УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КЛЕТОК БУККАЛЬНОГО ЭПИТЕЛИЯ Российский патент 1994 года по МПК A61B5/00 

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к приборам для исследования электрокинетических свойств буккального эпителия, и может быть применено для диагностики и прогнозирования течения кожных заболеваний, интегральной оценки функций организма в норме и при патологических состояниях, оценки реакции организма на различные физико-химические воздействия, включая ионизирующую радиацию.

Областью использования изобретения является медицинская, фармацевтическая отрасли промышленности, а также экология, сельское хозяйство, гигиена труда и спорта. Устройство целесообразно применять в медикодиагностических системах, в частности, для оценки физиологического состояния организма.

Изучению экологии и патогенеза кожных и венерических заболеваний посвящены многочисленные и разносторонние исследования, однако, природа этих заболеваний, как известно, все еще остается недостаточно ясной. При кожных и венерических заболеваниях наряду с поражениями кожи у больных имеются нарушения других систем. Анализ литературных данных о молекулярных механизмах патогенеза кожных заболеваний позволяет утверждать, что при данной патологии наблюдаются общие изменения структурной организации плазматических мембран клетки, которые могут определять различную степень патологического процесса. Согласно данным предыдущих исследований, направленность этих изменений была показана на эритроцитах и лимфоцитах.

Известно, что отдельные клетки сохраняют особенности клеточной поверхности, свойственные им в организме. Для нормального выполнения своих функций клетки должны иметь стабильный электрический заряд, который обусловливается химической структурой их поверхности и составом окружающей среды. При патологических состояниях электрический заряд клеток может существенно изменяться как в результате изменения физико-химической структуры клеточной поверхности, так и вследствие нарушения состава окружающей среды. В связи с этим представляет интерес изучение электрокинетических свойств в доступных для исследования нативных клетках в норме и при патологии.

Патологические процессы, возникающие в организме человека в связи с системными заболеваниями, нередко проявляются в периферических тканях организма. Так, в качестве объекта исследования давно с успехом используются клетки крови - эритроциты и лимфоциты, которые отражают нарушение метаболизма в различных органах и тканях. Анализ имеющихся данных в этом направлении показал, что при системных заболеваниях наблюдаются общие изменения структурной организации плазматических мембран клетки, которые определяют различную степень патологического процесса. Изучение состояния мембранных характеристик клеток необходимо для более точного выявления механизма повреждения мембран в каждом конкретном случае с целью использования этих показателей для индивидуального подхода к лечению больных. В то же время использование клеток крови для диагностических целей имеет определенные недостатки: травматичность взятия образца, невозможность многократных повторов, боязнь заражения СПИДом. Поэтому перед исследователями стоит задача поиска наиболее адекватного объекта исследования. Это и послужило предпосылкой создания устройства для оценки электрокинетических свойств клеток буквального эпителия, позволяющего использовать нативные клетки буккального эпителия в качестве тестовой системы для клинико-лабораторных обследований больных с разными патологическими состояниями. Состояние клеток буккального эпителия отражает патологические изменения обменного характера, связанные с заболеваниями кожи, органов пищеварения, нейроэндокринной, кроветворной и других систем организма. Такой подход к изучению ранних симптомов сочетанных изменений позволяет решать вопросы своевременной диагностики системных заболеваний человека, их профилактики и терапии рецидивов.

Созданная установка для изучения электрокинетических свойств клеток буккального эпителия и служит решением поставленных задач для изучения электрокинетических свойств клеток буккального эпителия и разработан метод оценки морфофункциональных нарушений клеток по изменению их поведения в электрическом поле. Преимущества этой тестовой системы заключаются в возможности исследования нативных клеток, быстроте проведения анализа, информативности и воспроизводимости результатов исследования, что позволяет следить за динамикой патологического процесса. Использование данного методического подхода в сочетании с оценкой дифференцировки позволили выявить ряд важных молекулярно-мембранных механизмов патогенеза исследуемых заболеваний.

