Способ определения оксигенационных свойств крови и устройство для определения кривой диссоциации оксигемоглобина крови

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1 й 33 /49 АРСТВЕННЫИ КОМИТЕТОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМКНТ СССР ГОСУ ПО И А 29723/30-14.11.90. Бюл, М 43раслевая научно-исследовательская тория "Дистанционная диагностика" ута общей физики и Института. геохи- аналитической химии АН СССР при ганском педагогическом институте зыВ.Фок, А.Р.Зарицкий, Г,А.Прокопен,Грачев и М.И.Умаров.715 (088.8)ЕМ - О - ЗСАН ОХУОЕМ Ог. - Апзегсап пзтгнаепд М У 4 - 9675 А орегатогОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОКСИГЕНАНЫХ СВОЙСТВ КРОВИ И УСТРОЙДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИВОЙ ОЦИАЦИИ ОКСИГЕМОГЛОБИНАззосабопт соарапу,з Мапна,СТВ ДИС КРОВ исп оль- реРУ ва- ще ьнои и конт послед м нась крыт(57) И гичес устро социа обретение относится к м им измерениям, точнее ствам для определения ии оксигемоглобина. Ц едико-биолок способам и кривой дисль изобрете(;Ь .С)СО м(54) С РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС ния - 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 Р 1 и Р 2, при этом осуществляется постоянное перемешивание пробы крови и регистрация изменения оптических характеристик крови во 3 времени. Предложены конкретные режимы осуществления способа в части выбора Р 1 и Р 2, времени достижения полного насыщения рови кислородом, а также предложены расчетные формулы для опредеМния а и РО 2. Новым в устройстве являе зование средства для принудите качки крови по замкнутому представляющее собой насос 8, тельно соединенный с элементо ния крови кислородом э)1 ( щения кровиции);е напряжен исмагистральными трубопроводами 9, причем указанный элемент выполнен с открытой поверхностью и изменяемой площадью контакта с газовой средой. Элементы устройстИзобретение относится к медико-биологическим измерениям, к способам и устройствам для определения оксигенационных свойств крови, в частности кривой диссоциации оксигемогдобина, и может найти применение в лабораторной практике для биологических исследований и в медицине для диагностических целей,Цель изобретения - упрощение измерения, повышение достоверности и сокращение 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 Р 1 и Р 2, 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) и Ро 2 для кривой диссоциации определяют по формуламб гдеа. - степень насы родом (степень оксигена Ро 2- равновесно лорода в цитоплазме эритроцитов;ва установлены с возможностью регулирования их положения и параметров для под.бора соответствующих режимов способа. 2с. и 4 з.п, ф-лы, 3 ил. р 1 - значение изменения оптическихсвойств крови в зависимости от временипри первом значении парциального давления кислорода Р 1; .5 р 2 - то же при втором значении парциального давления кислорода Р1 - текущее время измерения;р н - начальное значение величины изменения оптических свойств крови;10 р- конечное значение;р - текущее значение величины изменения оптических свойств крови.При этом предполагается обе серии измерения осуществлять путем проведенияоксигенации пробы крови при двух разныхвеличинах парциального давления кислородаР 1 и Р 2, каждое из которых более 100 мм рт,ст,и менее 200 мм рт,ст. (100Р 1 Р 2 200),В предлагаемом способе предусмотрено также две серии измерений осуществлять путем проведения последовательныхпроцессов оксигенации и деоксигенациипробы крови соответственно при разных величинах парциального давления кислородаР 1 и Р 2 (100Р 1 200; Р 2 = 0),На фиг,1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - один из возможных вариантов конструкции элемента длянасыщения кислородом; на фиг.3 - результаты измерения оксигенационной (кривая 1)и деоксигенационной (кривая 1) характеристик порций крови, полученных с помощьюпредлагаемого устройства (сплошные линии - расчетные зависимости, точки - опытные данные).Устройство содержит (фиг.1) элемент 1для насыщения измеряемой порции кровикислородом, датчик 2 парциального давления кислорода, оптический оксигенометр 3,40 помещенные вгерметичный влаго- и термо-статируемый бокс 4, средства 5 заполнениябокса выбранной газовой смесью и поддержания в нем заданного состава газовой смеси, температуры и влажности, средства б45 регулируемого контроля парциального дав-.ления кислорода, средства 7 регистрации,обработки и отображения полученных данных и, кроме этого, насос 8, закрытые магистральные трубопроводы 9 соспециальными разъемами 10 и удлиняющими элементами 11; размещенные в бокседо во сл ок за ПЯ (на ст пр ли ня пе мо 55 онительно, причем закрытые трубопроы 9 с удлиняющими элементами 11 подовательно соединяют элемент 1, игенометр 3 и насос 8 так, что образуется кнутый тракт, в котором создается нерывный кровоток действием насоса 8 равление кровотока на фиг.1 показано лками), Специальные разъемы 10 могут дставлять собой отрезки шланга из сионовой резины, а дополнительные удлищие элементы 11 - одну или несколько ель трубопровода из пластика, включаео в кровоток с помощью разъемов 10, Элемент 1 представляет собой открыканал в форме желоба, прямого или гнутого (спиралеобразного), выполненс воэможностью изменения времени модействия протекающей через него ви с газовой средой бокса