Устройство для исследования механических свойств мышцы

 

Изобретение относится к медицинской технике. Цель изобретения - повышение точности регистрации изотонических сокращений мышцы. Устройство содержит корпус 1, камеру 2 с питательным раствором 3, средство 4 для создания нагрузки на мышцу, измеритель 5 силы сокращения, измеритель 6 перемещения конца мыщцы, рычаг 7 для закрепления конца мышцы, ограничители 9, 10 угла поворота рычага 7 и электростимулятор с электродами 11, 12. Измеритель 6 содержит фотодиод 13, источник 14 света и экран 15. Средства 25 и 26 для создания усилия на рычагах 7 и 18 содержат цилиндрические катушки 27 и 28, постоянные магниты 29, 30 и регулируемый источник питания . Устройство обеспечивает измерение характеристик укорочения без нагрузки, ядер ползучести в пассивном и в активном состояниях, позволяющих предсказать поведение мыщцы при произвольной программе нагрузки. 3 ил. е сл KucfnovHUKy fju/лонид со О5 Ci сд СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5114 А 61 В 5/10

CF

/ «Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ киатачнику

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3741240/28-14 (22) 29.03.84 (46) 15.06.87. Бюл. № 22 (71) Институт проблем механики АН СССР и Научно-исследовательский институт по биологическим испытаниям химических соединений (72) Е. А. Годин, М. P. Мукумов и Е. Ш. Штенгольд (53) 615.475 (088.8) (56) Изаков В. Я. и др. Биомеханика сердечной мышцы. М.: Наука, 1981, с. 52. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЫШЦы (57} Изобретение относится к медицинской технике. Цель изобретения — повышение точности регистрации изотонических сокра„„Я0„„1316655 А 1 щений мышцы. Устройство содержит корпус 1, камеру 2 с питательным раствором 3, средство 4 для создания нагрузки на мышцу, измеритель 5 силы сокращения, измеритель 6 перемещения конца мышцы, рычаг 7 для закрепления конца мышцы, ограничители 9, 10 угла поворота рычага 7 и электростимулятор с электродами 11, 12. Измеритель 6 содержит фотодиод 13, источник 14 света и экран 15. Средства 25 и 26 для создания усилия на рычагах 7 и 18 содержат цилиндрические катушки 27 и 28, постоянные магниты 29, 30 и регулируемый источник питания. Устройство обеспечивает измерение характеристик укорочения без нагрузки, ядер ползучести в пассивном и в активном состояниях, позволяющих предсказать поведение мышцы при произвольной программе нагрузки. 3 ил.

166::.

10 l5

13

Изобретение относится к медицине, фармакологии и физиологии, предназначено для определения механических свойств любых и еханически активных биологических тканей, например скелетных, сердечных и гладких мышц человека и животных, и может быть использовано для идентификации и определения механизмов действия лекарственных веществ, оценки эффективности способов кардиологии и разработки диагностических признаков сердечно-сосудистых заболеваний в кардиологии, оценки способов консервации мышечных тканей, а также для изучения физиологии мышечного сокращения и процессов регуляции механической активности.

Целью изобретения является повышение точности регистрации изотонических сокращений мышцы.

На фиг. 1 изображено устройство для исследования механических свойств мышцы, вид сверху; на фиг. 2 — разрез А А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 1.

Устройство для исследования механических свойств мышцы содержит корпус 1, камеру 2 с питательным раствором 3 для размещения мышцы со средствами для рециркуляции питательного раствора (не гюказаны), средство 4 для создания нагрузки на мышцу, измеритель 5 силы сокращения, установленный на корпусе 1 с возможностью перемещения вдоль оси мышцы, измеритель 6 перемещения конца мышцы, рычаг 7 для закрепления конца мышцы, установленный на корпусе 1 с возможностью поворота на подпятнике 8, ограничители 9 и 10 угла поворота рычага 7 и электростимулятор (не показан) с электродами 11 и 12, размещенными в камере 2. Выход измерителя 6 перемещения конца мышцы подключен к регистрирующей системс (пе показана).

Измеритель 6 перемещения конца мышцы содержит фотодиод 13, источник 14 света и экран 15, жестко закрепленный на рычаге 7. Фотодиод 13 подключен к регистрирующей системе, а источник 14 света — - к источнику питания. Свободный конец 16 рычага 7 и конец 17 рычага измерителя 5 силы сокращения опущены в камеру 2 с питательным раствором 3 и служат для прикрепления концов исследуемой мышцы.

