Medical Radiology and radiation safety Medical Radiology and radiation safety Медицинская радиология и радиационная безопасность 1024-6177 2618-9615 38938 10.12737/1024-6177-2020-65-3-5-12 Радиационная биология Radiation biology Радиационная биология Basic Approaches to the Extrapolation of Data of Animals to Human in Radiobiological Experiment Основные подходы к экстраполяции данных с животных на человека в радиобиологическом эксперименте Иванов И. В. Ivanov I. V.

доктор медицинских наук;

doctor of medical sciences;

 Ушаков И. Б. Ushakov I. B.

доктор медицинских наук;

doctor of medical sciences;

 Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Москва Россия I.M. Sechenov First Moscow State Medical University Moscow Russian Federation Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины Санкт-Петербург Россия State Scientific Research Institute of the Military Medicine St. Petersburg Russian Federation Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России Москва Россия A.I. Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of FMBA Moscow Russian Federation 65 3 5 12 https://naukaru.ru/en/nauka/article/38938/view

Цель: Обосновать основные подходы к переносу экспериментальных данных с лабораторных животных на человека в радиобиологии. Материал и методы: Рассмотрены общие закономерности строения организма животных и человека и динамики процессов их жизнедеятельности, в том числе при воздействии различных факторов окружающей среды, а также тенденция их приближения в эволюционном ряду от низших млекопитающих к человеку. Результаты: Выбор критериев и методов оценки состояния организма человека и сопоставления с таковыми у животных в моделируемых ситуациях систематизирован по трем основным уровням – физиолого-биохимическому, нейропсихологическому и социальному. К первому уровню отнесены параметры физиологических реакций, клинико-лабораторные и биохимические показатели, ко второму уровню – показатели, характеризующие функции высшей нервной деятельности, нейродинамические реакции, выполнение целенаправленных действий и психологических проявлений, к третьему уровню – характеристики межличностных взаимодействий. Рассмотрены виды, задачи и методики исследований, которые проводятся на мелких животных-грызунах (скрининговые) и на более крупных животных из других отрядов млекопитающих, более близких по эволюционному развитию и другим параметрам к человеку (углубленные). Заключение: Показано, что при сопоставлении результатов исследований, полученных в опытах на животных и в наблюдениях на людях, важно использовать коэффициенты для количественного переноса данных с животных на человека, которые требуют тщательного обоснования с учетом межвидовых особенностей млекопитающих и человека.

Purpose: Substantiate the main directions of transferring experimental data from laboratory animals to humans. Methods: The general patterns of the structure of the organism of animals and humans and the dynamics of the processes of their vital activity, including under the influence of various environmental factors, as well as the tendency of their approximation in the evolutionary series from lower mammals to humans are considered. Results: The choice of criteria and methods for assessing the state of the human body and comparison with those in animals in simulated situations is systematized according to 3 main levels – physiological-biochemical, neuropsychological and social. Parameters of physiological reactions, clinical laboratory and biochemical parameters are assigned to level 1, parameters characterizing the functions of higher nervous activity, neurodynamic reactions, targeted actions and psychological manifestations to level 2, characteristics of interpersonal interactions to level 3. The types, tasks and methods of research that are carried out on small rodent animals (screening) and on larger animals from other mammalian orders that are closer in terms of evolutionary development and other parameters to humans (in-depth) are considered. Conclusion: It is shown that when comparing the results of studies obtained in animal experiments and in human observations, it is important to use coefficients for the quantitative transfer of data from animals to humans, which require careful substantiation taking into account the interspecific characteristics of mammals and humans.

 радиобиология медико-биологический эксперимент лабораторные животные коэффициенты экстраполяции параметры физиологических реакций клинико-лабораторные показатели высшая нервная деятельность нейродинамические реакции межличностные взаимодействия radiobiology biomedical experiment laboratory animals extrapolation coefficients parameters of physiological reactions clinical and laboratory indicators higher nervous activity neurodynamic reactions interpersonal interactions

