Устройство для исследования механических свойств мышцы

 

Изобретение относится к медицинской технике, к устройствам для исследования и регистрации механической активности гетерогенного миокарда, и может быть использовано в физиологии, фармакологии и кардиологии. Использование изобретения обеспечивает повышение достоверности результатов исследований механических свойств миокарда как структуры с ярко выраженной пространственной и временной гетерогенностью. Устройство содержит камеру 2 с питательным раствором 3 и исследуемыми препаратами 4 и 5, электростимулятор 8, датчики 11 и 12 силы сокращения мышц и датчик 18 перемещения концов препаратов, задатчик 10 для создания нагрузки на препараты 4, 5, дополнительные камеры с питательным раствором, электродами и линиями задержки. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1560094 А 1 (51)5 А 61 В 5/103

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4453797/28-14 (22) 06.0?.88 (46) 30.04.90. Бюл. № 16 (71) Свердловский научно-исследовательский институт гигиены труда и профзаболеваний и Свердловский городской центр научно-технического творчества молодежи (72) Ф. А. Бляхман, Г. М. Нафиков, В. С. Мархасин и В. Я. Изаков (53) 615.475 (088.8) (56) Физиологический журнал СССР, 1984, т. 70, № 11, с. 1582 — 1584. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЫШЦЫ (57) Изобретение относится к медицинской технике, к устройствам для исследования и регистрации механической активности гетерогенного миокарда, и может быть использовано в физиологии, фармакологии и кардиологии. Использование изобретения обеспечивает повышение достоверности результатов исследований механических свойств миокарда как структуры с ярко выраженной пространственной и временной гетерогенностью. Устройство содержит камеру 2 с питательным раствором

3 и исследуемыми препаратами 4 и 5, электростимулятор 8, датчики 11 и 12 силы сокращения мышц и датчик 18 перемещения концов препаратов, задатчик 10 для создания нагрузки на препараты 4, 5, дополнительные камеры с питательным раствором, электродами и линиями задержки.

2 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для исследования механической активности гетерогенного миокарда, и может быть использовано в физиологии, фармакологии и кардиологии.

Целью изобретения является повышение достоверности результатов исследований механических свойств миокарда.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — схема выполнения устройства с раздельными камерами.

Устройство для исследования механических свойств мышцы (фиг. 1) содержит корпус 1, камеру 2 с питательным раствором 3 и размещенными в ней исследуемыми мышцами 4, 5. В камере 2 размещены электроды 6, 7 электростимулятора . 8. Одним концом каждая из мышц 4 и 5 жестко соединена со штоком 9 управляемого задатчика 10 механических деформаций, другие концы препаратов (4,5) соединены со штоками соответствующих датчиков 11, 12 силы сокра ще ний.

Шток 9 соединен с управляемым задатчиком 10 механических деформаций для создания нагрузки на мышцы, представляющим собой цилиндрическую катушку 13, закрепленную на штоке 9, с обмоткой 14 и постоянным магнитом 15, в кольцевом зазоре 16 которого перемещается катушка

13, закрепленная с помощью жесткого диффузора 17.

Со штоком 9 соединен также датчик

18 перемещения мышц, включающий оптронную пару (светодиод 19, фотодиод 20), оптический канал которой перекрывается экраном 21, закрепленным на штоке 9.

Электронный блок 22 устройства содержит сумматор 23, выходы 24 и 25 которого соединены через коммутатор 26 с соответствующими входами датчиков 11 и 12 силы сокращений, которые в свою очередь подключены к регистратору 27. Выход сумматора 23 одновременно соединен с регистратором 27 и входом 28 блока 29 формирования физиологического режима нагрузок.

Выход блока 29 соединен с вторым входом

30 сумматора 31, первый вход 32 которого подключен к фотодиоду 20 датчика 18 перемещения мышц. Выход датчика 18 перемещения подключен также к регистратору 27.

Выход сумматора 31 соединен с управляющим входом задатчика 10.

Для исследования механических свойств гетерогенного миокарда, неоднородность которого обусловлена наличием асинхронного возбуждения отдельных волокон сердечной ткани, а также вызвана различной фармакологической чувствительностью этих волокон к регуляторным агентам, устройство (фиг. 2) содержит изолированные камеры 33, 34 с соответствующими пита5

4 тельными растворами. В каждую из изолированных камер помещены электроды 35 — 38, подключенные к электростимулятору 8 непосредственно и через линии 39 регулируемо и за дер ж ки.

