Устройство для исследования механических свойств мышцы

( 9) (11 1 В 510 51)5 СУДАРСТВЕННЪИ ИЗОБРЕТЕНИЯМ МИТЕТОТКРЫТИЯМ САНИЕ ИЗОБРЕТЕ с ф, 1/0ЕЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт физиологии Коми научногоцентра Уральского отделения АН СССР иСвердловский городской центр научно-технического творчества молодежи(56) Авторское свидетельство СССРМ 1560094, кл. А 61 В 5/10, .1988.(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЫШЦЫ(57) Изобретение относится к медицинскойтехнике, а именно к устройствам для исследования механической активности мышц, вчастности миокарда человека, Может бытьиспользовано в физиологии, фармакологии икардиологии. Изобретение обеспечивает ис-следование взаимодействия последовательно и параллельно расположенных участков миокарда, моделирование ми- окарда 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 камере 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,комплексом препаратов при постояннойдлине; 1 - время 45Устройство для исследования механических свойств мышцы содержит корпус 1, закрепленные на нем камеру 2 с питательным раствором 3, исследуемыми мышцами - препаратами 4 - 6 миокарда и50 электродами 7 и 8 электростимулятора 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 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. М 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; Л 1 - максимальное укорочение комплекса исследуемых параллельно и последовательно соединенных препаратов в условиях их взаимовлияния, Л Ь - максимальное укорочение препарата 4 при исследовании в комплексе препаратов 4, 5 и б; Л 6 - максимальное укорочение препарата б при отсутствии влияния препаратов 4 и 5; Л Ь - максимальное укорочение препарата 4 при отсутствии влияния препарата 6; ЛЬд - максимальное укорочение препаратов 4 и 5 при отсутствии влияния препарата 6; Р 0 - максимальное изометрическое усилие, развиваемое 5 10 15 20 25 30 35 40 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 6 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 ЗО с обмоткой 31,Каждый из датчиков 13 и 14 перемещения концов препаратов содержит оптронную пару (светодиоды 32 и 33 и фотодиоды 34 и 35), оптический канал которой перекрывается экранами Зб, 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 16 сигна вов 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. Выходдатчика 14 перемещения кочцов препаратов б 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 иэ 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 образомИспытуемые препараты 4 - 6 (фиг,1) помещают в камеру 2 с перфузирующим питательным 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 Ро - постоянная составляющая и 0,1 Ро - переменная),Включают электростимулятор 9, с выхода которого нэ электроды 7 и 8 подается импульсное напряжение А(фиг.1), В момент временив 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 11, когда напряжение на входе блока 44 превысит значение, соответствующее установленной на входе 48 величине по:тоянной составляющей постнагрузки О, 4 Р,. 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 б влево, С указанного момента времени 11 препараты 4-6 начинают укорачиваться под общей постоянной нагрузкой 0,4 Ро и нарастающей нагрузкой(от Одо 0,1 Ро), зависящей от скорости укорочения. На выходе датчика 14 перемещенияконцов препаратов 5 и 6 появляется напряжениЕ, соответствующее возникшему укорочению комплекса препаратов 4 - 6,поступающее нэ вход 47 сумматора 46 ирегистратор 16 (В, фиг, 2). Зто напряжение практически повторяет напряжение навыходе блока 44. Обратная связь по пере 10мещению концов препаратов 5 и 6 (измери-,тель 14 - вход 47 сумматора 46 - обмотка 31блока 12) необходима для более точноговоспроизведения блоком 12 напряжения свыхода блока 44,По достижении комплексом препаратов 4 - 6 максимального укорочения Ь (момент времени 11 на фиг.2), присущегоименно данному исследуемому комплексупрепаратов и характеризующему его спо-,20 собность "поднять" груз 0,5 Ро на "высоту"Ж, механическое напряжение в комплексепрепаратов начинает уменьшаться(Б,фиг,2),При этом напряжение на выходе блока 44поддерживается постоянным (В, период И -25 1 У, фиг.2), обеспечивая расслабление комплекса при постоянной длине,Когда сила, развиваемая комплексомпрепаратов 4-6, снизится до установленного на входе 49 блока 44 уровня преднэгрузки(Б, моментУ, фиг.2), напряжение нэ выходеблока 44 начинает уменьшаться до исходного значения (нулевого). При этом комплекспрепаратов 4 - б растягивается с заданнойна входе 51 блока 44 скоростью до исходнойдлины (период 1 У - У, В, фиг. 2), после чегоцикл сокращение-расслабление заканчивается,При появлении на выходе стимулятора. 9 следующего импульса возбужденияуказанный цикл повторяется.Второе исследование проводят призамкнутом ключе 38 и разомкнутом 41 изаданной на входах 48 и 50 блока 44 величи 45 не общей нагрузки, равной 0,3 Ро (полученной при первом исследовании дляпрепарата 6), В данном случае исследуется препарат б в механической изоляции от препаратов 4 и 5.В кл ючают зле ктрости мул ятор 9, Устройс во работает аналогично описанному,эа исключением отсутствия напряжения на входе 42 сумматора 40, так что напряжение Б на его выходе практически (скоэффициентом передачи) повторяет напряжение Г на входе 39. Полученные диаграммы напряжений приведены на фиг.2 (период времени- 11 - 11 - 1 У - У), Из них следует,что препарат б, сокращаясь в механиче1632419 фВайу Фиа 2Н,Панфиловлюк Ко оставител ехред З,Ц Редактор И,Горная ктор Л.Алексеенко Заказ 567/91 Тираж 446 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина,ской изоляции от препаратов 4 и 5, оказался способным перемещать один и тот же груз ОЗРИК на расстояние Л в, меньшее, чем расстояние Л при работе в комплексе препаратов (Г и В, момент 1, 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. 20При этом исследуются свойства препаратов 4 и 5 в механической изоляции от препарата 6, Диаграммы, снятые в периоды времени Г - 11" - 11 Г - 1 У" - У", приведены на фиг.2. Их сравнение показывает, что пре нараты 4 и 5 совместно укорачиваются на величину Л.4,д (В, 11 Г, фиг.3), которая больше величины Ы - максимального укорочения этих препаратов в условиях взаимодействия с препаратом 6. При этом препарат 4 перемещает груз 0,2 Р, на расстояние Л 1 4, в этом случае в два4 раза большее расстояния Л 1.4 при влиянии препарата 6. Т,е, влияние на последовательно расположенные препараты 4 и 5 параллельно им располагающегося препарата 6 вызывает снижение сократи- мости 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 мио- карда Формула изобретения Устройство для исследования механических свойств мышцы по авт. св, М 1560094, о т л и ч а ю щ е е с я 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.