Даренская Н.Г. Сопоставление зависимости доза-эффект для разных видов животных и значение этих данных для человека. В сб.: Радиобиологический эксперимент и человек. - М.: Атомиздат; 1970. С. 50-62. Darenskaya NG. Comparison of dose-effect relationships for different species of animals and the significance of these data for humans. In: Radiobiological experiment and humans. Moscow: Atomizdat; 1970: 50-62. (In Russ.)]. Даренская Н.Г., Ушаков И.Б., Иванов И.В., Иванченко А.В., Насонова Т.А. От эксперимента на животных - к человеку: поиски и решения. - Воронеж: Научная книга; 2010. 237 с. Darenskaya NG, Ushakov IB, Ivanov IV, Ivanchenko AV, Nasonova TA. From experiment on animals - to the person: searches and decisions. Voronezh: Publishing House Science Book limited. 2010. (In Russ.)]. Красовский Г.Н., Рахманин Ю.А., Егорова Н.А. Экстраполяция токсикологических данных с животных на человека. - М.: ОАО «Издательство «Медицина», 2009. 208 с. Krasovsky GN, Yegorova NA, Rakhmanin YuA. Extrapolation of toxicological data from animals to humans. Moscow: Meditsina. 2009. (In Russ.)]. Анохин П.К. Биология и нейрофизиология условного рефлекса. - М.: Медицина; 1968. 547 с. Anokhin PK. Biology and neurophysiology of the conditioned reflex. Moscow: Meditsina. 1968. (In Russ.)]. Becker R.A., Ankley G.T., Edwards S.W., Kennedy S.W., Linkov I., Meek B. et al. Increasing Scientific Confidence in Adverse Outcome Pathways: Application of Tailored Bradford-Hill Considerations for Evaluating Weight of Evidence. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 2015;72:514-37. DOI: 10.1016/j.yrtph.2015.04.004. Becker RA, Ankley GT, Edwards SW, Kennedy SW, Linkov I, Meek B et al. Increasing Scientific Confidence in Adverse Outcome Pathways: Application of Tailored Bradford-Hill Considerations for Evaluating Weight of Evidence. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 2015; 72:514-37. DOI: 10.1016/j.yrtph.2015.04.004. Becker R.A., Dellarco V., Seed J., Kronenberg J.M., Meek B., Foreman J. et al. Quantitative weight of evidence to assess confidence in potential modes of action. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 2017;86:205-20. DOI: 10.1016/j.yrtph.2017.02.017. Becker RA, Dellarco V, Seed J, Kronenberg JM, Meek B, Foreman J et al. Quantitative weight of evidence to assess confidence in potential modes of action. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 2017; 86: 205-20. DOI: 10.1016/j.yrtph.2017.02.017. Boobis A.R., Doe J.E., Meek M.E.(Bette), Munn Sh., Ruchirawat M., Schlatter J. et al. IPCS Framework for Analyzing the Relevance of a Noncancer Mode of Action for Humans. Critical Reviews in Toxicology. 2008;38:87-96. DOI: 10.1080/10408440701749421. Boobis AR, Doe JE, Meek ME(Bette), Munn Sh, Ruchirawat M, Schlatter J et al. IPCS Framework for Analyzing the Relevance of a Noncancer Mode of Action for Humans. Critical Reviews in Toxicology. 2008. 38:87-96. DOI: 10.1080/10408440701749421. Slikker W.Jr., Andersen M.E., Bogdanffy M.S., Bus J.S., Cohen S.D., Conolly R.B. et al. Dose-dependent transitions in mechanisms of toxicity. Toxicol Appl Pharmacol. 2004;201(3):203-25. DOI: 10.1016/j.taap.2004.06.019. Slikker WJr, Andersen ME, Bogdanffy MS, Bus JS, Cohen SD, Conolly RB et al. Dose-dependent transitions in mechanisms of toxicity. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2004. 201 (3):203-25. DOI: 10.1016/j.taap.2004.06.019. Seed J., Carney Ed.W., Corley R.A., Crofton K.M., DeSesso J.M., Foster P.M.D. et al. Overview: Using Mode of Action and Life Stage Information to Evaluate the Human Relevance of Animal Toxicity Data. Critical Reviews in Toxicology. 2005;35:663-72. DOI: 10.1080/10408440591007133. Seed J, Carney EdW, Corley RA, Crofton KM, DeSesso JM, Foster PMD et al. Overview: Using Mode of Action and Life Stage Information to Evaluate the Human Relevance of Animal Toxicity Data. Critical Reviews in Toxicology. 