УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ МЕМБРАНЫ КЛЕТОК СИНУСОВОГО УЗЛА СЕРДЦА Российский патент 2001 года по МПК A61B5/00 G09B23/28 

Описание патента на изобретение RU2165731C2

Изобретение относится к области экспериментальной медицины, а именно экспериментальной электрокардиофизиологии, и может использоваться для изучения процессов, протекающих в мембранах клеток синусового узла (СУ) в норме и патологии.

Известно устройство, моделирующее работу мембраны клетки СУ, предложенное Головко [1], которое включает элементы электродвижущей силы (ЭДС) в количестве пяти, резистор, представленный двумя переменными резисторами, конденсатор и полупроводниковый элемент, представленный тремя односторонними стабилитронами.

Однако известное устройство имеет ряд недостатков и по мнению авторов не может давать истинное представление о работе мембраны клетки СУ.

В данном устройстве (прототипе) количество параллельных токовых цепочек жестко (однозначно) связано с количеством разнотипных ионных каналов в мембране, поэтому прототип не годится для моделирования работы мембраны с другим количеством разнотипных ионных каналов [2]. Не учтены индуктивные свойства мембраны и ее вольт-амперная характеристика (ВАХ). Известное устройство представляет собой достаточно сложную конструкцию (11 элементов), неудобную для математического и практического анализа. В прототипе с данным набором элементов (емкость, ЭДС, переменные сопротивления, одинаковые стабилитроны) не могут возникнуть периодические колебания [3] - основное свойство клеток СУ [4].

По мнению авторов в устройстве, моделирующем работу мембраны клетки СУ, должны быть отражены колебательные свойства (периодичность, разрывность колебаний) в мембране, а также основные биофизические свойства мембраны: индуктивность, емкость, электросопротивление, ВАХ, ЭДС.

Техническим результатом изобретения является создание устройства, моделирующего работу мембраны клетки СУ, исключающего вышеупомянутые недостатки прототипа и в то же время отражающего основные биофизические свойства мембраны клетки СУ.

Это достигается тем, что в устройство для моделирования работы мембраны клетки СУ, включающее элемент ЭДС, резистор, конденсатор, полупроводниковый элемент и регистратор сигнала, введены элемент индуктивности и выключатель, при этом элемент ЭДС, резистор, элемент индуктивности, конденсатор и выключатель соединены друг с другом последовательно, а полупроводниковый элемент, выполненный в виде туннельного диода, соединен параллельно, как и регистратор сигнала с конденсатором.

Схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 1.

На фиг. 1 изображены: последовательно соединенные элемент ЭДС 1, резистор 2, элемент индуктивности 3, конденсатор 4 и туннельный диод 5, соединенный параллельно с конденсатором 4, регистратор сигнала 6, выключатель 7.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Электрически соединив последовательно элементы ЭДС 1, резистор 2, индуктивность 3, конденсатор 4 и параллельно подключив к конденсатору 4 туннельный диод 5 и замкнув ее выключателем 7, получаем рабочую схему, которая при некоторых числовых параметрах элементов генерирует периодические разрывные электрические колебания на выходе (фиг. 2a), поступающие на регистратор сигнала 6.

Возникновение таких колебаний достигается подбором величин сопротивления резистора 2 и ЭДС 1 так, чтобы в рабочей точке на ВАХ туннельного диода 5 (т.е. на падающем участке кривой ВАХ) дифференциальное сопротивление туннельного диода 5 было больше величины сопротивления резистора 2.

Варьируя значения сопротивления резистора 2, ЭДС 1, индуктивности 3, емкости конденсатора 4 и применяя туннельные диоды с различными ВАХ, можно получить различную частоту и форму колебаний на выходе регистратора 6, в том числе частоту и форму колебаний, которые отображают работу мембраны клетки СУ.

Основные физические процессы при работе устройства таковы: при замыкании ключа происходит периодическое превращение магнитной энергии (в индуктивном элементе 3) в электрическую энергию (в конденсаторе 4) и наоборот. Это реализуется в виде электромагнитных колебаний. При этом потери энергии в цепи (через резистор 2) за период колебаний компенсируются подкачкой энергии за счет отрицательного дифференциального сопротивления туннельного диода и колебания не затухают, что иллюстрируется кривой (а) на фиг.2.

