Способ измерения парциального давления кислорода в биологических тканях

 

Изобретение относится к электрохимическим способам измерения, а именно к полярографическому анализу, и может быть использовано для определения парциального давления кислорода в биологических тканях. Целью изобретения является повышение достоверности определения парциального давления в биологических тканях. Поставленная цель достигается измерением диффузионных токов 0,14-0,9%-ного раствора хлористого натрия и биологической ткани в течение 5-30 с путем введения в них открытого поляризуемого неподвижного торцового микроэлектрода в паре с хлорсеребрянным электродом и вычисления парциального давления по формуле (Р02)тк ita0D0(lt«TKDT ,c(4- + j I, ) 4Ro Ул: DiKt (Р02)о, где It и h - сила тока, проходящего через электрод в ткани и в физиологическом растворе в момент времени t; оь и ат - коэффициенты растворимости кислорода в физиологическом растворе и в ткани; Dot и Dm коэффициенты диффузии кислорода в физиологическом растворе и ткани в момент времени t; R0 - эффективный радиус электрода; (Р02)о - парциальное давление кислорода в физиологическом растворе. Предлагаемый способ позволяет в течение времени определить изменение коэффициентов диффузии в физиологическом растворе и биологической ткани и таким образом повысить точность расчета (РОа)о и также диффузионных токов,

{! 9) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)ю G 01 N 27/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1» 14б

Г

1 и с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

l1 appDp (+

1 1 (РО2)—

I1а. О. (, + о (Р02)o

)и

1 (21) 4435871/14 (22) 18.06,88 (46) 23.11.91 Бюл. М 43 (75) И.М.Эпштейн (53) 612.015 (088.8) (56) Березовский В,А. Напряжение кислорода в тканях животных и человека, — Киев:

Наукова думка, 1975, с. 56-62. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ КИСЛОРОДА В БИОЛОГИЧЕСКИХХ ТКАНЯХ (57) Изобретение относится к электрохимическим способам измерения, а именно к полярографическому анализу, и может быть использовано для определения парциального давления кислорода в биологических тканях. Целью изобретения является повышение достоверности определения парциального давления в биологических тканях.

Поставленная цель достигается измерением диффузионных токов 0,14-0,9 -ного раствора хлористого натрия и биологической ткани в течение 5-30 с путем введения в них открытого поляризуемого неподвижного торцового микроэлектрода в паре с

Изобретение относится к электрохимическим способам измерения, а именно к полярографическому анализу, и может быть использовано для определения парциального давления кислорода в условиях усложненной диффузии, в частности для измерения парциального давления кислорода (P02) в живых биологических тканях, Целью изобретения является повышение точности способа, Способ осуществляется следующим образом.

Открытый неподвижный кончиковый микроэлектрод со скошенным торцом, имеющий активную поверхность, произвольной хлорсеребрянным электродом и вычисления парциального давления по формуле где lt и 11 — сила тока, проходящего через электрод в ткани и в физиологическом растворе в момент времени t; ap и атк — коэффициенты растворимости кислорода в физиологическом растворе и в ткани; 001 и

Dt« — коэффициенты диффузии кислорода в физиологическом растворе и ткани в момент времени t; Ro — эффективный радиус электрода; (P02)p — парциальное давление кислорода в физиологическом растворе, Предлагаемый способ позволяет в течение времени определить изменение коэффициентов диффузии в физиологическом растворе и биологической ткани и таким образом

ПОВЫСИТЬ тОЧНОСтЬ РаСЧЕта (PO2)o И таКжЕ диффузионных токов. геометрической формы, . предварительно моделируют идеальным сферическим электродом, вычисляя Ro no стартовым токам восстановления кислорода в неподвижном физиологическом растворе NaCI, насыщенного воздухом, с помощью формулы (l, -1) Г .„

Ro ° (1)

16 /11 где li и l2 — значения силы тока восстановления кислорода в моменты времени t1 и 12;

Do — коэффициент диффузии кислорода в физиологическом растворе.

1693515

Затем, вводя тот же электрод в исследуемую ткань, на основании стартовых токов восстановления 02, измеренных в диапазоне 5-30 спри поте,нциале поляризации, соответствующем диффузионному току, определяют локальный коэффициент диффузии кислорода в живой ткани по формуле

vt1/12 )Ro

D = (2) (1 — — ) W q 1

11 где !1 и i2 — значения силы тОка восстановления кислорода на электроде в ткани в моменты времени t1 и t2;

Ro — эффективный радиус электрода, вычисленный по формуле (1), Парциальное давление кислорода в ткани вычисляется по формуле

IDo G o — R- + / -)

1 1 (PO2)> — — - ф — — (Kb)o, (3)

rpe i u I — сила тока восстановления кислорода на электроде в ткани и в физиологическом растворе, насыщенном воздухом, соответственно в момент времени 1;

Do и Отк — коэффициенты диффузии кислорода в физиологическом растворе и живой ткани; о И ГГтк КОЭффиЦИЕНтЫ РаСтВОРИМОСти кислорОда В физиологическом растворе N ткани; (Р02)с, — парци аль ное давление кислорода в физиологическом растворе, П р и и е р. Определение РО2, в дерме кожи предплечья и лучеплечевой мышце у практически здоровых людей.

