Устройство для исследования механических свойств мышцы Советский патент 1991 года по МПК A61B5/103 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для исследования и регистрации механической активности гетерогенного миокарда и других мышц животных и человека, может быть использовано в физиологии, фармакологии и кардиологии и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1560094,

Целью изобретения является расширение области применения путем одновременного исследования последовательно и параллельно соединенных участков мышечной ткани.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства с одной камерой и тремя исследуемыми препаратами; на фиг,2 - диаграммы напряжений на выходах блоков устройства.

На фиг.2 обозначены: А - напряжение на выходе электростимулятора; Б - напряжение на выходе первого сумматора; В - напряжение на выходе датчика перемещения концов параллельно расположенных препаратов; Г- напряжение на выходе датчика силы сокращений единичного препарата; Д - напряжение на выходе датчика силы сокращения последовательно соединенных препаратов; AL- максимальное укорочение комплекса исследуемых параллельно и последовательно соединенных препаратов в условиях их взаимовлияния; ДЦ - максимальное укорочение препарата 4 при исследовании в комплексе препаратов 4, 5 и 6; - максимальное укорочение препарата 6 при отсутствии влияния препаратов 4 и 5; Л LJ - максимальное укорочение препарата 4 при отсутствии влияния препарата 6; Д U,s - максимальное укорочение препаратов 4 и 5 при отсутствии влияния препарата 6: Р0 - максимальное изометрическое усилие, развиваемое комплексом препаратов при постоянной длине; t - время.

Устройство для исследования механических свойств мышцы содержит корпус 1, закрепленные на нем камеру 2 с питательным раствором 3, исспедуемыми мышцами - препаратами 4-6 миокарда и электродами 7 и 8 злектростимулятора 9, датчики 10 и 11 силы, датчик 12 механических деформаций и датчики 13 и 14 перемещения концов препаратов. Кроме того, устройство содержит электронный блок 15 и регистратор 16 сигналов.

Исследуемые препараты 4 и 5 соединены один с другим последовательно так, что их концы 17 и 18 соединены один с

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

другим и с подвижным концом 19 рычага 20, другой конец 21 которого соединен с корпусом 1 с возможностью вращения вокруг оси 22. Каждый из концов 23 и 24 препаратов 4 и 5 соединен соответственно со штоком 25 датчика 10 силы сокращения и с рычагом 26 датчиков 12 механических деформаций. Один из концов препарата б соединен со штоком 27 датчика 11 силы сокращения, а другой - с рычагом 26 датчика-механических деформаций.

Датчик 12 состоит из магнита 28, в кольцевом зазоре которого размещена с возможностью перемещения и закреплена с помощью диффузора 29 цилиндрическая катушка 30 с обмоткой 31.

Каждый из датчиков 13 и 14 перемещения концов препаратов содержит оптрон- ную пару (светодиоды 32 и 33 и фотодиоды 34 и 35), оптический канал которой перекрывается экранами 36, 37, Экран 36 датчика 13 закреплен на рычаге 20, экран 37 датчика 14 - на рычаге 26 датчика 12.

Выход датчика 11 силы соединен непосредственно с соответствующим входом регистратора 16сигнапов и через переключатель 38 с первым входом 39 первого сумматора 40, а выход датчика 10 силы сокращения соединен непосредственно с одним из входов регистратора 16 и через переключатель 41 с вторым входом 42 первого сумматора 40. Выход последнего соединен с одним из входов регистратора 16 и с входом 43 блока 44 формирования физиологического режима нагрузок. Выход блока 44 соединен с первым входом 45 второго сумматора 46, выход которого соединен с обмоткой 31 управляемого средства для создания нагрузки на исследуемые препараты 4-6.

Выход датчика 13 перемещения концов 17 и 18 препаратов 4 и 5 (фотодиод 34) соединен с входом регистратора 16. Выход датчика 14 перемещения концов препаратов 6 и 5 (фотодиод 35) соединен с вторым входом 47 второго сумматора 46 и с соответствующим входом регистратора 16.

