), и с точностью, с которой они были реализованы.Например, список основных задач оценки, составленный Кэрол Вайс99 (вставка 2), по-прежнему очень важен для тех, кто изучает работу по улучшению в здравоохранении.

Логика анализа Кэрол Вайс при оценке 99

• Что происходило в программе с течением времени? Описание .

  • А. Актеры

  • B. Деятельность и услуги

  • C. Условия эксплуатации

  • Д.Устный перевод участников

• Насколько точно программа следовала своему первоначальному плану? Сравнение .

• Улучшились ли получатели? Сравнение .

  • A. Различия между предпрограммой и постпрограммой

  • B. (Если данные собирались в несколько периодов времени) Скорость изменения.

  • C. Что означало улучшение (или отсутствие улучшений) для получателей?

• Получатели справились лучше, чем не получатели? Сравнение .

  • A. Проверка исходных условий на сопоставимость

  • B. Различия в двух группах между предварительной программой и постпрограммой

  • C. Различия в темпах изменения

• Наблюдаются ли изменения из-за программы? Исключение конкурирующих объяснений .

• Чего стоило относительное улучшение получателей? Анализ рентабельности или рентабельности .

• Какие характеристики связаны с успехом? Разбивка данных .

  • A. Характеристики получателей, связанные с успехом

  • B. Виды услуг, связанных с успехом

  • C. Окружающие условия, связанные с успехом

• Какие комбинации действующих лиц, услуг и условий связаны с успехом и неудачей? Профилирование .

• Какие процессы происходили с течением времени? Моделирование .

• Какие неожиданные события и результаты наблюдались? Обнаружение непредвиденных эффектов .

• Каковы пределы выводов? К каким группам населения, местам и условиям выводы необязательно применимы? Изучение девиантных дел .

• Каковы последствия этих выводов? Что они означают на практике? Устный перевод .

• Какие рекомендации содержат выводы по изменениям в программе и политике? Модные рекомендации .

• Какие новые стратегии и программные усилия по решению социальных проблем подтверждают выводы? Анализ политики .

Оценка процесса — особенно важная особенность оценки вмешательств по улучшению. Такие оценки позволяют исследовать компоненты интервенций, а также точность и единообразие их реализации, а также проверять гипотезы, касающиеся механизмов изменений, связанных с компонентами интервенций, уточняя теорию и повышая эффективность стратегии.70 В идеале они должны быть включены в исследования эффективности, добавляя информацию, чтобы прояснить, действительно ли целевая группа получила запланированные мероприятия, опыт лиц, ответственных за осуществление вмешательства, а также тех, кто его получил, и какие факторы препятствовали или способствовали эффективности70. Оценка процесса может сочетать в себе ряд методов исследования и поперечные или продольные планы, включая опросы среди менеджеров, медицинских работников и пациентов, а также измерение переменных посредством интервью, прямого наблюдения или обзора медицинских карт.

Использование качественных методов бесценно для понимания того, какую форму принимает меры по повышению качества на практике, а также для предоставления данных о том, почему и как запланированные мероприятия успешны или нет.100 Использование таких методов, как интервью, этнографические наблюдения, и документальный анализ, качественные исследования могут быть в состоянии зафиксировать степень точности реализации вмешательств на разных организационных уровнях, а также объяснить механизмы вовлеченных изменений.«Триангуляция» сбора и интерпретации данных с использованием количественного и качественного подходов делает результаты более надежными и убедительными.62 Явное обоснование формальной теории, вероятно, поддержит более полное понимание того, как вмешательства, как ожидается, будут иметь значение и будут способствовать улучшению ситуации. создание базы знаний для улучшения. Теория социальных наук в сочетании с использованием качественных методов особенно полезна для вывода на поверхность имплицитных теорий изменений, которых придерживаются практикующие врачи, и для отделения эмпирических фактов от нормативных суждений.101