Блок 29 (фиг. 1) является формирователем . физиологического режима нагрузок.

С его помощью задаются следующим параметры сокращения и расслабления миокарда: уровень постоянной составляющей постнагрузки (вход 40), уровень преднагрузки (вход 41), значение переменной составляющей постнагрузки (вход 42) и скорость растяжения мышцы (вход 43). Задание значений напряжений на указанных входах блока 29 производится с помощью переменных сопротивлений 44 — 4? соответственно.

Устройство для исследовании механических свойств мышцы работает следующим образом (на примере исследования двух препаратов 4 и 5 миокарда, помещенных в общую камеру 2).

Испытуемые препараты миокарда 4 и 5 (фиг. 1) помещают в камеру 2 с перфузирующим питательным раствором 3 и каждый жестко крепят одним концом к штоку

9 управляемого задатчика 10 для создания нагрузки на мышцы. Другой конец каждой из мышц крепят к штоку соответствующего датчика 11 и 12 силы сокращений мышцы.

Перед началом исследования переключатели коммутатора 26 переводят в замкнутое положение, соединяя тем самым выходы датчиков 11 и 12 силы сокращений с входами 24 и 25 сумматора 23 соответственно. Далее на входах 40 — 43 блока 29 формирования требуемой физиологической нагрузки устанавливают необходимые значения механических переменных: уровни постоянной и переменной составляющих постнагрузки, уровень преднагрузки и скорость растяжения мышц.

Включают стимулятор 8, от которого на электроды 6 и 7 подается импульс напряжения. В ответ на воздействие импульса стимулятора 8 мышцы 4 и 5 начинают развивать механическое напряжение, которое преобразуется датчиками 11 и 12 силы сокращений соответственно в нарастающее электрическое напряжение, поступающее одновременно на регистратор 27 и через замкнутые переключатели коммутатора 26 на входы 24 и 25 сумматора 23 сооветственно. При этом на выходе сумматора 23 появляется нарастающее напряжение, равное по величине алгебраической сумме напряжений, соответствующих значениям силы, развиваемой препаратами 4и5.

Напряжение с выхода сумматора 23 одновременно поступает на регистратор 27 и на вход 28 блока 29 формирования физио-. логической нагрузки. Когда нарастающее

1560094

5 напряжение на входе 28 блока 29 достигнет установленного в этом же блоке напряжения, сооветствующего постоянной составляющей постнагрузки (например, 0,5 Ро, где Po — максимальное суммарное изометрическое напряжение, развиваемое двумя мышцами 4 и 5), на выходе блока 29 начнется формирование нарастающего электрического сигнала, поступающего на второй вход 30 сумматора 31 и с выхода последнего — на управляющий вход задатчика 10 для создания нагрузки на мышцы.

При этом в обмотке 14 катушки 13 задатчика 10 появится ток, обеспечивающий перемещение штока 9 с закрепленными на нем мышцами 4 и 5 влево.

С определенного момента мышцы 4 и 5 начинают укорачиваться, причем под общей нагрузкой, равной в данном случае

0,5 Рр (постоянная составляющая постнагрузки) плюс переменная составляющая постна грузки, установленная на входе 42 блока 29 и равная, например 0,1 Ро. При этом на выходе датчика 18 перемещения концов мышц 4 и 5 появится напряжение, соответствующее укорочению мышц и поступающее одновременно на регистратор 27 и первый вход 32 сумматора 31.

Напряжения на входах 30 и 32 сумматора

31 не отличаются одно от другого по форме.

Образованная таким образом обратная связь необходима лишь для того, чтобы обеспечить более точное воспроизведение управляемым задатчиком 10 напряжения, сформированного блоком 29 и поступающего на второй вход 30 сумматора 31.

По достижении мышцами 4 и 5 максимального укорочения, характерного для комплекса исследуемых препаратов миокарда, способных «поднять» на величину М максимальный груз 0,6 Ро (постоянная и переменная составляющие постнагрузки), суммарное напряжение мышц 4 и 5 начинает уменьшаться. При этом напряжение на выходе блока 29 поддерживается постоянным, что обеспечивает расслабление комплекса препаратов при их постоянной длине.

