Устройство для исследования свойств гладких мышц "миоцитограф"

 

Изобретение относится к медицинской технике. Сущность изобретения: устройство для исследования свойств гладких мышц содержит термостат 4 с водяной баней и несколько каналов исследования, каждый из которых содержит дозатор 1 с несколькими емкостями для растворов исследуемых веществ, соединенные с рабочей камерой 3 для питательного раствора и мышечного образца. Устройство также содержит электромеханический преобразователь 5 и регистратор 6. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для медицинских и биологических научных и учебных исследований свойств гладких, скелетных и сердечных мышц, необходимых в физиологии, фармакологии, кардиологии, акушерстве и т.п.

Известно устройство для исследования механических свойств мышцы (см. авт. св. СССР N 1316655, кл. A 61 B 5/10, 1987), содержащее камеру с питательным раствором, средство для создания нагрузки на образец мышцы, датчик силы сокращений, соединенный с регистратором сокращений.

Однако данное устройство предназначено для исследования образца мышцы при принудительной механической нагрузке растяжением. С помощью этого устройства нельзя исследовать реакцию образца мышцы на воздействие растворов фармакологических, биологически активных или концерогенных веществ. Кроме того, нельзя исследовать несколько мышц одновременно.

Известно также устройство для исследования свойств мышцы (см. авт. св. N 1560094, кл. A 61 B 5/103, 1990), содержащее несколько камер с питательными растворами и образцами мышц, которые соединены со стимуляторами и датчиками силы сокращений, связанными с регистраторами.

Данное устройство предназначено для исследования механических свойств гетерогенного миокарда при электростимуляции.

Однако это устройство не позволяет исследовать реакции образцов мышц на воздействие небольших (2 - 10 мл) количеств фармакологических веществ, вводимых в питательный раствор, так как не обладают достаточной чувствительностью и возможностью введения в камеры в процессе исследования дополнительных растворов веществ, при поддержании жизнедеятельности образца за счет постоянной или заданной температуры питательного раствора.

Известно также устройство для исследования свойств гладких мышц (см. авт. св. N 1367941, кл. A 61 B 5/10, 1988), взятое в качестве прототипа, содержащее термостат с водяной баней, в которой размещены параллельно друг другу, соединенные с дозаторами исследуемых веществ, рабочие камеры с питательными растворами и образцами мышц, соединенные с установленными снаружи термостата преобразователями механических колебаний в электрический сигнал, которые соединены с регистраторами.

Данное устройство не обеспечивает перфузии питательного раствора с вводимыми веществами, а также не обеспечивает точности дозирования вводимых исследуемых веществ. Эти вещества необходимо подавать с определенной скоростью, регулируемой в заданных пределах. Кроме того, это устройство не обеспечивает достаточной чувствительности при регистрации сокращений образца мышцы.

Целью изобретения является повышение точности исследования при перфузии растворов путем обеспечения регулирования скорости подачи растворов в рабочую камеру при постоянной температуре, а также повышение чувствительности устройства при уменьшении размеров образца мышцы.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для исследования свойств гладких мышц, содержащем термостат с водяной баней и несколько параллельно друг другу размещенных каналов исследования, каждый из которых содержит дозатор с несколькими емкостями для растворов исследуемых веществ, соединенных с рабочей камерой для питательного раствора и мышечного образца, а также электромеханический преобразователь и регистратор, установленные снаружи термостата, новым является то, что каждый канал исследования дополнительно снабжен регулятором скорости перфузии с приводом поступательного перемещения, соединенным с толкателем, при этом емкости для растворов исследуемых веществ установлены снаружи термостата и выполнены в виде цилиндров, снабженных поршнями, взаимодействующими с толкателями регулятора скорости перфузии, рабочая камера для питательного раствора выполнена в виде цилиндрического стакана, верхняя часть которого выступает снаружи термостата, в нижней части стакана между входным патрубком в днище и выходным патрубком в боковой стенке по оси стакана расположены держатели мышечного образца, а электрический преобразователь через блок согласования соединен с регистратором.