Существующие способы определения электрокинетической подвижности ядер клеток буккального эпителия были реализованы с помощью приборов с ручной регулировкой тока с помощью стабилизации напряжения и ручного переключения полярности напряжения. Им присущи длительность и неудобство проведения исследований.

Известен также прибор для определения биологического возраста человека, состоящий из электрофоретической камеры. К недостаткам данного устройства следует отнести:
использование стабилизатора напряжения вызывает необходимость постоянно подстраивать ток через препарат из-за высыхания препарата и других факторов, так как кинетика клеток определяется не приложенным напряжением, а током - через препарат;
отсутствуют средства для обеспечения работы оператора, такие, например, как устройство для подсчета клеток, сигнализация высыхания препарата, плохого контакта;
крайне ненадежная конструкция камеры для препарата, которая изготавливается путем наклейки узких электродов с припаянными к ним соединительными проводами к предметному стеклу. В том случае, если есть коммутация посредством электромагнитного реле: ненадежность работы электромагнитного коммутационного устройства (реле) для переключения полярности напряжения на препарате. Реле имеет ограниченный ресурс, его контакты склонны к загрязнениям, что весьма существенно при малых токах через препарат. В этом случае, если коммутация с помощью тумблера имеет место отсутствие автоматического переключения полярности напряжения на препарате, работа на таком устройстве весьма утомительна для оператора и т. д.

Целью изобретения является повышение точности количественной оценки, повышение надежности и удобства проведения исследований, а также автоматизация процессов исследования.

Указанная цель достигается тем, что создан прибор-устройство, состоящее из электронного блока и камеры, в которую помещается исследуемый препарат. Электронный блок представляет собой компактный прибор размером 260×150×60 мм и предназначен для выработки необходимых для исследования клеток сигналов, а также для подсчета клеток с различными электрокинетическими свойствами. Камера изготовлена из пластмассы и предназначена для фиксации предметного стекла и подвода напряжения к препарату. Камера закрепляется на предметном столике микроскопа и соединяется с электронным блоком кабелем. Для удобства и надежности подвода напряжения к препарату изготовлены специальные стекла, представляющие собой предметное стекло размером 60×20 мм, на края которых методом вакуумного напыления нанесены контактные площадки из алюминия. Предметное стекло вставляется в камеры и фиксируется пружинами, через которые подводится необходимое напряжение. Электронный блок создает на своем выходе знакопеременное напряжение, которое подводится к препарату, частота изменения знака напряжения может регулироваться в пределах 0,3 - 2 Гц. Ток через препарат задается равным 200 мкА± 5% . В случае невозможности поддержания тока в указанных пределах (например, из-за подсыхания препарата, плохого контакта и т. д. ) электронный блок звуковым сигналом сообщает об этом. В электронном блоке имеются два двухразрядных цифровых десятичных счетчика, с помощью которых можно подсчитать количество клеток с подвижными ядрами, нажимая соответствующие клавиши. Обычно исследование проводится на основе анализа 100 клеток, поэтому по достижении равенства суммы показаний счетчиков ста единицам счетчики блокируются и для удобства исследователя подается звуковой сигнал. Электронный блок имеет универсальное питание - от сети переменного тока 220 В, от внешнего источника 9-12 В или встроенной аккумуляторной батареи 9 В, поэтому может быть использован как в стационарных, так и полевых условиях.