Когда суммарная сила мышц 4 и 5 упадет до установленного на соответствующем входе блока 29 уровня преднагрузки, напряжение на выходе блока 29 начнет уменьшаться до исходного значения. При этом мышцы 4 и 5 растягиваются с заданной на соответствующем входе блока 29 скоростью до исходной длины и весь цикл сокра щения — расслабления комплекса исследуемых препаратов завершается. При появлении на выходе электростимулятора 8 следующего импульса весь описанный выше цикл повторяется.

Для того,:чтобы оценить влияние объединения препаратов миокарда (4 и 5) в комплекс на параметры механической активности одного из препаратов, например препарата 4, размыкают контакт переключа5

4О

6 тели 26 в цепи входа 25 сумматора 23. При этом на входе 40 блока 29 устанавливается значение постоянной соста вляющей постнагоузки, обеспечивающее "àäàíèå мышце 4 на максимуме укорочения общей, включая переменную составляющую постнагрузки, нагрузки 0,2 P/, то есть, такой максимальной нагрузки, которую мышца 4 смогла «поднять» в условиях ее сокращения в комплексе на величину Ы.

Вновь включают электростимулятор 8. В ответ на импульс электростимулятора 8 мышцы 4 и 5 начинают развивать нарастающее механическое напряжение. Так как при этом на сумматор 23 поступает только напряжение с датчика 11 силы сокращений мышцы 4, то на выходе сумматора 23, а значит, и на входе 28 блока 29 действует напряжение только с датчика 11 силы препарата 4. Разница в работе заключается в том, что характерные моменты времени определяются не суммой механических напряжений препаратов 4 и 5, а только препаратом 4. При этом препарат 5 сокращается в режиме, навязанном препаратом 4 с помощью блока 29.

Таким образом, объединение мышцы

4 в комплекс с мышцей 5 привело к снижению ее сократимости, т.е. способности

«поднимать» один и тот же груз (0,2 Р ), по сравнениго с независимой работой мышцы

4. Это является результатом проведенного исследования и может быть использовано для углубленного понимания возможных нарушений в насосной функции сердца, обусловленных патологическими изменениями отдельных участков миокарда, например при ишемической болезни сердца, инфаркте миокарда и т.п.

Аналогично проводится исследование препаратов и осуществляется работа устройства при размещении препаратов 4, 5 в отдельных камерах 33, 34 с одинаковым или различными физиологическими растворами. При этом имеется также возможность введения задержки в возбуждении одного препарата относительно другого с помощью линии 39 регулируемой задержки.

Тем самым имитируются патологические состояния сердца с учетом его пространственной и временной гетерогенности, связанной с особенностями сердца как сложной насосно-мышечной системы. Это позволяет изучать нарушения механической активности сердца, имеющие место при блокадах проведения возбуждения различных участков миокарда сердца, и устанавливать эффективность фармакологических средств при коррекции заболеваний сердца.

Как показано пунктиром, устройство может работать при одновременном включении более чем двух препаратов, что увеличивает возможности исследования и максимально приближает их к реальным физиологических условиям.

1560094

1 (Г

Г

Фиг 2

Составитель И. Лисица

Редактор А. Маковская Техред И. Верес Корректор О. Ципле

Заказ 929 Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 I 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, IOI

Формула изобретения

Устройство для исследования механическихх свойств мышцы, содержащее камеру с питательным раствором, электростимулятор с размещенными в камере электродами, задатчик механических деформаций, датчик перемещения, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом формирователя сигналов физиологического режима нагрузок, а выход первого сумматора соединен с выводом задатчика механических деформаций, датчик силы, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности результатов исследования механических свойств миокарда путем изучения нескольких мышечных препаратов под общей нагрузкой, в него вве8 дены второй сумматор, коммутатор, и-1 камер с питательными растворами, датчики силы и элементы задержки, где и — количество мышечных препаратов, при этом выходы датчиков силы соединены с соответствующими входами коммутатора и являются одними выходами устройства, другой выход оторого соединен с выходом второго сумматора и входом формирователя сигналов физиологического режима нагрузок, а входы второго сумматора соединены с соответствующими выходами коммутатора, третий выход устройства соединен с выходом датчика перемещения, а элементы задержки включены между одним из выводов. электростимулятора и электродами, размещенными в каждой из п-1 камер с питательными растворами.