Способ исследования массопереноса кислорода в биологических тканях и устройство для его осуществления

(51)01 27/48, 33/483 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ МАССОПЕРЕНОСА КИСЛОРОДА В БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЯХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявитель Государственное учреждение Научно-исследовательский институт неврологии, нейрохирургии и физиотерапии Минздрава Республики Беларусь(72) Авторы Титовец Эрнст Петрович Пархач Людмила Петровна(73) Патентообладатель Государственное учреждение Научно-исследовательский институт неврологии, нейрохирургии и физиотерапии Минздрава Республики Беларусь(57) 1. Способ исследования массопереноса кислорода в биологических тканях, включающий полярографическое измерение парциального давления кислорода с наложением кларковского типа электрода полярографа непосредственно на поверхность исследуемой ткани с обеспечением изоляции от внешней среды и определении кинетических параметров массопереноса кислорода по динамике изменения его парциального давления, отличающийся тем, что поверхность исследуемой ткани со стороны, противоположной стороне, к которой прикладывают электрод, изолируют от внешней среды с помощью открытой микрокамеры с патрубками и воздействуют через патрубки на поверхность исследуемой ткани газовой или жидкой экспериментальной средой с заданными составом или температурой,определяют парциальное давление кислорода в реальном масштабе времени непосредственно на поверхности исследуемой ткани с построением кривой изменения парциального давления кислорода и по полученной кривой определяют кинетические параметры массопереноса в исследуемой ткани. 7602 1 2005.12.30 2. Устройство для исследования массопереноса кислорода в биологических тканях,содержащее полярограф с электродом кларковского типа, отличающееся тем, что содержит открытую микрокамеру с патрубками для подвода к поверхности исследуемой ткани и отвода от нее газовой или жидкой экспериментальной среды, установленную с возможностью перемещений, и опорный узел. Изобретение относится к биологии и медицине, в частности к исследованию массопереноса кислорода в биологических тканях (брызжейка, оболочки головного мозга, мембрана перикардиальной сумки сердца 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 массопереноса кислорода в биологических тканях,включающий приготовление образца исследуемой ткани, создание над одной поверхности образца искусственной среды с известными объемом и концентрацией кислорода, изолированной от внешней среды, и полярографическое измерение парциального давления кислорода в искусственной среде в динамике, по которой определяется состояние массопереноса кислорода. При этом искусственная среда может быть жидкой 1 или газовой 2. Известно устройство для осуществления данного способа, содержащее открытую камеру для искусственной среды, располагаемую на поверхности исследуемого образца ткани и полярограф с электродом открытого типа, расположенным в камере 3. Однако известные способы и устройство для их осуществления не позволяют исследовать массоперенос кислорода в тканях с интенсивными процессами поглощения кислорода, в тканях, имеющих неровную, рыхлую структуру поверхности, и с поверхностями,покрытыми слизистыми и влажными выделениями, а также в органах малого размера. 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 4. Известно также устройство для осуществления данного способа, содержащий полярограф с электродом кларковского типа 4. Однако известные способ и устройство не позволяют создать внешний градиент парциального давления кислорода заданной величины и направления, что необходимо для исследования собственно кинетических параметров переноса кислорода через эти структуры, не позволяют исключить массоперенос кислорода, связанный с дыхательным процессом, что необходимо для исследования собственно переноса кислорода через мембраны, не позволяют создать искусственную внешнюю среду заданной температуры и биохимического состава. Задача изобретения состоит в обеспечении исследования массопереноса кислорода в мембранных структурах, срезах тканей, исследования транспортных функций мембранных структур, исследования физических факторов воздействия на массоперенос кислорода, биохимического воздействия, в том числе и фармакологических препаратов, за счет исключения массопереноса кислорода, связанного с внутритканевым дыханием, за счет создания внешнего искусственного градиента парциального давления кислорода заданной величины и направления, за счет обеспечения возможности использования искусственных газовых и жидких сред. Сущность изобретения заключается в том, что для решения поставленной задачи в способе исследования массопереноса кислорода в биологических тканях, включающем полярографическое измерение парциального давления кислорода с наложением кларков 2 7602 1 2005.12.30 ского типа электрода полярографа непосредственно на поверхность исследуемой ткани с обеспечением изоляции от внешней среды и определении кинетических