посредством енения с помощью предусмотренных способлений длины и (или) наклона часоткрытого канала, по которой течет вь. На фиг.2 схематично показан один из ожных вариантов конструкций открыпрямого канала с приспособлением изменения угла наклона желоба к гориу и длины части канала, по которой текровь. Данная конструкция содержит ующие основные узлы (см. фиг,2): же с приспособлением для изменения наклона его к горизонту, сливную емь 13, соединенную с подводящим гибзакрытым магистральным опроводом 14, направляющим носиком приспособлением для фиксации слив- емкости в заданном месте по длине оба, и приемную емкость 16 с закрытым дящим трубопроводом 17, Желоб 12 чешарниры 18 на его концах с нижней сны, как показано на фиг,2, соединен со ками 19. Последние могут свободно вхов стойки 20 оснований 21 и фиксирося винтами 22 в заданном положении.е основание 21 жестко закреплено, а ое может свободно двигаться в гориальном направлении. Приемная емь 16 закреплена на кронштейне 23 под ним концом желоба 12, Сливная емь 13 жестко закреплена на конце штока который может свободно двигаться в эном отверстии на верхнем конце што и фиксироваться винтом 26. В свою едь шток 25 может входить в стойку 27 вания 28, Положение штока 25 может ироваться винтом 29. Такая конструкозволяет, ослабив винт 29, развернуть 25 вокруг его продольной оси так, чтоаправляющий носик 15 не мешал дви-ию желоба 12 в вертикальном авлении, и зафиксировать его в этом ты из но вза кр из пр ти кр воз тог для зон чет сле лоб угл кос ки тру 15 ной же отв рез сто Йт дит ват Лев пра зонкос ни кос 24, скв ка оче осн фик ция што быже нап положении 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 уголнаклона желоба 12 к горизонту в широкихпределах, при этом правое основание 21будет придвигаться в левому. Сливную емкость 13 можно по желанию установить в любом месте по длине желоба10 12 и тем самым изменять длину ча "ти жело-:ба, по которой течет кровь, Для этого достаточно, ослабив винты 26 и 29 ипридерживая емкость 13, подобрать необходимую длину плечей штоков 24 и 25, дви 15 гая их вдоль продольных осей. Гибкийтрубопровод 14 не препятствует этому, Потом, развернув шток 25 вокруг его продольной оси и установив направляющий носик15 емкости 13 над желобом в выбранном20 месте, зафиксировать штоки 24 и 25 винтами 26 и 29, Конструкция готова к работе,Устройство работает следующим образом,Предварительно лишенную кислорода25 пробу крови заливают в систему закрытыхма. истральных трубопроводов 9 (фиг.1) так,чтобы не образовалось газовых пузырей.Закрывают бокс 4 и с помощью средств 5заполняют его газовой смесью с заданным30 парциальным давлением кислорода Р 1,обеспечивая таким образом условия дляпроцесса оксигенации крови. Включают систему термостабилиэации и систему поддержания в боксе 4 заданных условий35 (состава газовой среды, влажности, близкойк 100 о ), Указанные системы входят в составсредств 5. По достижении заданной температуры и влажности включают насос 8 иоксигенометр 3 и изменяют зависимость по 40 казаний ср оксигенометра 3 от времени т отначала оксигенации (от момента включениянасоса 8). При этом осуществляется постоянное перемешивание пробы крови. Наличие регулируемых элементов устройства45 обеспечивает возможностью полного насыщения крови кислородом за время не менее90 мин, что определяется режимами способа. После завершения процесса оксигенации проводят вторую серию измерения при50 Р 2 (процесс оксигенации крови) или меняютгазовую среду в боксе 4 на бескислородную,при этом насос 8 выключают. После заменыгаза насос 8 включают вновь и начинаютпроцесс деоксигенации (удаления кислорода из жидкости), т.е, вторую серию измерений, снимая при этом временнуюзависимость показаний оксигенометра 3 отначала деоксигенации.Элемент для насыщения кислородомработает следующим образом, 160858310 20 25 30 40 45 50 Кровь от насоса 8 (на фиг.3 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 трубопроводу 17 направляется к насосу 8.В качестве регистрирующего элемента в предлагаемом устройстве можно использовать малоинерциальные оптические оксигенометры 3 любого типа, в т. ч. некалиброванные, лишь бы ихх показания были однозначно связаны со степенью оксигенации 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 гемолизировать 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 обеспечивать 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 и редъя вля ются какие-либо специальные требования.В зависимости от конкретной поставленной 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 крови при различных значениях парциального давления Р 1 и Рг,П р и м е р 1, Бокс 4 при включении средств 5 заполняется газовой смесью с заданным парциальнымдавлением кислорода Р 1, например 150 мм рт.ст, Устанавливаются другие параметры режима измерений. - температура и влажность (близкая к 100 Я 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 иэ 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,4 см.