Каждый из входов 48-51 блока 44 формирования физиологического режима нагрузок соединен с подвижным контактом соответствующего переменного резистора 52-55. С помощью блока 44 задаются параметры сокращения и расслабления исследуемых препаратов: уровень постоянной составляющей постнагрузки, уровень пред- нагрузки, значение переменной составляющей постнагрузки, скорость растяжения.

Значения указанных параметров задаются путем установления заданного напряжения на входах 48-51 с помощью переменных резисторов 52-55.

В варианте исполнения каждый из препаратов 4-6 может быть размещен в отдельной камере со своими электродами и перфузирующим раствором для проведения исследований в условиях разных физиологических воздействий на препараты.

Устройство работает следующим образом.

Испытуемые препараты 4-6 (фиг.1) помещают в камеру 2 с перфузирующим пита- тельным раствором 3, например модифицированным раствором Кребса. Замыкают ключи 38 и 41. На входах 48-51 блока 44 устанавливают необходимые для выбранных условий исследования значения параметров сокращения - уровни постоянной и переменной составляющих постнагрузки, уровень преднагрузки и скорость растяжения мышцы. В данном случае на входах 48 и 50 задается нагрузка на весь комплекс последовательно и параллельно соединенных препаратов 4-6, равная 0,5 Ро(0,4 Р0- постоянная составляющая и 0,1 Ро - переменная).

Включают электростимулятор 9, с выхода которого на электроды 7 и 8 подается импульсное напряжение А (фиг.1). В мсзмент времени I в ответ на воздействие импульса стимулятора 9 препараты 4-6 начинают развивать механическое напряжение, которое преобразуется датчиками 10 и 11 силы в нарастающие электрические напряжения, поступающие на регистратор 16 и входы 39 и 42 сумматора 40 (Г и Д, фиг.2). Суммарное напряжение с выхода сумматора 40 записывается в регистраторе 16 и поступает на вход 43 блока 44 формирования физиологического режима нагрузок, с выхода которого напряжение подается на вход 45 сумматора 46, начиная с момента времени II, когда напряжение на входе блока 44 превысит значение, соответствующее установленной на входе 48 величине постоянной составляющей постнагрузки 0, 4 Р0 Нарастающее на выходе сумматора напряжение обеспечивает возникновение тока в обмотке 31 блока 12, что вызывает перемещение рычага 26 с закрепленными на нем концами препаратов 5 и 6 влево. С указанного момента времени II препараты 4-6 начинают укорачиваться под общей постоянной нагрузкой 0,4 Ро и нарастающей нагрузкой (от О до 0,1 Ро), зависящей от скорости укороче0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ния. На выходе датчика 14 перемещения концов препаратов 5 и 6 появляется напряжение, соответствующее возникшему укорочению комплекса препаратов 4-6, поступающее на вход 47 сумматора 46 и регистратор 16 (В, фиг. 2). Это напряжение практически повторяет напряжение на выходе блока 44. Обратная связь по перемещению концов препаратов 5 и 6 (измери- , тель 14 - вход 47 сумматора 46 - обмотка 31 блока 12) необходима для более точного воспроизведения блоком 12 напряжения с выхода блока 44.

По достижении комплексом препаратов 4-6 максимального укорочения Д 1(мо- мент времени ill на фиг.2), присущего именно данному исследуемому комплексу препаратов и характеризующему его спо-, собность поднять груз 0,5 Р0 на высоту AL, механическое напряжение в комплексе препаратов начинает уменьшаться (Б,фиг.2). При этом напряжение на выходе блока 44 поддерживается постоянным (В, период 1И - IY, фиг.2), обеспечивая расслабление комплекса при постоянной длине.

Когда сила, развиваемая комплексом препаратов 4--6, снизится до установленного на входе 49 блока 44 уровня преднагрузки (Б, момент IY, фиг.2), напряжение на выходе блока 44 начинает уменьшаться до исходного значения (нулевого). При этом комплекс препаратов 4-6 растягивается с заданной на входе 51 блока 44 скоростью до исходной длины (период IY - Y, В, фиг. 2), после чего цикл сокращение-расслабление заканчивается.

