Способ сканирования парциального давления кислорода на поверхности биологической ткани

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ СКАНИРОВАНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ КИСЛОРОДА НА ПОВЕРХНОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ТКАНИ(71) Заявитель Государственное учреждение Республиканский научнопрактический центр неврологии и нейрохирургии Министерства здравоохранения Республики Беларусь(72) Авторы Титовец Эрнст Петрович Пархач Людмила Петровна(73) Патентообладатель Государственное учреждение Республиканский научно-практический центр неврологии и нейрохирургии Министерства здравоохранения Республики Беларусь(56)141587 1, 1961.2813 1, 1999. Титовец Э.П. и др. Медэлектроника. 2002. Средства медицинской электроники и новые медицинские технологии. Международная научно-техническая конференция. - Мн. 2002. - С. 102-104. Кислякова Л.П. и др. Научное приборостроение. - 2000. - Т. 10. -3. - С. 27-34.(57) Способ сканирования парциального давления кислорода на поверхности биологической ткани, заключающийся в том, что электрод кларковского типа, соединенный с полярографом, перемещают по поверхности ткани с шагом 5 мкм без нарушения герметизации электродной поверхности от атмосферного кислорода и в каждом новом положении оставляют неподвижным на время, необходимое для регистрации величины парциального давления кислорода. 10281 1 2008.02.28 Изобретение относится к биологии и медицине, в частности к исследованию парциального давления кислорода на поверхности биологических тканей (головной мозг, печень,мышца и т.п.)и, и может найти применение при диагностике патологических состояний, вызванных нарушениями массопереноса кислорода, для определения эффективности лекарственных средств, влияющих на массоперенос кислорода и дыхательную активность тканей. Известен способ исследования дыхания кожи, включающий полярографическое измерение концентрации кислорода в соприкасающейся с исследуемым участком кожи водной среде, имеющей известные объем и концентрацию кислорода и изолированной от внешней среды, и по снижению концентрации кислорода судят о состоянии системы переноса кислорода в коже 1. Однако известный способ не позволяет смещать камеру с водной средой без нарушения герметичности и без доступа атмосферного кислорода при перемещении, таким образом, не позволяет исследовать топографию кислорода на поверхности тканей. Известен также способ исследования массопереноса кислорода в биологических тканях путем полярографического измерения парциального давления кислорода непосредственно на поверхности участка исследуемой ткани с обеспечением изоляции поверхности исследуемого участка от внешней среды, и по динамике изменения парциального давления кислорода определяются параметры массопереноса кислорода 2. Однако известный способ не позволяет осуществлять непрерывное перемещение полярографического электрода на заданное расстояние вдоль двух взаимно перпендикулярных осей, не позволяет маневренно перемещать электрод без нарушения изоляции от внешней среды, не позволяет проводить непрерывный мониторинг стационарных состояний парциального давления кислорода по всей исследуемой поверхности, что необходимо для определения кинетических параметров переноса кислорода через эти структуры. Задача изобретения состоит в обеспечении исследования топографии парциального давления кислорода на поверхности биологических тканей за счет обеспечения перемещения электрода кларковского типа в заданной плоскости и герметизации подэлектродного пространства от атмосферного кислорода. Сущность способа сканирования парциального давления кислорода на поверхности биологической ткани заключается в том, что электрод кларковского типа, соединенный с полярографом, перемещают по поверхности ткани с шагом 5 мкм без нарушения герметизации электродной поверхности от атмосферного кислорода и в каждом новом положении оставляют неподвижным на время, необходимое для регистрации величины парциального давления кислорода. Изобретение поясняется чертежом - фиг. 1, на котором представлена блок-схема устройства для исследования топографии парциального давления кислорода на поверхности биологических тканей для его осуществления. Блок перемещения электрода (БПЭ) в комплексе со стереотаксическим модулем соединен с компьютеризированным полярографическим комплексом (КПК), включающим персональный компьютер ПК с платой аналогоцифрового преобразования сигналов от полярографа, полярогаф П. БПЭ содержит электрод С кларковского типа, микрометрический блок , позволяющий перемещать электрод дискретно с интервалом 5 мкм (на четреже - направление а), микрометрический блок М 2,осуществляющий перемещение вдоль другой перпендикулярной оси с разрешением 5 мкм(направление ), фиксатор электрода Ф, удерживающий электрод в положении, перпендикулярном