Перистальтический насос с производительностью 1,2 л/ч обеспечивает непрерывную циркуляцию пробы крови в замкнутом тракте (расход,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 оксигенометром 3, показания которого непрерывно увеличиваются, В процессе измерения непрерывно контролируют изменение степени оксигенации гемоглобина, определяя зависимость показаний оксигенометра 3 от времени 1 во всем диапазоне измерений у от р н до О к, При этом р, регистрируют в момент времени тн, 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 эа счет наличия в устройстве регулируемых элементов, обеспечивающих возможность изменения угла наклона желоба 12 к горизонтальной плоскости, а также изменениекон ван кис (ра при ме сти кис сгде а(рлородо иы части желоба, по которому течет вь. Далее осуществляют второе иэмере, при котором соблюдаются все указанвыше условия (как при первом. ерении) за исключением того, что прооксигенации ведут при ином фиксироном парциальном давлении кислорода величина которого составляет 100 мм т. Р 1 Р 2 200 мм рт,ст. В результате учаютвторуютаблицуданныху 2 (т) . По 10ичным данным строятся кинетические вые д 71(1) и уР 2(1), путемматематиой обработки которых определяют исые величиныа(р) и Ро для кривой ссоциации по следующим расчетным рмулам:Рб Р 1 сИ (ф) дт (у)а(р) - степень насыщения крови кисом (степень оксигенации);Ро(р) - равновесное напряжениелорода в цитоплаэме эритроцитов;3о 1 - значение изменения оптическихйств крови в зависимости от временипервом значении парциального давлекислорода Р ;р 2 - то же при втором значении парциного давления кислорода Рг;1 - текущее время измерения;рн - начальное значение величины иэения оптических свойств крови;,О к - конечное значение;р - текущее значение величины изменеоптических свойств крови,П р и м е р 2, Подготовку бокса 4 и пробыи осуществляют аналогично примеру 1,вое измерение также производят в прое оксигенации пробы крови кислорона открытом участке желоба 12 при ееакте с газовой средой бокса с фиксироым значением парциального давленияорода 100 мм рт.ст.Р 1200 мм рт,ст.ным, например, 150 мм рт.ст.). Как и в 55ере 1 осуществляют постоянное переивание пробы крови, обеспечивая доение полного насыщения крови .ородом за время не менее 90 мин. Реэультаты измерений р 1(с) заносят в табли-,. ЧУВторое измерение проводят в процессе деоксигенации той же пробы, для которой был в первом измерении проведен процесс оксигенации, Его осуществляют при величине парциального давления кислорода Р 2 = О. 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 о 2 (т) заносят в таблицуПостроение кинетических кривых р 1(с) и рф), их математическая обработка, а такжерасчет искомых величин а(р) и Ро осуществляются аналогично примеру 1.Формула изобретения1, Способ определения оксигенационных свойств крови путем помещения пробы крови в термостатируемый объем с газовой соедой, содержащий кислород с заданным парциальным давлением, последующей регистрацией изменения оптических характеристик крови и построения кривой диссоциации, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения измерения, проводят две серии измерений при двух разных значениях парциального давления кислорода Р и Рг, значения которых при каждой серии измерений сохраняют постоянными в диапазоне изменений степени оксигенации или деоксигенации от 0 до 1, осуществляют по-. стоянное перемещение пробы крови, обеспечивая достижение полного насыщения крови кислородом за время не менее 90 мин, регистрируют изменение оптических характеристик крови во времени, в искомые величины степени оксигенации и Ро для кривой диссоциации определяют по форму- лам- степень насыщения кровтепен ь оксигенации);Ро (ф)- равновесное напряжение кислорода в цитоплаэме эритроцитов, .р 1 - значение изменения оптических свойств крови в зависимости от времени при первом значении парциального давления кислорода Р 1;у 2- то же при втором значении парциального давления кислорода Р 2;1 - текущее время измерения;р н - начальное значение величины изменения оптических свойств крови;р к - конечное значение;р - текущее значение величины изменения оптических свойств крови.2, Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что две серии измерений осуществляют путем проведения оксигенации пробы крови, при этом 100 мм рт,ст, Р 1( Рг 200 мм рт.ст.203. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что две серии измерений осуществляют путем проведения оксигенации и деоксигенации пробы крови соответственно, при этом 100 мм рт.ст.Р 1200 мм рт.ста Р 2= О.4. Устройство для определения кривой диссоциации оксигемоглобина крови, содержащее средство для насыщения крови кислородом, датчик парциального давления кислорода и датчик степени насыщения крови кислородом, помещенные в полость герметичного блока, снабженного средствами заполнения и поддержания состава, а 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, о т л и ч а ющ е е с я 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 поверхностью и возможностью изменения площади контакта с газовой средой, а магистральные трубопроводы - с возможностью изменения длины,5, Устройство по п,4, о т л и ч а ю щее 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 перемещения вдоль продольной оси желоба,6. Устройство яо п,4, о т л и ч а ю щ е - ес я тем, что средство для насыщения крови кислородом выполнено в виде спирали,1608583 й 70 80 Й% О у УФ едакт Заказ ВСоставитель Л. ЧерепановаПатрушева Техред М.Моргентал Корректор М.Мотьковска 613 Тираж 511 ПодписноеИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10