На этой кривой (фиг.2a) показаны периодические разрывные колебания, генерируемые предлагаемым устройством, а на кривой 2б - естественные электрические колебания в мембране СУ [4]. Кривые (a) и (б) на фиг.2 аналогичны по основным свойствам (периодичность, разрывность). На обеих кривых наблюдаются медленные (пологие) восходящие участки, сменяющиеся быстрыми (крутыми) отрезками со сходными вершинами. Период их колебаний одинаков, т.е. формы кривых близки, что говорит в пользу адекватности предлагаемого устройства и мембраны СУ как генератора электрических колебаний.

Достоинства предлагаемого изобретения заключаются в следующем.

1. Простота конструкции - в схему включено минимальное количество стандартных радиотехнических элементов. Схема наглядна потому, что каждый ее элемент соответствует определенному биофизическому свойству мембраны клетки СУ. Она удобна с аналитической и практической точки зрения. Поэтому проще анализировать работу схемы.

2. Схема предполагает независимость от числа рассматриваемых ионных каналов в мембране клетки СУ. На ее вид не оказывает влияние количество рассматриваемых ионных каналов, известных и не известных на данный момент, их тонкая структура и свойства, а также и геометрическое строение мембраны.

3. Учтены индуктивные свойства мембраны клетки СУ, т.к. в мембране переменные токи создают магнитные поля [5]. Их энергия запасается в индуктивных элементах. Влияние магнитных потоков на создаваемые ими токи характеризуется индуктивностью.

4. Учтена ВАХ мембраны клетки СУ, т.к. важнейшим свойством возбудимых мембран является наличие падающего участка на кривой ВАХ. Иными словами, избирательные свойства возбудимой мембраны по отдельным видам ионов отражены в такой ВАХ. Т.о., ВАХ является интегральной характеристикой всех ионных канальных токов.

5. Удобство проверки работы устройства в различных начальных условиях, т. е. при различных значениях параметров элементов схемы. Иными словами, меняя какой-либо параметр, мы может наблюдать изменение характера колебаний на выходе устройства (схемы).

6. Перспективность для дальнейших разработок. Данное устройство может служить основой для создания новых устройств, моделирующих электрическую работу как отделом, так и всего сердца в целом.

Все это позволяет получить картину работы мембраны клетки СУ, максимально приближенную к соответствующему реальному биообъекту.

Источники информации
1. Головко В. А. Влияние ионов и температуры на генерацию ритма сердца позвоночных. - Л.: Наука, 1989. -150 с.

2. Шеперд Г. (Shepherd G.D.) Нейробиология: В 2 т.: Т. 1.

3. Андронов А.А., Витт А.А., Хайкин С.Э., Теория колебаний / Переработка и дополнение Н.А. Железцова. - М.: ГИФМЛ, 1959.

4. В.Гоффман, П.Крейнфилд. Электрофизиология сердца. - М., 1962.

5. Березовский В.А., Колотилов Н.Н. Биофизические характеристики тканей человека. - Киев: Наукова думка, 1990. - 223 с.

