Способ определения оксигенационных свойств крови и устройство для определения кривой диссоциации оксигемоглобина крови Советский патент 1990 года по МПК G01N33/49 

магистральными трубопроводами 9, причем указанный элемент выполнен с открытой поверхностью и изменяемой площадью контакта с газовой средой. Элементы устройства установлены с возможностью регулирования их положения и параметров для подбора соответствующих режимов способа . 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к медико-биологическим измерениям, точнее к способам и устройствам для определения кривой диссоциации оксигемоглобина. Цель изобретения - упрощение измерения, повышение достоверности и сокращение времени. Способ осуществляют путем помещения пробы крови в термостатируемый объем с газовой средой, содержащей кислород с заданным парциальным давлением, последующей регистрации изменения оптических характеристик крови и построением кривой диссоциации. Новым в способе является проведение двух серий измерений соответственно при двух разных значениях парциального давления кислорода Р₁ и Р₂, при этом осуществляется постоянное перемещивание пробы крови и регистрация изменения оптических характеристик крови во времени. Предложены конкретные режимы осуществления способа в части выбора Р₁ и Р₂, времени достижения полного насыщения крови кислородом, а также предложены расчетные формулы для определения α и Р₀₂. Новым в устройстве является использование средства для принудительной перекачки крови по замкнутому контуру, представляющее собой насос 8, последовательно соединенный с элементом насыщения крови кислородом закрытыми магистральными трубопроводами 9, причем указанный элемент выполнен с открытой поверхностью и изменяемой площадью контакта с газовой средой. Элементы устройства установлены с возможностью регулирования их положения и параметров для подбора соответствующих режимов способа. 2 с., 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к медико-биологическим измерениям, к способам и устройствамдляопределенияоксигенационных свойств крови, в частности кривой диссоциации оксигемог юбина, и может найти применение в лабораторной практике для биологических исследований и в медицине для диагностических целей.

Цель изобретения - упрощение измерения, повышение достоверности и сокраще- ние времени,

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения оксигенационных свойств крови помещают пробу крови в термостатируемый объем с газовой средой, содержащей кислород с заданным парциальным давлением, регистрируют изменения оптических характеристик и строят кривую диссоциации, при этом проводят две серии измерения соответственно при двух разных величинах парциального давления PI и Р2 , значения которых при каждой серии измерения сохраняют постоянными в диапазоне изменений степени оксигенации (деоксигенации) а 0-1, осуществляют постоянное перемешивание пробы крови, обеспечивая достижение полного насыщения пробы крови кислородом за время не менее 90 мин, регистрируют изменение оптических характеристик во времени, а искомые величины а(р)л Ро2 для кривой диссоциации определяют по формулам

Г -,

„(,, -()-(.Т

г 1

/ ,dy

(

P02 Pl

-(

i-(x-(f)

гдео:(). -степень насыщения крови кислородом (степень оксигенации);

Ро2( РУ равновесное напряжение кислорода в цитоплазме эритроцитов;

5

0

5 0 5 0

5

0

5

0

р 1 - значение изменения оптических свойств крови в зависимости от времени при первом значении парциального давления кислорода PI;

у5 2 то же при втором значении парциального давления кислорода

t - текущее время измерения;

РН- начальное значение величины изменения оптических свойств крови;

к конечное значение; (f - текущее значение величины изменения оптических свойств крови.

При этом предполагается обе серии измерения осуществлять путем проведения оксигенации пробы крови при двух разных величинах парциального давления кислорода PI и Ра, каждое из которых более 100 мм рт.ст. и менее 200 мм рт.ст. (100 PI Р2 200).

В предлагаемом способе предусмотрено также две серии измерений осуществлять путем проведения последовательных процессов оксигенации и деоксигенации пробы крови соответственно при разных величинах парциального давления кислорода PI и Р2(100 Pi 200; Р2 0).

На фиг,1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - один из возможных вариантов конструкции элемента для насыщения кислородом; на фиг.З - результаты измерения оксигенационной (кривая I) и деоксигенационной (кривая II) характеристик порций крови, полученных с помощью предлагаемого устройства (сплошные линии - расчетные зависимости, точки - опытные данные).