Средство 4 для создания нагрузки на мышцу содержит дополнительный рычаг 18, установленный на корпусе 1 с возможностью поворота на подпятниках 19» взаимодействия с рычагом 7 для закрепления конца мышцы, подпружиненный переменный стопор 20, имеющий конец 21 П-образной формы, электромагнит 22 с сердечником 23, формирователь 24 импульсов и два средства 25 и 26 для создания усилия на рычагах.

Каждое средство 25 (26) для создания усилия на рычагах 7 и 18 содержит цилиндрическую катушку 27 (28), постоянный маг20

2 нит 29 (30) с кольцевыми зазорами 31 (32) дл;, прохождения катушек и регулируемый источник питания (не показан), электрически соединенный с катушками 27 и 28.

Устройство для исследования механических свойств мышцы работает следующим образом.

В камере 2 обеспечивается рециркуляция питательного раствора 3. Исследуемый препарат мышцы прикрепляют к концу 16 рычага 7 и к концу 17 рычага измерителя 5 силы сокращения.

Для исследования работы мышцы в изометрическом режиме ограничители 9 и 10 сближают так, чтобы зафиксировать рычаг 7 в неподвижном положении. Длина мышцы регулируется путем перемещения измерителя 5 силы сокращения относительно корпуса 1. С помощью электростимулятора на препарат мышцы воздействуют электрическими импульсами напряжением 1,5 — 2 порога чувствительности препарата мышцы необходимой длительности и частоты. При этом кривая силы сокращения во времени фиксируется регистрирующим прибором.

Для исследования работы мышцы в изотоническом режиме на катушку 27 рычага 7 от регулируемого источника питания подают напряжение нужной величины для создания необходимого усилия, под которым теперь рычаг 7 давит на ограничитель 9. Затем освобождают ограничитель 10. Когда усилие развиваемое мышцей после стимула, превысит усилие на рычаге 7, мышца начнет укорачиваться, а рычаг 7 начнет поворачиваться против часовой стрелки. При этом экран !5 будет перекрывать окно фотодиода 13, а изменение сопротивления фотодиода будет записываться регистрирующим прибором в виде сигнала перемещения конца мышцы. При этом усилие, развиваемое мышцей, будет дополнительно регистрироваться с помощью измерителя 5 силы сокращения.

Когда усилие, развиваемое мышцей, станет меньше усилия, задаваемого катушкой 27, мышца начнет растягиваться до тех пор, пока рычаг 7 не упрется в ограничитель 9.

Далее цикл повторяется.

Для создания физиологического (т. е. существующего в организме) режима работы мышцы в случае исследования препарата сердечной мышцы на катушку 27 подают напряжение значительно меньшей величины, достаточной лишь для того, чтобы растянуть препарат мышцы до нужной начальной длины. На катушку 28 подают напряжение, необходимое для поддержания нужного усилия в фазе сокращения мышцы. Затем формирователь 24 импульсов настраивают так, чтобы на электромагнит 22 подавался импульс, начало которого совпадало бы с моментом остановки мышцы в фазе изотонического укорочения, а конец — с моментом посадки рычага 7 на ограничитель 9. При этом подпружиненный переменный стопор 20

13 з будет передвигать дополнительный рычаг 18 по часовой стрелке, а мышца будет работать последовательно в фазах изометрического и изотонического расслабления. Когда мышца расслабится настолько, что рычаг 7 упрется в ограничитель 9, электромагнит 22 обесточится и пружина, установленная на переменном стопоре 20, передвинет его вправо, позволяя дополнительному рычагу 18 повернуться против часовой стрелки до упора в рычаг 7. Далее цикл повторяется.

Для создания ненагруженного сокращения мышцы катушка 27 обесточивается, а на катушку 28 подается небольшое напряжение, достаточное лишь для того, чтобы растянуть испытуемый препарат мышцы до необходимой начальной длины. Затем формирователь 24 импульсов настраивают так, чтобы напряжение на электромагнит 22 подавалось через небольшой промежуток времени после момента начала стимула, равный латентному периоду, а убиралось бы в момент остановки мышцы в конце ненагруженного сокращения. При этом подпружиненный переменный стопор 20 будет убирать дополнительный рычаг 18, позволяя мышце укорачиваться без нагрузки, а в конце ненагруженного сокращения подпружиненный переменный стопор 20 будет отходить влево, позволяя дополнительному рычагу 18 приложить к мышце диастолическое усилие и возвратить ее к исходной длине.

Далее цикл повторяется.

Для измерения характеристик быстрого отпускания из изометрии в изотонию электромагнит 22 передвигается максимально влево до упора П-образного конца 21 подпружиненного переменного стопора 20 в дополнительный рычаг 18, а рычага 7 — в ограничитель 9. На одну из катушек 27 и 28 подается напряжение для создания необходимого изотонического усилия. Формирователь 24 импульсов настраивается так, чтобы в заданный момент времени подпружиненный переменный стопор 20 переместился вправо, позволяя мышце укорачиваться изотонически.