Измерения РО2 производят с помощью кончикового микроэле ктрода со скошенным торцом, имеющего активную поверхность приблизительно эллиптической формы и изготовленного из платиновой (спектрально чистая pt) проволоки диаметром 0,010 см, вмонтированной в инъекционную иглу диаметром 0,040 см. Стартовые токи восстановления 02 регистрируются малоинерционным (т 0,4 с) и высокочувствительным универсальным полярографом ПУ- . Индйкаторный электрод используется в паре с клорсеребряным электродом, при этом от внешнего источника подается напряжение 0,7 B.

С помощью малоинерционного прибора регистрируются изменения силы диффузионного тока восстановления кислорода на неподвижном твердом микроэлектроде в течение 20 с в стандартном совершенно неподвижном 0,9 -ном растворе йаС!, насыщенном воздухом, г;ри комнатной температуре, В целях предотвращения искажающей тепловой конвекции электродустанавливают в пристеночной области (слой

Прандтля) на максимально возможной глубине сосуда или в тампоне гигроскопической ваты, помещенной в тот же раствор, Кривая — Т запоминается. Продолжительность регистрации 20 с, затем вычисляется

Ro — характерный размер электрода как функции I1, I2, t1, t2 и Do в стандартном растворе.

В результате проведения моделирования микроэлектрода в растворе NaCI с известным коэффициентом диффузии 02 при комнатной температуре (Do=2,3 10 см /с

-5 при Т=23 С) определяют эффективный раДИУС ИСПОЛЬЗУЕМОГО МИКРОЭЛЕКтРОДа

Ro=(0,0151 — 0,0005) см, Вводя аттестованный таким образом микроэлектрод в живую ткань, определяют в ней коэффициент диффузии 02. В результате проведения 20 измерений у практически здоровых людей получают дерма кожи предплечья D„=(6,3 0,5) ,10 5 см2/с;

У= "; 6 10 см2/r

25 лучеплечевая мышца DTK (7,0 +. 0,5}

10 5 см2/с; г = -1,6 .10 см /с.

По "-.начениям силы стартового тока восстановления 02, регистрируемых в момент

30 времени электролиза t в биологической ткани In viva и в физрастворе, используя полученные Ro и Отк, определяют по формуле (3) значения (РО2)тк дерма кожи предплечья (РО2) к=(38,2

35 +;3,5) мм рт.ст.; лучеплечевая мышца (Р02)тк=(40 4) мм рт.ст, При расчетах принимается, что а,=3,0.102

ЗО /с 3а 1 I- 220C, - ° 0-2 3

40 О2/с 3 -р -I.--37 C„

Предлагаемый способ измерения в условиях усложненной диффузии, напряжения кислорода в живых тканях позволяет получать результаты в абсолютных едини45 цах (мм рт. ст,), отличается низкой температурной зависимостью, достаточно прост, надежен и не требует длительного времени измерения. Он позволяет также проводить измерения в режиме постоянного включения измерительной цепи и вести непрерывную регистрацию изменений РО2 в живой ткани организма.

Формула изобретения

Способ измерения парциального давления кислорода в биологических тканях пу- тем введения поляризуемого открытого неподвижного торцового микроэлектрода в паре с хлорсеребряным электродом в сосуд с физиологическим раствором хлористого

1693515

Составитель О.Кононова

Техред М.Моргентал Корректор М.Шароши

Редактор И, Шулла

Заказ 4074 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 натрия, а затем в биологическую ткань, измерения диффузионных токов с последующим расчетом парциального давления кислорода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, микроэлектрод помещают в пристеночной области сосуда на максимально возможную глубину или в тампон гигроскопического материала, измеряют диффузионные токи в начале погружения и через 5 — 30 с, а расчет парциального давления кислорода осуществляют по формуле

4 а,о,(+ - — )

1 1 (Р02)тк- (Р02)о

It а кк0кк(+ К

ЛО тк к где 1(и 11 — сила тока, проходящего через электрод в ткани и в физиологическом растворе в момент времени t; ао и а — коэффициенты растворимо5 сти кислорода в физиологическом растворе и в ткани;

Do< и Отк — коэффициенты диффузии кислорода в физиологическом растворе и ткани в момент времени t;

10 йр — эффективный радиус электрода; (РО2)о — парциальное давление кислорода в физиологическом растворе.