Устройство содержит (фиг.1) элемент 1 для насыщения измеряемой порции крови кислородом, датчик 2 парциального давления кислорода, оптический оксигенометр 3, помещенные в герметичный влаго- и термостатируемый бокс 4, средства 5 заполнения бокса выбранной газовой смесью и поддержания в нем заданного состава газовой смеси, температуры и влажности, средства 6 регулируемого контроля парциального давления кислорода, средства 7 регистрации, обработки и отображения полученных данных и, кроме этого, насос 8, закрытые маги- стральные трубопроводы 9 со специальными разъемами 10 и удлиняющи- ми элементами 11, размещенные в боксе

дог1о нительно, причем закрытые трубопро- во/ы 9 с удлиняющими элементами 11 по- сл довательно соединяют элемент 1, оксигенометрЗ и насос 8 так, что образуется aaN кнутый тракт, в котором создается не- пр( РЫБНЫЙ кровоток действием насоса 8 (на травление кровотока на фиг.1 показано стрелками), Специальные разъемы 10 могут представлять собой отрезки шланга из силиконовой резины, а дополнительные удли- Ю 12 и тем самым изменять длину части желоняИзщие элементы 11 - одну или несколько петель трубопровода из пластика, включае- Mot|o в кровоток с помощью разъемов 10,

Элемент 1 представляет собой открытый канал в форме желоба, прямого или изогнутого (спиралеобразного), выполненного с возможностью изменения времени взаимодействия протекающей через него кро|ви с газовой средой бокса посредством

пра зон

КОС

ниж

кос

24,

сквс

ка

очер

Сливную емкость 13 можно по желанию установить в любом месте по длине желоба

из

npi

ти

к pole ь

возможных

тог

для

зон|гу и длины части канала, по которой текровь. Данная конструкция содержит

дующие основные узлы (см. фиг.2): же- 12 с приспособлением для изменения наклона его-к горизонту, сливную емъ 13, соединенную с подводящим гиб- закрытым магистральным

юпроводом 14, направляющим носиком

ба, по которой течет кровь. Для этого доста- точно, ослабив винты 26 и 29 и придерживая емкость 13, подобрать необходимую длину плечей штоков 24 и 25, дви- 15 гая их вдоль продольных осей. Гибкий трубопровод 14 не препятствует этому. Потом, развернув шток 25 вокруг его продольной оси и установив направляющий носик 15 емкости 13 над желобом в выбранном

30

енения с помощью предусмотренных 20 месте, зафиксировать штоки 24 и 25 винта- способлений длины и (или) наклона час- ми 26 и 29, Конструкция готова к работе, открытого канала, по которой течетУстройство работает следующим обра. На фиг.2 схематично показан один из зом,

вариантов конструкций откры-Предварительно лишенную кислорода

) прямого канала с приспособлением 25 пробу крови заливают в систему закрытых изменения угла наклона желоба к гори- магистральных трубопроводов 9 (фиг.1) так,

чтобы не образовалось газовых пузырей. Закрывают бокс 4 и с помощью средств 5 заполняют его газовой смесью с заданным парциальным давлением кислорода Pi, обеспечивая таким образом условия для процесса оксигенации крови. Включают систему термостабилизации и систему поддержания в боксе 4 заданных условий

приспособлением для фиксации слив- 35 (состава газовой среды, влажности, близкой емкости в заданном месте по длине к 100%), Указанные системы входят в состав , и приемную емкость 16 с закрытым средств 5, По достижении заданной темпе- )дящим трубопроводом 17. Желоб 12 не- ратуры и влажности включают насос 8 и шарниры 18 на его концах с нижней оксигенометр 3 и изменяют зависимость по- , как показано на фиг.2, соединен со 40 казаний оксигенометра 3 от времени t от 19. Последние могут свободно вхо- . в стойки 20 оснований 21 и фиксирочет

еле

лоб

углл

кос

КИМ

тру 15 1 ной

жел|оба

ОТВ(

рез

стоЛоны

што|ками

дит

ват1

начала оксигенации (от момента включения насоса 8). При этом осуществляется постоянное перемешивание пробы крови. Наличие регулируемых элементов устройства

ся винтами 22 в заданном положении. Левое основание 21 жестко закреплено, а

юе может свободно двигаться в гори-45 обеспечивает возможностью полного насыальном направлении. Приемная ем-щения крови кислородом за время не менее

ь 16 закреплена на кронштейне 23 под90 мин, что определяется режимами спосоним концом желоба 12, Сливная ем-ба. После завершения процесса оксигенаь 13 жестко закреплена на конце штокации проводят вторую серию измерения при