Кроме того, нижний держатель мышцы рабочей камеры выполнен в виде съемного ∫ -образного стержня, причем один его конец расположен у входного патрубка, а второй закреплен за край стакана рабочей камеры.

Кроме того, в качестве емкостей для растворов исследуемых веществ используют шприцы.

На фиг. 1 представлен прибор для исследования гладких мышц; на фиг. 2 - рабочая камера с образцом мышцы, электромеханический преобразователь с блоком согласования и регистратор; на фиг. 3 - схема регулятора перфузии.

Устройство для исследования свойств гладких мышц содержит три рабочих канала, которые могут быть расположены в одном корпусе.

Для удобства транспортировки и установки устройство содержит три корпуса (см. фиг. 1): блок дозаторов 1, объединенных в один корпус 2 с регуляторами скорости перфузии; блок рабочих камер 3, размещенных в одном корпусе с термостатом 4. На корпусе установлены электромеханические преобразователи 5 в виде механотронов типа 6МХ1С; блок регистраторов 6, представляющих собой самописцы типа Н3092 и блок 7 согласования регистраторов с электромеханическими преобразователями 5. Блок регистраторов снабжен выходом для подключения ПЭВМ для обработки данных.

В водяной бане термостата 4 параллельно друг другу в вертикальном положении закреплены три рабочие камеры 3.

Рабочая камера 3 (см. фиг. 2) выполнена в виде цилиндра из стекла с наружным диаметром 10 мм, внутренним диаметром 8 мм. В центре дна цилиндр имеет отверстие, снабженное входным патрубком 8 для подачи раствора, при этом диаметр отверстия 0,5 - 0,6 мм обеспечивает ламинарное течение раствора и исключение дополнительных механических колебаний мышцы. В средней части цилиндра в боковой поверхности имеется выходное отверстие, снабженное выходным патрубком 9, внутренний диаметр которого равен 4-4,5 мм для беспрепятственного вытекания раствора из камеры. Рабочая камера 3 снабжена держателем 10 мышцы, выполненным из нержавеющей стали в виде ∫ -образного стержня. Один конец держателя 10 удерживает нижний край образца мышцы у днища по оси рабочей камеры 3, а второй конец фиксируется над рабочей камерой, опираясь о верхний ее край. Верхний конец мышцы с помощью верхнего держателя 11 в виде нити крепится к крючку преобразователя 5. При заполнении рабочей камеры раствором между уровнем жидкости и верхним краем стакана камеры имеется воздушная пробка, обеспечивающая термостабилизацию раствора и газообмен, т.е. поступление кислорода в раствор и выход углекислого газа.

На корпусе 2 (фиг. 1, 3) закреплена кассета 12, в которой горизонтально установлены емкости дозаторов 13 в виде цилиндров, снабженных поршнями 14 - по два цилиндра на каждый канал, чтобы увеличить время перфузии раствора или быструю его смену. В качестве дозаторов можно использовать шприцы, например, типа "Рекорд" объемом 20 мм. Объема жидкости одного шприца хватает на 10 - 200 мин перфузии исследуемого раствора, в зависимости от скорости подачи. Регулятор скорости перфузии содержит: толкатель 15, взаимодействующий с поршнем 14, систему передач 16, взаимодействующую с валом двигателя 17, преобразующую вращение вала двигателя в поступательное перемещение штока 18, на котором закреплен толкатель 15, регулятор 19 скорости вращения вала и блок управления скорости вращения вала 20. Регулятор 19 имеет шкалу с делениями, с помощью которых можно задавать скорости подачи раствора от 0,1 до 2,0 мл/мин. Скорость можно устанавливать до начала перфузии и/или менять во время ее. Для ограничения хода поршня 14 дозатора шток 18 толкателя 15 снабжен конечным выключателем 21 и сигнализаторами, фиксирующими отсутствие раствора в дозаторе, осуществляющими световую и звуковую сигнализацию.