параметров массопереноса кислорода по динамике изменения его парциального давления, отличием является то, что поверхность исследуемой ткани со стороны, противоположной стороне, к которой прикладывают электрод, изолируют от внешней среды с помощью открытой микрокамеры с патрубками, и воздействуют через патрубки на поверхность исследуемой ткани газовой или жидкой экспериментальной средой с заданным составом или температурой, определяют парциальное давление кислорода в реальном масштабе времени непосредственно на поверхности исследуемой ткани с построением кривой изменения парциального давления кислорода, и по полученной кривой определяют кинетические параметры массопереноса в исследуемой ткани. Для решения поставленной задачи в устройстве для осуществления данного способа,содержащим полярограф с электродом кларковского типа, отличием является то, что устройство содержит открытую микрокамеру с патрубками для подвода к поверхности исследуемой ткани и отвода от нее жидкой или газовой экспериментальной среды, установленную с возможностью перемещений, и опорный узел. Изобретение поясняется чертежом - фиг. 1. Устройство для исследования массопереноса кислорода в биологических тканях содержит полярограф (на чертеже не показан) с электродом 1 кларковского типа, микрокамеру 2 с патрубком 3 подвода и патрубком 4 отвода газовой или жидкой среды, установленную с возможностью перемещений, и опорный узел 5. Изобретение используют следующим образом. Образец А исследуемой ткани или участок мембранной структуры животного, находящегося под наркозом, как то брызжейка, накладывают одной поверхностью на открытую микрокамеру 2. На поверхность с противоположной стороны накладывают электрод 1 кларковского типа, соединенный с полярографом (на чертеже не показан). Через патрубок 3 в микрокамеру подают газовую или жидкую среду с заданным составом или температурой. Через патрубок 4 среду отводят из микрокамеры 2. Электрод 1 кларковского типа представляет собой кислородный сенсор закрытого типа, основной принцип работы которого - электрохимическая реакция восстановления кислорода на платине диаметром 20 мкм с поляризующим напряжением 0,9 . По величине регистрируемой силы тока с помощью полярографа непосредственно на поверхности образца А в условиях изоляции от внешней среды определяют парциальное давление кислорода в реальном масштабе времени с построением кривой на графике. По кривой изменения парциального давления кислорода, характеризующей кинетику переноса кислорода через исследуемый образец А, определяют параметры массопереноса кислорода, что позволяет оценить функциональное состояние тканей. С помощью микрокамеры 2 можно исследовать влияние температуры, а также различных преператов на микроциркуляцию кислорода. Изобретение поясняется конкретными примерами лабораторных исследований. Пример 1. На возможность задания направления градиента парциального давления кислорода. На фиг. 2 приведена динамика изменения парциального давления кислорода на поверхности брызжейки крысы во времени при создании с помощью азота внешнего градиента парциального давления кислорода. По кривым рассчитывают эффективные константы транспорта кислорода (, -1) и начальные скорости (, мм рт.ст./с). На фиг. 3 приведена динамика изменения парциального давления кислорода при изменении направления градиента парциального давления кислорода, таким образом движение кислорода в ткани изменено на обратное. 3 7602 1 2005.12.30 Пример 2. На возможность исследования транспортных функций мембранных структур. Исследовали массоперенос кислорода через брыжейку крысыи после остановки сердца. При исследовании производили вскрытие брюшной полости. На фиг. 4 отражены результаты выявленных изменений процессов массопереноса, показано снижение рассчитываемых параметров переноса кислорода брызжейки после остановки сердца. В табл. 1 приведены результаты вычислений параметров массопереноса кислорода брызжейки крысы. Таблица 1 Транспорт кислорода через брызжейку крысы Параметры массопереноса Живая крыса Мертвая крыса кислорода К 10-2 с-1 6,00,2(6) 4,40,001(5)мм рт.ст./с 13,40,6(6) 8,20,2(5) Пример 3. На возможность исследования биохимического воздействия, в том числе и фармакологических препаратов, на массоперенос кислорода. Полученные данные отражены в табл. 2,3 и на фиг. 5, 6. Таблица 2 Воздействие пирацетама на проницаемость к кислороду твердой мозговой оболочки кролика Параметры массопереноса Твердая мозговая оболочка Воздействие пирацетама кислорода контроль 10-2 с-1 4,700,04(6) 5,420,05(5)мм рт.ст./с 7,640,18(5) 8,400,09(6) Таблица 3 Воздействие цианида ртути на проницаемость к кислороду твердой мозговой оболочки кролика Параметры массопереноса Твердая мозговая оболочка Воздействие цианида ртути кислорода контроль 10-2 с-1 5,430,10(5) 4,860,04(6)мм рт.ст./с 7,800,30(6) 6,800,05(5) Источники информации 1.... . , . 8,1, 1954,. 22-26. 2.... .,. 108,2, 1986, . 292-286. 3.,.,Т.К..196650(2) 317-35. 4. Патент РБ 2813,01 33/483. - Опубл. 1998. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.