На фиг. 1 представлена схема заявляемого устройства, содержащего источник питания 1, преобразователь напряжения 2, специальный двуполярный стабилизатор тока 3, управление работой которого осуществляется перестраиваемым генератором 4. С двуполярным стабилизатором тока соединена схема измерения тока 5, которая соединена с устройством звуковой сигнализации 11. Кроме того, схема содержит первый и второй счетчики (6 и 7 соответственно) со своими индикаторами 9 и 10, сумматор 8, выход которого соединен с устройством звуковой сигнализации 11 и входами запрета счетчика 1 и счетчика 2 (6 и 7). Счетчик 1 и счетчик 2 соединены с кнопками счет 1 и сброс 1, счет 2 и сброс 2 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Источник питания 1 вырабатывает постоянное напряжение 9 В, необходимое для работы элементов схемы и работы преобразователя 2. Преобразователь 2 вырабатывает постоянное напряжение 30 В, необходимое для работы стабилизатора тока 3. Стабилизатор тока 3 предназначен для создания стабильного знакопеременного тока 200 мкА через препарат, подключенный к разъему "камера". Часть его принципиальной схемы представлена на фиг. 2. Работает она следующим образом. От генератора 4 на вход Д-триггера ДД1 поступают прямоугольные импульсы с частотой, устанавливаемой по желанию оператора 0,5-4 Гц. На прямом и инверсном выходах триггера получается парафазный сигнал, управляющий работой ключей на транзисторах VТ1 и VТ2. Предположим, что в данный момент времени на базе транзистора VТ1 - высокий уровень напряжения, а на базе VТ2 - низкий. Тогда транзистор VТ1 - открытый, а VТ2 - закрытый. Путь тока от источника 30 В в этом случае следующий - источник 30 В - резистор R 6 - переход эмиттер - коллектор транзистора VТ5 - нижний разъем "камера", препарат, верхний разъем камера, переход коллектор-эмиттер VТ1 - резистор R 3 - земля. Параллельно этой ветви существует путь: резистор R 5 - переход эмиттер-коллектор транзистор VТ4 - переход коллектор-эмиттер VТ1 - резистор R 3 - земля. Но по этому пути ток не проходит через камеру. Следовательно, при такой полярности напряжения на выходах триггера ДД1 ток проходит через препарат "снизу вверх" (по схеме). По противоположной полярности напряжения на выходе ДД1 транзистор VТ1 транзистор VТ1 закрыт, а VТ2 - открыт. В этом случае путь тока следующий: источник 30 В - резистор R 5 - переход эмиттер-коллектор VТ4 - верхний разъем "камера" - препарат - нижний разъем "камера" - переход коллектор-эмиттер VТ2 - резистор R 3 - земля. Параллельная ветвь - источник 30 В - резистор R 6 - переход эмиттер-коллектор VТ5 - переход коллектор-эмиттер VТ2 - резистор R 3 - земля. В этом случае ток через препарат проходит "сверху вниз" (по схеме). Транзисторы VТ4 и VТ5 включены по схеме стабилизатора тока, так как потенциал их баз фиксирован падением напряжения на переходе эмиттер-база транзистора VТ3 и ток через них можно менять, подбирая резисторы R5x и R6х. Подбором этих резисторов выставляется равенство токов через препарат в различных направлениях. Ток через резистор 3 равен удвоенному току через препарат и падение напряжения на нем используется как входное для схемы изменения тока. Схема измерения тока 5 предназначена для выдачи сигнала на устройство звуковой сигнализации в том случае, когда стабилизатор тока не может обеспечить номинальный ток через препарат (например, в случае плохого контакта, высыхания препарата и т. д. ). Счетчики 6 и 7 с индикаторами 9 и 10 - это случай для подсчета клеток с различными свойствами и являются двухразрядными десятичными счетчиками, инкремент которых производится кнопками счет 1 и счет 2, а сброс - кнопками сброс 1 и сброс 2 соответственно. Информация о состоянии счетчиков отображается на двух двухразрядных десятичных индикаторах 9 и 10. Сумматор 8 предназначен для подсчета суммы количества нажатий на клавиши счет 1 и счет 2, при достижении равенства этой суммы 100 единицам сумматор запрещает дальнейшее изменение состояния счетчиков 6 и 7 при нажатии на кнопки счет 1 и счет 2, этот же сигнал используется для схемы звуковой сигнализации. Схема звуковой сигнализации содержит задающий генератор звуковой частоты, усилитель и звукоизлучающую головку. Звуковой сигнал выдается при поступлении сигналов со схемы измерения тока 5 или сумматора 8. В данном устройстве применяется конструкция предметного стекла, позволяющая быстро менять препарат и обеспечивающая надежный контакт препарата с подводимым знакопеременным напряжением. Препарат 1 клеток помещается в центр предметного стекла 2, представляющего собой стеклянную пластину (фиг. 3), на края которой методом вакуумного напыления нанесены контактные площадки 3 из титана. Выбор титана определяется его прочностью, хорошей адгезией со стеклом и химической инертностью. Препарат накрывают покровным стеклом и предметное стекло помещают в камеру. Камера изготовлена из пластмассы (фиг. 4) и содержит контактные пружины 4, которые соприкасаются с контактными площадками 3 предметного стекла 2, подводя к препарату 1 знакопеременное напряжение. На камере укреплен разъем для соединения с помощью кабеля с электронной схемой устройства. Камера помещается на предметный столик микроскопа и укрепляется препаратоводителем. Замена препарата производится путем вдвигания в камеру нового предметного стекла с препаратом взамен старого.