исследуемой поверхности со степенью свободы вдоль нормали к поверхности, и обеспечивающий давление, достаточное для герметизации электрода от атмосферного кислорода. Фотография БПЭ представлена на фиг. 2. Фотография КПК - на фиг. 3. Изобретение используют следующим образом. Стереотаксический модуль с блоком перемещения электрода подводят к исследуемой поверхности (кора головного мозга), устанавливают электорд С кларковского типа, соединенный с полярографом П в положении, перпендикулярном этой поверхности. С по 2 10281 1 2008.02.28 мощью микрометрического блока М 2 осуществляют пошаговое перемещение вдоль одной из двух взаимно перпендикулярных осей, микрометрическим блоком 1 смещают электрод вдоль другой оси с разрешением до 5 мкм. Таким образом осуществляют измерение парциального давления кислорода без нарушения герметизации электродной поверхности от атмосферного воздуха по всей исследуемой плоскости с разрешением до 5 мкм. Электрод С кларковского типа представляет собой кислородный сенсор закрытого типа,основной принцип работы которого - электрохимическая реакция восстановления кислорода на платине в паре с электродом сравнения при наложении поляризующего напряжения 0,6 на платине. По величине регистрируемой силы тока с помощью полярографа непосредственно на исследуемой поверхности в условиях герметизации от внешней среды определяют парциальное давление кислорода в реальном масштабе времени с построением кривой на графике. Кинетическая кривая парциального давления кислорода имеет характерный выход на плато при работе с поверхностями органов, как то мозг, сердце,окруженных мембранными оболочками, как то твердая мозговая оболочка, перикардиальная сумка сердца кролика с внутриполостными жидкостями. Стационарный уровень парциального давления кислорода возникает в результате сложения двух скоростей потребления кислорода структурами тканей и поступления кислорода из кровеносного русла. Величина стационарного уровня характеризует одновременно уровень оксигенации исследуемых структур и скорость дыхания тканей, что в совокупности с другими параметрами массопереноса кислорода позволяет точнее оценить функциональное состояние тканей. Технический результат изобретения - возможность пошагового с разрешением до 5 мкм перемещения кларковского электрода в заданной плоскости исследования стационарных уровней парциального давления кислорода поверхностей тканей с герметизацией электродной поверхности от атмосферного кислорода. С помощью предлагаемого способа можно исследовать влияние различных фармакологических препаратов и биорегуляторов на микроциркуляцию кислорода. Изобретение поясняется конкретными примерами лабораторных исследований. Пример 1. На возможность перемещения кларковского электрода в заданной плоскости и регистрации стационарных уровней парциального давления кислорода на исследуемой поверхности без нарушения изоляции электродной поверхности от атмосферного воздуха. На фиг. 4 приведена динамика изменения парциального давления кислорода на поверхности паутинной оболочки головного мозга кролика во времени. Путь и последовательность сканирования поверхности головного мозга отражены на фиг. 4 в круге,соответствующем фрезевому отверстию в черепной коробке наркотизированного животного. Измерения выполнены на площади около 6 мм 2. Стрелкой 1 обозначен характерный выход на плато, соответствующий первому стационарному состоянию. Стрелки 2-10 указывают на новые стационарные уровни парциального давления кислорода при перемещении электрода в исследуемой плоскости. В каждом новом положении кларковский электрод оставляли на достаточно продолжительное время, необходимое для четкой регистрарации величины парциального давления кислорода. В разных точках коры ГМ величины стационарных уровней значительно отличался. Диапазон изменений составлял от 5 до 60 мм рт.ст. Пример 2. На возможность построения топографической картины парциального давления кислорода на исследуемой поверхности после компьютерной обработки полученных результатов. На фиг. 5 представлена картина топографии кислорода на поверхности головного мозга кролика. Здесь приведен трехмерный график распределения стационарных уровней, полученный путем компьютерной обработки и экстраполяции данных. При построении графика учитывались координаты точки, над которой проводили измерение, и соответствующее значение стационарного уровня парциального давления кислорода. Видна сложная топография распределения этих уровней. Трехмерный график получен при сканировании по 3 10281 1 2008.02.28 верхности мозга с шагом 400-500 мкм. Исследования показали, что градиентный характер топографии кислорода определяется уже при разрешении 50 мкм. Источники информации 1..В.. . , . 8,1,1954. - . 22-26. 2. Патент РБ 2813, МПК 01 33/483, 1998. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4