При появлении на выходе стимулятора 9 следующего импульса возбуждения указанный цикл повторяется.

Второе исследование проводят при замкнутом ключе 38 и разомкнутом 41 и заданной на входах 48 и 50 блока 44 величине общей нагрузки, равной 0,3 Р0 (полученной при первом исследовании для препарата 6). В данном случае исследуется препарат 6 в механической изоляции от препаратов 4 и 5.

Включают электростимулятор 9. Устройство работает аналогично описанному, за исключением отсутствия напряжения на входе 42 сумматора 40, так что напряжение Б на его выходе практически (с коэффициентом передачи) повторяет напряжение Г на входе 39. Полученные диаграммы напряжений приведены на фиг.2 (период времени i -If- ИГ- IY - Y ). Из них следует, что препарат 6, сокращаясь в механической изоляции от препаратов 4 и 5, оказался способным перемещать один и тот же груз 0,ЗР0на расстояние A Le, меньшее, чем расстояние AL при работе в комплексе препаратов (Г и В, момент II, фиг.2), т.е. наличие параллельно расположенных препаратов повышает сократительную способность препарата 6.

Далее замыкают ключ 41 и размыкают ключ 38. На входах 48 и 50 блока 44 устанавливают значение общей нагрузки, равное 0,2 Ро (ранее полученное для препаратов 4 и 5). Включают электростимулятор 9, устройство работает аналогично описанному , но, так как на входе 38 сумматора 40 нет напряжения, то напряжение Б на его выходе практически повторяет напряжение Д с выхода датчика 10 силы сокращения препаратов 4 и 5.

При этом исследуются свойства препаратов 4 и 5 в механической изоляции от препарата 6, Диаграммы, снятые в периоды времени I - II - III - IY - Y, приведены на фиг.2. Их сравнение показывает, что препараты 4 и 5 совместно укорачиваются на величину АЦ,5 (В, Iff, фиг.З), которая больше величины AL- максимального укорочения этих препаратов в условиях взаимодействия с препаратом 6. При этом препарат 4 перемещает груз 0,2 Р0 на расстояние AL /, в этом случае в два

А

б54р SS.№ ОМ

0

5

0

5

0

раза большее расстояния AU при влиянии препарата 6. Т.е. влияние на последовательно расположенные препараты 4 и 5 параллельно им располагающегося препарата 6 вызывает снижение сократимости препаратов 4 и 5, а также перераспределение вклада каждого из препаратов 4 и 5 в сократительную способность последовательной связки препаратов 4 и 5.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет изучать механизм взаимодействия между последовательно и параллельно расположенными участками сердечной ткани, количественно оценивать влияние этого взаимодействия на параметры сокращения неоднородного миокарда.

Формула изобретения Устройство для исследования механических свойств мышцы по авт. св. Ms 1560094, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения путем одновременного исследования последовательно и параллельно соединенных участков мышечной ткани, в него дополнительно введен второй рычаг, один конец которого закреплен на оси, и второй датчик перемещения, выход которого соединен с одним из входов регистратора.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для исследования механической активности мышц, в частности миокарда человека. Может быть использовано в физиологии, фармакологии и кардиологии. Изобретение обеспечивает исследование взаимодействия последовательно и параллельно расположенных участков миокарда, моделирование миокарда как сложной гетерогенной системы. Цель изобретения - расширение области применения путем исследования последовательно и параллельно соединенных участков мышечной ткани. Устройство содержит камеру 2 с физиологическим раствором, электродами 7,8 электростимулятора 9. В кам-рь 2 размещены последовательно соединенные исследуемые препараты 4 и 5 миокарда и параллельно им расположенный препарат 6. Устройство включает блок 12 создания нагрузки на препараты 4-6, датчики 13, 14 перемещения концов препаратов и датчики 10,11 силы сокращения препаратов. Электронный блок 15 устройства содержит два сумматора 40, 46, блок 44 формирования физиологического режима нагрузок и регистратор. 2 ил. ё О со го ю ю