Похожие патенты RU2165731C2

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОЙ И ЕМКОСТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩИХ ИМПЕДАНСА БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ 2000
  • Ефремов А.В.
  • Ибрагимов Р.Р.
  • Манвелидзе Р.А.
  • Леонтьев В.Т.
  • Булатецкий К.Г.
  • Колонда Г.Г.
  • Тарасов Е.В.
  • Ибрагимов Р.Ш.
RU2196504C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОКОЖНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ 2000
  • Плахова Н.М.
  • Селезнев А.Т.
RU2175213C1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И ЛЕЧЕНИЯ ПНЕВМОТОРАКСА 1992
  • Тулупов А.Н.
  • Попов В.И.
RU2082445C1
СПОСОБ ЛЕЧЕНИЯ ПОВЫШЕННОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЗУБОВ 2013
  • Ронь Галина Ивановна
  • Белоконова Надежда Анатольевна
  • Козьменко Анастасия Николаевна
  • Перевалов Сергей Григорьевич
RU2539392C1
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ IN VIVO ПАТОЛОГИЧЕСКОЙ ЗОНЫ В СЛОИСТОЙ СИСТЕМЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО ОРГАНА ЭПИТЕЛИЙ-ПОДЛЕЖАЩАЯ СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ТКАНЬ 2000
  • Гладкова Н.Д.
  • Загайнов В.Е.
  • Загайнова Е.В.
  • Кузнецова И.А.
  • Петрова Г.А.
  • Снопова Л.Б.
  • Терентьева А.Б.
  • Чумаков Ю.П.
  • Шахов А.В.
  • Шахова Н.М.
  • Геликонов В.М.
  • Геликонов Г.В.
  • Иксанов Р.Р.
  • Куранов Р.В.
  • Сергеев А.М.
  • Фельдштейн Ф.И.
RU2169525C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ТРЕХГЛАВОЙ МЫШЦЫ ГОЛЕНИ 1996
  • Львов С.Е.
  • Шапин В.И.
  • Щавелев В.Л.
  • Ноздрин М.А.
  • Русских С.В.
  • Колодина И.Г.
RU2123803C1
СПОСОБ ЛЕЧЕНИЯ БОЛЬНЫХ МЕСТНО-РАСПРОСТРАНЕННЫМ РАКОМ ГЛОТКИ 2005
  • Масленникова Анна Владимировна
  • Терентьев Игорь Георгиевич
RU2289364C1
СПОСОБ КРИОГЕННОГО ЛЕЧЕНИЯ ПАТОЛОГИЧЕСКИХ ОЧАГОВ 2003
  • Коченов В.И.
  • Королев Ю.В.
  • Цыбусов С.Н.
  • Черкасова О.Г.
RU2246280C1
СПОСОБ ОЦЕНКИ ОПТИМАЛЬНОГО ФИЗИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ ЮНОШЕЙ-ПОДРОСТКОВ 2000
  • Волков В.С.
  • Кудрич Л.А.
  • Брянцев В.И.
  • Жмакин И.А.
RU2162295C1
Способ определения комплексной диэлектрической проницаемости биологической клетки в суспензии 2018
  • Генералов Владимир Михайлович
  • Сафатов Александр Сергеевич
  • Наумова Ольга Викторовна
  • Генералов Константин Владимирович
  • Фомин Борис Иванович
  • Кручинина Маргарита Витальевна
  • Громов Андрей Александрович
  • Буряк Галина Алексеевна
RU2706429C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 165 731 C2

Реферат патента 2001 года УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ МЕМБРАНЫ КЛЕТОК СИНУСОВОГО УЗЛА СЕРДЦА

Изобретение относится к области экспериментальной медицины, а именно к экспериментальной электрокардиофизиологии, и может использоваться для изучения процессов, протекающих в мембранах клеток синусового узла в норме и патологии. Технический результат изобретения - простота конструкции устройства и то, что в нем учтены индуктивные свойства и вольт-амперная характеристика мембраны клетки. Устройство содержит элемент ЭДС, резистор, конденсатор, полупроводниковый элемент в виде туннельного диода, элемент индуктивности, выключатель и регистратор сигнала. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 165 731 C2

Устройство для моделирования работы мембраны клеток синусового узла сердца, включающее элемент ЭДС, резистор, конденсатор, полупроводниковый элемент и регистратор сигнала, отличающееся тем, что в него введены элемент индуктивности и выключатель, при этом элемент ЭДС, резистор, элемент индуктивности, конденсатор и выключатель соединены друг с другом последовательно с образованием замкнутой цепи, а полупроводниковый элемент, выполненный в виде туннельного диода, соединен параллельно, как и регистратор сигнала с конденсатором.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2001 года RU2165731C2

Головко В.А
Влияние ионов и температуры на генерацию ритма сердца позвоночных
- Л.: Наука, 1989, с
Деревянный коленчатый рычаг 1919
  • Самусь А.М.
SU150A1
Березовский В.А
и др
Биофизические характеристики тканей человека
- Киев: Наукова думка, 1990, с
Способ исправления пайкой сломанных алюминиевых предметов 1921
  • Касаткин П.М.
SU223A1

RU 2 165 731 C2

Авторы

Борисов В.И.

Королев В.И.

Пасека А.А.

Фомин Л.Б.

Даты

2001-04-27Публикация

1999-05-12Подача