Таким образом, по сравнению с прототипом, получено постоянство условий, при которых производится измерение, применена стабилизация тока через препарат. Для удобства проведения измерений служит электронный счетчик, позволяющий вести подсчет клеток с различными электрокинетическими свойствами. Конструкция предметного стекла для проведения измерений, представляющего собой стеклянную пластину (предметное стекло) размером 16х60 мм с контактными площадками шириной 22 мм, расположенными на одной из сторон предметного стекла по краям его и полученными методом вакуумного напыления титана. Изготовленное таким образом предметное стекло помещается в специальную камеру. Камера изготовлена из пластмассы в соответствии с фиг. 2 и имеет две контактные пружины, с помощью которых на контактные площадки предметного стекла подводится знакопеременное напряжение от прибора. Камера соединяется с прибором гибким кабелем с разъемами. С помощью полупроводниковых приборов применен полностью электронный метод коммутации знакопеременного напряжения через препарат. (56) Журнал: "Лабораторное дело", N 7, 1986, с. 404-407.

Устройство для оценки электрокинетических свойств клеток буккального эпителия содержит камеру, электронный блок, источник питания 1, преобразователь напряжения, специальный двуполярный стабилизатор тока, управление работой которого осуществляется перестраиваемым генератором, с двуполярным стабилизатором тока соединена схема измерения тока, которая соединена с устройством звуковой сигнализации и содержит первый и второй счетчики со своими индикаторами, сумматор, выход которого соединен с устройством звуковой сигнализации и входами запрета счетчика 1 и счетчика 2, счетчик 1 и счетчик 2 соединены с кнопками счет 1 и сброс 1, счет 2 и сброс 2 соответственно, камера закреплена на предметном столике микроскопа, выполнена из пластмассы и соединена с электронным блоком кабеля, в камеру вставлено предметное стекло, зафиксированное пружинами, через которые подводится необходимое напряжение, предметное стекло имеет размеры 60 х 20 мм, его края имеют контактные площадки из нетоксичного для клеток металла, например алюминия, нанесенные методом вакуумного напыления. Благодаря такой конструкции устройства достигается повышение точности оценки и надежности исследований. 4 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КЛЕТОК БУККАЛЬНОГО ЭПИТЕЛИЯ, содержащее микроскоп, предметное стекло, камеру, электронный блок, включающий в себя источник питания, стабилизатор, отличающееся тем, что в электронный блок введены преобразователь напряжения, вход которого соединен с источником питания, а выход с первым входом стабилизатора, выполненного в виде двухполярного стабилизатора тока, перестраиваемый генератор, выходом соединенный с вторым входом стабилизатора, два выхода которого соединены с камерой, последовательно соединенные измеритель тока, подключенный к третьему выходу стабилизатора, и блок звуковой сигнализации, первый, второй счетчики, соединенные с их первыми выходами первый и второй индикаторы, а с вторыми выходами - сумматор, выход которого подключен к второму входу блока сигнализации и к входам запрета счетчиков, с входами "Счет" и "Сброс" которых соединены соответственно первая и вторая кнопки, при этом камера закреплена на предметном столике микроскопа, выполнена из пластмассы и соединена с электронным блоком кабелем , в ней установлено предметное стекло, зафиксированное пружинами и имеющее размеры 60 · 20 мм, причем его края имеют контактные площадки из нетоксичного для клеток металла, например аллюминия, нанесенного путем вакуумного напыления.