Выход шприцов 13 с помощью трубок 22 подключен к входному патрубку 8 рабочей камеры 3. Длина трубки 22 от шприца до входного патрубка 8 составляет 400 - 500 мм, при этом часть трубки расположена в водяной бане термостата 4 для прогрева и выравнивания температуры раствора. Трубки 22 имеют диаметр 0,5 - 1,0 мм, что соразмерно с диаметром входного патрубка 8.

Для сбора из рабочих камер отработанного раствора перфузата снаружи термостата установлен сборник 24, соединенный трубками 23 с выходными патрубками 9 рабочих камер.

При необходимости исследования процессов метаболизма отработанные растворы от каждой рабочей камеры можно собрать отдельно.

Термостат 4 для поддержания температуры водяной бани на заданном уровне (до 42^oC) с точностью 0,1^oC снабжен теплоэлектронагревательным элементом 25, расположенным в днище термостата, соединенным с блоком 26 управления. Блок 26 управления имеет температурный датчик, установленный в водяной бане (не показан). Для залива в термостат 4 воды в крышке корпуса выполнено отверстие 27, снабженное теплоизолирующей герметичной пробкой, для ограничения количества воды и ее слива предусмотрен выходной патрубок 28. Для визуального контроля температуры термостат может быть снабжен термометром 29.

Рабочие камеры 3 закреплены в крышке термостата 4 так, что верхняя часть рабочей камеры расположена над крышкой термостата 4. Такое расположение камер обеспечивает удобство установки образца мышцы. На крышке термостата 4 над верхними частями рабочих камер 3 закреплены электромеханические преобразователи 5, в качестве которых использованы механотроны типа 6МХ1С. Электромеханические преобразователи 5 преобразуют сокращения мышечного образца, закрепленного в держателях 10, 11, в электрический сигнал, который через блок 7 согласования поступает на регистратор 6.

Блок 7 согласования (фиг. 2) выполнен на основе усилителя 30 постоянного тока, в качестве которого использована микросхема К 551УД1; к двум выходам микросхемы параллельно с электромеханическим преобразователем включен балансовый потенциометр 31, служащий для установки "0" и подстройки электромеханического преобразователя.

Регулировочный подвижной контакт балансового потенциометра подключен к стабилизированному источнику 32 питания через корректирующий потенциометр 33, с помощью которого коэффициент передачи электромеханического преобразователя 5 приводится в соответствие со шкалой регистратора 6. Масштаб преобразования усилия в граммах на 1 деление задается потенциометром 34. Такая схема блока согласования обеспечивает высокую чувствительность и точность регистрации усилий сокращения мышцы в диапазоне 0,05 - 5 г.

Устройство работает при включении в электросеть на 220 В, частотой 50 - 60 Гц.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства в сеть термостат нагревает водяную баню до заданной температуры. Одновременно проверяют и устанавливают заданную чувствительность механотронов 5 и регистраторов 6. В кассету 12 вставляют шприц, заполненный питательным раствором, например, раствором Кребса, и задают необходимую скорость перфузии. Раствор поступает в рабочую камеру 3, заполняя ее до заданного уровня. Перед началом работы готовится мышечный образец (иссекается из матки, кишечника, желудка, мочеточника, мочевого пузыря, сердца, скелетной мышцы и т.п.), длина которого не более 10 мм, ширина не более 3 - 5 мм. Одним концом полоска образца прикрепляется к держателю 10, другим - к держателю 11. Держатель 10 опускается в рабочую камеру, и верхний конец его закрепляется на краю камеры. Держатель 11 присоединяется к крючку механотрона. По показаниям регистратора образец получает предварительную нагрузку в заданных пределах, например, 250 - 500 мг. Включается запись на регистраторе и регистрируется фоновая активность исследуемого образца. Это может продолжаться в зависимости от программы исследований; от нескольких минут до 10 - 12 ч и более. При отсутствии питательного или исследуемого раствора в емкости дозатора - шприце срабатывает концевой выключатель и звуковая и световая сигнализация. Например, при необходимости изучать вызванную сократительную активность образца в шприц набирают раствор Кребса с адреналином в концентрации 10 - 14 г/мл и присоединяют его с помощью трубки 22 с входным патрубком 8 рабочей камеры 3. Воздействие перфузируемого раствора через электромеханический преобразователь 5 и блок 7 согласования, преобразовываясь и усиливаясь, регистрируется самописцем 6. Во второй шприц набирают раствор Кребса с адреналином концентрации 10 - 12 г/мл и в заданный момент времени подсоединяют его к трубке 22, предварительно отсоединив первый шприц, продолжая регистрацию сокращений и отметив замену.