Наконец, экономических оценок вмешательств по повышению качества, таких как те, которые сосредоточены на клинических вмешательствах или программах здравоохранения, в основном связаны с оценкой того, оправданы ли дифференцированные инвестиции в вмешательство перед лицом той дифференциальной выгоды, которую оно приносит102–106 Качество Инвестиции в улучшение конкурируют с другими возможными приложениями ресурсов здравоохранения, и экономический анализ необходим для обоснования рациональных решений о вмешательствах, в которые следует инвестировать, чтобы принести наибольшие выгоды, и даже о том, будут ли ресурсы лучше использоваться для других социальных целей.Вопреки общепринятым предположениям, усилия по повышению качества, особенно те, которые сосредоточены на безопасности, могут не привести к экономии средств, возможно, из-за постоянных затрат типичного медицинского учреждения; QI может генерировать дополнительные возможности, а не экономию.107 Однако исследований по-прежнему не хватает, например, мало качественных сравнительных экономических анализов стратегий повышения безопасности в учреждениях неотложной помощи, возможно, отчасти из-за дополнительных методологических проблем. связанные с их оценкой.108, 109, 110

Выводы

В этом обзоре был определен широкий спектр дизайнов исследований для изучения улучшения в здравоохранении. Мелкомасштабные проекты повышения качества остаются доминирующим подходом, но их необходимо проводить и лучше сообщать, а также следует проявлять соответствующую осторожность при обращении с данными таких проектов как с эквивалентными стандартным для исследований доказательствам. Эпидемиологическая парадигма предлагает ряд экспериментальных, квазиэкспериментальных и наблюдательных дизайнов исследований, которые могут помочь в определении эффективности вмешательств по улучшению.Исследования, использующие эти схемы, обычно стремятся определить, произошло ли улучшение, и если да, то может ли оно быть связано с исследуемым вмешательством (ями); эти методы менее подходят для исследования вопросов «почему» или «как» произошло какое-либо изменение. Они наиболее эффективны, когда позволяют проводить измерения с течением времени и контролировать смешивающие переменные. Но такие исследования, особенно те, которые используют больше экспериментальных дизайнов, часто трудно проводить в контексте многих мероприятий по улучшению.Вмешательствам, которые целенаправленно развиваются с течением времени, что является общей чертой вмешательств по повышению качества, не хватает многих стабильных характеристик, обычно предполагаемых для исследований эффективности. В планах на основе испытаний могут недооцениваться слабые границы, разделяющие контекст и вмешательство, а также множественные взаимодействия, которые имеют место между ними. Учитывая сложную роль контекста в повышении качества, может быть очень трудно установить внешнюю валидность. Количественные и качественные методологические подходы могут играть взаимодополняющую роль в оценке того, что работает, как и в каких контекстах, 111 и область оценки программ остается недостаточно используемым в качестве источника методов изучения улучшений.Оценка программы особенно важна, поскольку подчеркивает необходимость теоретически обоснованных исследований, а также внимания к реализации и точности вмешательств.

Многого можно было бы достичь, повысив точность применения существующих проектов на практике, как это видно на примере циклов PDSA. Слишком часто циклы PDSA придумываются как форма пилотного тестирования, а не формальные шаги, руководствуясь явными a priori теориями о вмешательстве, слишком часто о них сообщают как о « черном ящике », слишком часто стратегии измерения плохие и не соответствуют требованиям. даже с базовыми стандартами сбора и интерпретации данных, и слишком часто сообщаемые заявления о масштабах улучшений не подтверждаются дизайном.Эти ограничения действуют как угрозы как для внутренней, так и для внешней достоверности, ставят под угрозу репутацию области, а также препятствуют обучению. По крайней мере, следует проявлять большую осторожность, заявляя о возможности обобщения или достижениях таких проектов.

По мере развития исследования улучшений согласование прагматизма и строгости научных исследований становится важной целью, но необходимо разумно искать компромиссы, принимая во внимание поставленные цели и выводы, которые необходимо сделать.Еще многое предстоит изучить, и количественные и качественные исследователи будут играть важную и дополняющую роль в решении многих вопросов, на которые еще нет ответа.90, 100, 111–114

Разработка ориентированных на здоровье пределов воздействия радиочастотного излучения от беспроводных устройств с использованием подхода эталонных доз | Здоровье окружающей среды

Сотовые телефоны и информационный бюллетень о риске рака

RF power collection: обзор методологий и приложений проектирования | Письма Micro and Nano Systems