Для регистрации характеристик быстрого растяжения из изометрии вновь в изометрию обе катушки 27 и 28 обесточиваются, а на электромагнит 22 подается импульс, который отключается в момент, когда необходимо быстро растянуть препарат мышцы, и включается в конце сокрашения. При этом препарат мышцы вначале сокращается при длине, определяемой положением ограничителя 10, затем в заданный момент быстро растягивается и сокрашается опять изометрически при длине, определяемой положением ограничителя 9.

Для регистрации характеристик быстрого высвобождения из изометрии вновь в изометрию на катушку 28 подается напряжение, достаточное для того, чтобы создать на дополнительном рычаге 18 усилие, большее

16655 максимального изометрического усилия, развиваемого препаратом мышцы. Затем электромагнит 22 гередвигается вправо до упора левым плечом П-образного конца 21 переменного подпружиненного стопора 20 в дополнительный рычаг 18. Затем формирователь 24 импульсов настраивается так, чтобы в момент, необходимый для быстрого высвобождения препарата мышцы на электромагнит 22 подавалось бы напряжение и сни10 малось в конце изометрического сокращения, Регистрация феномена инактивации изменением длины мышцы производится аналогично, только на электромагнит 20 подается очень короткий импульс, после чего мыш15 ца сразу же возвращается к исходной длине.

Регистрация явления инактивации изменением нагрузки производится путем подачи двух различных напряжений на катушки 27 и 28. Затем электромагнит 22 передвигается вправо до упора П-образного конца 21 пере20 менного подпружиненного стопора 20 о дополнительный рычаг 18. При инактивации кратковременным увеличением нагрузки формирователь 24 импульсов настраивается так, чтобы на электромагнит 22 все время подавалось напряжение, за исключением

25 небольшого промежутка времени. При инактивации кратковременным уменьшением нагрузки электромагнит 22 все время обесточен, за исключением небольшого промежутка времени, когда на него подается короткий импульс.

Для регистрации ядер ползучести пассивного препарата мышцы электрод 1! отключается от стимулятора, на катушку 27 подается небольшое напряжение, достаточное лишь для предварительного растяжения препарата мышцы, а на катушку 28 — напряжение большей величины. Электромагнит

22 передвигается влево до упора рычага 7 в ограничитель 9. Затем формирователь 24 импульсов настраивается так, чтобы в нужный момент электромагнит 22 обесточивался

40 на время, необходимое для регистрации ядра ползучести. При регистрации ядер обратной ползучести пассивной мышцы электромагнит 22 в указанный момент, наоборот, запитывается на нужный промежуток времени.

Для регистрации ядер ползучести актив4> ного препарата на электромагнит 22 за время одного цикла подается два стимула (импульса) . Первый импульс подается через промежуток времени после начала стимула, равный латентному периоду, и выключается в момент начала измерения ядра ползучести.

Второй импульс включается в момент окончания сокращения и выключается в момент окончания расслабления. Катушка 27 при этом обесточена.

Устройство для исследования механиче 5 ских свойств мышцы характеризуется более широкими функциональными возможностями и обеспечивает получение более достоверных результатов за счет приближения

1316655

Формула изобретения

Соса: витезь М Пчастинин

Редактор А. Лежнина Техред И. Верес Корректор Г. Решетник

Заказ 2380/5 Тираж 595 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! !3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 условий работы исследуемои мышцы к условиям ее работы в организме и обеспечения измерения характеристик укорочения без нагрузки, быстрого отпускания из изометрии в изотонию, быстрого растяжения, инактивации изменением длины и изменением нагрузки, а также ядер ползучести в пассивном и в активном состояниях, позволяющих предсказать поведение мышцы при произвольной программе нагружения.

Устройство для исследования механических свойств мышцы, содержащее корпус, камеру с питательным раствором, средство для создания нагрузки на мышцу, измеритель силы сокращения, измеритель перемещения конца мышцы, установленный на корпусе с возможностью поворота рычаг для закрепления конца мышцы, ограничители угла поворота рычага и электростимулятор с размещенными в камере элект5 родами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регистрации изотонических слабых сокращений мышцы, оно содержит дополнительный рычаг, подпружиненный переменный стопор, электромагнит с сердечником, формирователь импульсов и два средства для создания усилия на рычагах, при этом один конец переменного стопора имеет П-образную форму, другой жестко при креплен к сердечнику электромагнита, который установлен на корпусе с возможностью перемещения вдоль продольной оси и подклю чен к формирователю импульсов, соединенному с электростимулятором.