Устройство имеет три канала исследований, т.е. три идентичных образца, которые могут быть исследованы по одной программе или иметь индивидуальные программы исследований. Как показала практика, наиболее оптимальное количество исследуемых гладких мышечных образцов должно быть 6, т.е. необходимо в таком случае использовать два предлагаемых устройства, обслуживаемые одним исследователем.

Предлагаемое устройство для исследования гладких мышц позволяет регистрировать фоновую и вызванную сократительную активность исследуемого образца, позволяет оценить исходный уровень тонуса, число спонтанных сокращений, их амплитуду, суммарную сократительную активность.

Устройство позволяет проводить электростимуляцию типа ЭСЛ-1, при этом благодаря конструкции рабочей камеры один электрод присоединяется к держателю 10, а второй опускается в рабочую камеру.

При необходимости создания определенного состава газа перфузируемого раствора в рабочую камеру опускают трубку, соединенную с источником газовой смеси, а на поверхность перфузируемой жидкости в рабочей камере наливают масло, создавая герметичную пробку.

Предлагаемое устройство, благодаря термостату, позволяет проводить исследования как теплокровных (человека, животных), так и холоднокровных объектов. Благодаря блоку согласования калибровка регистраторов значительно упрощается.

Постоянная температура и наличие солевой среды в рабочей камере, в которой рабочая смена раствора происходит за 0,5 - 2 мин, приближает состояние образца к реальным условиям, что обеспечивает его максимальную жизнедеятельность.

Наличие усилителя постоянного тока в блоке согласования позволяет регистрировать усилия, развиваемые мышечным образцом в широких пределах: от 10 до 10000 мг.

Соразмерность элементов рабочей камеры с потоками перфузируемых растворов позволяет исключить погрешности измерений, вызываемые принудительными механическими воздействиями потока раствора на образец мышцы.

Дозирование с помощью регулятора перфузии обеспечивает минимальный расход раствора веществ, используемых при исследованиях.

Простота конструкции и удобство обслуживания позволяет использовать предлагаемое устройство как для научных исследований, так и для учебных лабораторных занятий.

Формула изобретения

1. Устройство для исследования свойств гладких мышц, содержащее термостат с водяной баней и несколько параллельно друг другу размещенных каналов исследования, каждый из которых содержит дозатор с несколькими емкостями для растворов исследуемых веществ, соединенные с рабочей камерой для питательного раствора и мышечного образца, снабженной держателями мышечного образца, а также электромеханический преобразователь и регистратор, установленные снаружи термостата, отличающееся тем, что каждый канал исследования дополнительно снабжен регулятором скорости перфузии с приводом поступательного перемещения, соединенным с толкателем, при этом емкости для растворов исследуемых веществ установлены снаружи термостата и выполнены в виде цилиндров, снабженных поршнями, рабочая камера для питательного раствора выполнена в виде цилиндрического стакана, верхняя часть которого выступает снаружи термостата, в нижней части стакана между входным патрубком в днище и выходным патрубком в боковой стенке по оси стакана расположены держатели мышечного образца, а электромеханический преобразователь через блок согласования соединен с регистратором.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что держатель мышцы рабочей камеры выполнен в виде съемного стержня ∫ - образной формы, причем один его конец расположен у входного патрубка, а второй закреплен за край стакана рабочей камеры.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве емкостей для растворов исследуемых веществ используют шприцы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3