2005; 35:663-72. DOI: 10.1080/10408440591007133. Meek M.E., Boobis A., Cote I., Dellarco V., Fotakis G., Munn S. et al. New developments in the evolution and application of the WHO/IPCS framework on mode of action/species concordance analysis. J Appl Toxicol. 2014;34(1):1-18. DOI: 10.1002/jat.2949. Meek ME, Boobis A, Cote I, Dellarco V, Fotakis G, Munn S et al. New developments in the evolution and application of the WHO/IPCS framework on mode of action/species concordance analysis. J. Appl. Toxicol. 2014; 34 (1): 1-18. DOI: 10.1002/jat.2949. Sonich-Mullin C., Fielder R., Wiltse J., Baetcke K., Dempsey J., Fenner-Crisp P. et al. IPCS Conceptual Framework for Evaluating a Mode of Action for Chemical Carcinogenesis. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 2001;34:146-52. DOI:10.1006/rtph.2001.1493. Sonich-Mullin C, Fielder R, Wiltse J, Baetcke K, Dempsey J, Fenner-Crisp P et al. IPCS Conceptual Framework for Evaluating a Mode of Action for Chemical Carcinogenesis. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 2001. 34: 146-52. DOI:10.1006/rtph.2001.1493. Meek M.E.(Bette), Bucher J.R., Cohen S.M., Dellarco V., Hill R.N., Lehman-McKeeman L.D. et al.. A Framework for Human Relevance Analysis of Information on Carcinogenic Modes of Action. Critical Reviews in Toxicology. 2003;33(6):591-653. DOI: 10.1080/10408440390250136. Meek ME(Bette), Bucher JR, Cohen SM, Dellarco V, Hill RN, Lehman-McKeeman LD et al. A Framework for Human Relevance Analysis of Information on Carcinogenic Modes of Action. Critical Reviews in Toxicology. 2003; 33 (6): 591-653. DOI: 10.1080/10408440390250136. Becker R.A., Patlewicz G., Simon T.W., Rowlands J.C., Budinsky R.A. The adverse outcome pathway for rodent liver tumor promotion by sustained activation of the aryl hydrocarbon receptor. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 2015;73:172-90. DOI: 10.1016/j.yrtph.2015.06.015 Becker RA., Patlewicz G, Simon TW, Rowlands JC, Budinsky RA. The adverse outcome pathway for rodent liver tumor promotion by sustained activation of the aryl hydrocarbon receptor. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 2015; 73: 172-90. DOI: 10.1016/j.yrtph.2015.06.015. Lynch H.N., Loftus C.T., Cohen J.M., Kerper L.E., Kennedy E.M., Goodman J.E. Weight-of-evidence evaluation of associations between particulate matter exposure and biomarkers of lung cancer. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 2016;82:53-93. DOI: 10.1016/j.yrtph.2016.10.006. Lynch HN, Loftus CT, Cohen JM, Kerper LE, Kennedy EM, Goodman JE. Weight-of-evidence evaluation of associations between particulate matter exposure and biomarkers of lung cancer. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 2016; 82:53-93. DOI: 10.1016/j.yrtph.2016.10.006. Иванов И.В. Методики оценки работоспособности лабораторных животных при экспериментальном воздействии патогенных и экстремальных факторов. Военно-медицинский журнал. 2012;333(2):42-7. Ivanov IV. Methods of evaluation of efficiency of laboratory animals in the experimental influence of pathogenic and extreme factors. Voenno-meditsinskiǐ zhurnal. 2012; 333 (2): 42-7. (In Russ.)]. Шустов Е.Б., Каркищенко Н.Н., Уйба В.В., Каркищенко В.Н. Очерки спортивной фармакологии. Т. 1. Векторы экстраполяции. - Санкт-Петербург: ООО «Айсинг»; 2013. 288 с. Shustov EB, Karkischenko NN, Uiba VV, Karkischenko VN. Sketches of sports pharmacology. V. 1. Extrapolation vectors. Saint Petersburg: OOO «Aysing». 2013. (In Russ.)]. Ушаков И.Б., Штемберг А.С., Шафиркин А.В. Реактивность и резистентность организма млекопитающих. - М.: Наука, 2007. 493 с. Ushakov IB, Shtemberg AS, Shafirkin AV. Reactivity and resistance mammalian organism. Moscow: Nauka. 2007. (In Russ.)]. Иванов И.В. Исходная реактивность организма и радиационные воздействия: лечебно-профилактические аспекты проблемы. Научно-практическое руководство. - М. 2005. 394 с. Ivanov IV. Initial reactivity of organism and radiation effects: medical-prophylactic aspects of the problem. Moscow, 2005. (In Russ.)].