который может свободно двигаться в50 Р2 (процесс оксигенации крови) или меняют

зном отверстии на верхнем конце што- 5 и фиксироваться винтом 26. В свою едь шток 25 может входить в стойку 27 основания 28. Положение штока 25 может

газовую среду в боксе 4 на бескислородную, при этом насос 8 выключают. После замены газа насос 8 включают вновь и начинают процесс деоксигенации (удаления кислорофикция што бы к жен

газовую среду в боксе 4 на бескислородную, при этом насос 8 выключают. После замены газа насос 8 включают вновь и начинают процесс деоксигенации (удаления кислоро;ироваться винтом 29. Такая конструк- 55 да из жидкости), т.е. вторую серию измерепозволяет, ослабив винт 29, развернуть с 25 вокруг его продольной оси так, что- аправляющий носик 15 не мешал дви- ию желоба 12 в вертикальном напфавлении, и зафиксировать его в этом

НИИ, снимая при этом временную зависимость показаний оксигенометра 3 от начала деоксигенации.

Элемент для насыщения кислородом jpa6oTaeT следующим образом.

12 и тем самым изменять длину части желоположении с помощью винта 29. Далее, ослабив винт 22 правого штока 19 под желобом и выдвигая шток 19 из стойки 20 или вдвигая в нее шток 19, можно менять угол наклона желоба 12 к горизонту в широких пределах, при этом правое основание 21 будет придвигаться в левому.

Сливную емкость 13 можно по желанию установить в любом месте по длине желоба

ба, по которой течет кровь. Для этого доста- точно, ослабив винты 26 и 29 и придерживая емкость 13, подобрать необходимую длину плечей штоков 24 и 25, дви- 15 гая их вдоль продольных осей. Гибкий трубопровод 14 не препятствует этому. Потом, развернув шток 25 вокруг его продольной оси и установив направляющий носик 15 емкости 13 над желобом в выбранном

0 месте, зафиксировать штоки 24 и 25 винта- ми 26 и 29, Конструкция готова к работе, Устройство работает следующим обра30

(состава газовой среды, влажности, близкой к 100%), Указанные системы входят в состав средств 5, По достижении заданной темпе- ратуры и влажности включают насос 8 и оксигенометр 3 и изменяют зависимость по- казаний оксигенометра 3 от времени t от

начала оксигенации (от момента включения насоса 8). При этом осуществляется постоянное перемешивание пробы крови. Наличие регулируемых элементов устройства

обеспечивает возможностью полного насыгазовую среду в боксе 4 на бескислородную, при этом насос 8 выключают. После замены газа насос 8 включают вновь и начинают процесс деоксигенации (удаления кислорода из жидкости), т.е. вторую серию измереНИИ, снимая при этом временную зависимость показаний оксигенометра 3 от начала деоксигенации.

Элемент для насыщения кислородом jpa6oTaeT следующим образом.

Кровь от насоса 8 (на фиг.З не показан) подается по закрытому гибкому трубопроводу 14 в сливную емкость 13 и по направляющему носику 15 сливается в желоб 12. Далее кровь течет по части желоба 12 от места установки сливной емкости 13 до нижнего конца желоба, обмениваясь кислородом с газовой средой бокса, в который помещена вся конструкция. Далее кровь сливается в приемную емкость 16 и по тру- бопроводу 17 направляется к насосу 8.

В качестве регистрирующего элемента в предлагаемом устройстве можно использовать малоинерциальные оптические окси- генометры 3 любого типа, в т. ч. некалиброванные, лишь бы ихх показания были однозначно связаны со степенью ок- сигенации исследуемой крови. Можно также использовать любые конструкции бокса 4, обеспечивающие сохранение заданных условий протекания процесса кислородного обмена крови, в том числе и с прокачкой газовой смеси. Насос 8 не должен гемоли- зировать кровь более, чем на 2-3% в процессе измерений. С учетом этого условия могут быть применены, например, известные перистальтические насосы с трубками из силиконовой резины. Этим же требованиям должен удовлетворять трубопровод 9, который дополнительно должен обеспечи- вать интенсивное перемешивание крови. Могут быть использованы трубки силиконового пластика. Устройство сливной емкости 13 с носиком 15 должно обеспечивать непрерывность потока крови и стекание ее по направляющему носику в желоб. При этом носик 15 контактирует с дном желоба. Устройство приемной емкости и сливного края желоба 12 (на фиг.2 показан схематично) также должно обеспечить сходные условия, т.е. сливной край желоба 12 должен уходить под поверхность крови в приемной емкости 16. К остальному необходимому оборудованию не предъявляются какие-либо специальные требования.

В зависимости от конкретной постав- ленной задачи порядок работы может быть изменен, т.е. взята кровь, полностью насыщенная кислородом, и сначала проведена ее деоксигенация, а потом оксигенация в заданных условиях, либо достаточно будет ограничиться измерением одного из приведенных процессов кислородного обмена. Могут быть проведены две серии измерений путем проведения оксигенации пробы кро- ви при различных значениях парциального давления Pi и Ра.

П р и м е р 1. Бокс 4 при включении средств 5 заполняется газовой смесью с заданным парциальнымдавлением кислорода

Pi, например 150 мм рт.ст. Устанавливаются другие параметры режима измерений .- температура и влажность (близкая к 100%), состав газовой среды, величина которых поддерживается постоянной в процессе измерения с помощью средств 5.

Подготовка пробы крови к измерению осуществляется любым из известных способов. При этом полное удаление кислорода из пробы контролируется стандартным (полярографическим) способом с помощью соответствующего прибора.

Далее, предварительно лишенная кислорода проба крови объемом 35 см, заливается в сливную емкость 13, из которой она поступает в желоб 12 и систему закрытых магистральных трубопроводов в виде силиконовых трубок диаметром 0,4 см.

Перистальтический насос с производительностью 1,2 л/ч обеспечивает непрерывную циркуляцию пробы крови в замкнутом тракте (расход 1,2 л/ч) и ее перемешивание. Устройство сливной емкости 13 с носиком 15 должно обеспечить непрерывность потока крови и ее стекание по направляющему носику 15 в желоб 12. Носик 15 контактирует с дном желоба. Устройство приемной емкости 16 и сливного края желоба 12 (на фиг.2 показано схематично) также должнс обеспечить сходные условия, т.е. сливной край желоба должен уходить под поверхность крови в приемной емкости 16. При включении насоса 8 начинается циркуляция пробы крови, которая, контактируя с газовой средой бокса 4 на открытом участке желоба, оксигенируется, что регистрируется оксиге- нометром 3, показания которого непрерывно увеличиваются. В процессе измерения непрерывно контролируют изменение степени оксигенации гемоглобина, определяя зависимость показаний оксигенометра 3 от времени t во всем диапазоне измерений р от н до к . При этом (р н регистрируют в момент времени гн, т.е. в момент появления крови в открытой части желоба.

Через каждую минуту процесса оксигенации показания оксигенометра заносятся в таблицу для построения искомой кинетической кривой. Процесс этот продолжается до момента, когда показания оксигенометра практически перестают изменяться: процесс оксигенации дошел до насыщения. Процесс измерения до полного насыщения крови кислородом должен занимать время не менее 90 мин. Это условие выполняется за счет наличия в устройстве регулируемых элементов, обеспечивающих возможность изменения угла наклона желоба 12 к горизонтальной плоскости, а также изменение

шны части желоба, по которому течет . Далее осуществляют второе измере- при котором соблюдаются все указан- ,16 выше условия (как при первом за исключением того, что про- оксигенации ведут при ином фиксиро- парциальном давлении кислорода , величина которого составляет 100 мм ст. Pi Р2 200 мм рт.ст. В результате получают вторую таблицу данных 2 (t) . По табличным данным строятся кинетические ивые p(l) (t) , путем математи- обработки которых определяют ис- величины«(у) и Ро2, для кривой Д1 ссоциации по следующим расчетным

Д

кЬовь.

ние,

н Die

измерении) цесс ванном Р

Р

т

Kf

ческой ксмые

ф(

рмулам:

V

)

/ -,

Ф1 f „ d(p2 , -,- -()--()

/

РК

РН

ФГ

dt

(Р}

d5 dt

(Р}

РЭ2

где а

КИ(

свс при

ни$

Mef

ния

Первое

цес1

ДОН

кон

ван

(ра

при

Р2dtf 2 f ч / dCOl ,

(y-jr(p}

1

(v-(.) ,

((р) - степень насыщения крови кисло (степень оксигенации);

Po2( iP) - равновесное напряжение ;лорода в цитоплазме эритроцитов;

р 1 - значение изменения оптических йств крови в зависимости от времени первом значении парциального давле- кислорода

9 2 - то же при втором значении парци- аль|ного давления кислорода Р2; t - текущее время измерения; РН- начальное значение величины из- 1ения оптических свойств крови; - уз к конечное значение; р- текущее значение величины измене- оптических свойств крови. П Р и м е Р 2. Подготовку бокса 4 и пробы осуществляют аналогично примеру 1. измерение также производят в про- :е оксигенации пробы крови кислоро- на открытом участке желоба 12 при ее акте с газовой средой бокса с фиксиро- ым значением парциального давления кислорода 100 мм рт.ст. PI 200 мм рт.ст. вным, например, 150 мм рт.ст.). Как и .в иере 1 осуществляют постоянное пере- меиивание пробы крови, обеспечивая до«ение полного насыщения крови кис;|ородом за время не менее 90 мин. Ре

10

15

20

25

30

5

0

5

зультаты измерений (f) i(t) заносят в таблицу.

Второе измерение проводят в процессе деоксигенации той же пробы, для которой был в первом измерении проведен процесс оксигенации. Его осуществляют при величине парциального давления кислорода Р2 0. В этом случае меняют газовую среду в боксе 4 на бескислородную, при этом насос 8 выключают. После замены газа насос 8 вклю- чают вновь и в начинающемся процессе деоксигенации (удаления кислорода из жидкости), измеряют временную зависимость показаний оксигенометра 3 от момента начала деоксигенации. Результаты измерений (t) заносят в таблицу.

Построение кинетических кривых (р i(t) и Р2(} , их математическая обработка, а также-расчет искомых величин a(p)v Ро2 осуществляются аналогично примеру 1. Фор мула изобретения 1. Способ определения оксигенацион- ных свойств крови путем помещения пробы крови в термостатируемый объем с газовой средой, содержащий кислород с заданным парциальным давлением, последующей регистрацией изменения оптических характе- ристик крови и построения кривой диссоциации, отличающийся тем, что, с целью упрощения измерения, проводят две серии измерений при двух разных зна- чениях парциального давления кислорода PI и Р2, значения которых при каждой серии измерений сохраняют постоянными в диапазоне изменений степени оксигенации или деоксигенации от О до 1, осуществляют постоянное перемещение пробы крови, обеспечивая достижение полного насыщения крови кислородом за время не менее 90 мин, регистрируют изменение оптических характеристик крови во времени, а искомые величины степени оксигенации и Ро2 для

кривой диссоциации определяют по формулам

0 «()

Р .

-(.)-()

/

рк

б р

f()-()

dt

(

()

где а((р) - степень насыщения крови кислородом (степень оксигенации);

Ро2 (у) равновесное напряжение кислорода в цитоплазме эритроцитов; .

р 1 - значение изменения оптических свойств крови в зависимости от времени при первом значении парциального давления кислорода PI:

(ffi- то же при втором значении парциального давления кислорода Ра;

t - текущее время измерения;

( начальное значение величины изменения оптических свойств крови;

к - конечное значение;

({) - текущее значение величины изменения оптических свойств крови.

f2

. 2

заполнения и поддержания состава, е также расположенные вне бокса средства регулирования парциального давления кислорода на подводящих трубопроводах, и средства

регистрации, входами электрически связанные с выходами датчика парциального давления кислорода и датчика степени насыщения крови кислородом, отличающееся тем, что, с целью повышения

достоверности и сокращения времени, в него введено средство для принудительной перекачки крови в виде расположенного в полости бокса насоса, последовательно соединенного со средством для насыщения

крови кислородом по замкнутому контуру с закрытыми магистральными трубопроводами, при этом средство насыщения крови кислородом выполнено с открытой поверх- ностиью и возможностью изменения площади контакта с газовой средой, а магистральные трубопроводы - с возможностью изменения длины.

5,Устройство по п.4, отличаю ще- е с я тем, что средство для насыщения крови кислородом включает желоб, установленный на регулируемых по высоте стойках, а подводящий конец магистрального трубопровода снабжен сливной емкостью, установленной с возможностью герамещения

вдоль продольной oci-i желоба.

.26

а,Уо

20 Ю

Фиг. 3

Iff t, мин