Устройство для определения скорости всасывания питательных веществ

Полезная модель относится к области диетического кормления и физиологии пищеварения животных. Устройство быть использовано для исследований по анализу поступления питательных веществ из пищеварительного тракта во внутреннюю среду организма, например, при оценке биодоступности диетических кормовых добавок.
Значение минеральных веществ для организма многогранно, они входят в состав структурных элементов тела животного. Каждая клетка содержит те или иные минеральные элементы (Хохрин С.Н. Кормление животных с основами кормопроизводства: Учебник / С.Н. Хохрин, К.А. Рожков, И.В. Лунегова. - СПб.: Проспект Науки, 2016. - 480 с.).
В научную основу полезной модели положен принцип изучения всасываемости веществ на изолированном из организма кишечном сегменте, исходные положения которого выдвинул A.M. Уголев (Уголев A.M. Теория адекватного питания и трофология. - СПб.: «Наука», 1991. - 272 с.).
Известен способ определения скорости всасывания углеводов в тонком кишечнике цыплят (Вальдман А.Р. Всасывание питательных веществ на клеточном уровне. В книге «Пищеварение и всасывание у животных». - Рига. Знание. - 1979. - с. 7-14). Недостатком устройства, в котором реализован данный способ, является то, что мешочки находятся в рецепторной среде в свободном состоянии, при этом невозможно учесть воздействие факторов среды на мембрану, среда оказывала различное давление на стенки мешочка в зависимости от глубины погружения. Поэтому расчет площади мембраны кишечника можно произвести приблизительно.
Известно устройство для определения скорости всасывания питательных веществ (свидетельство на полезную модель №24371, A61D 7/00, 2002 г.). Устройство состоит из двух емкостей, разделенных полупроницаемой мембраной. Емкости обладают относительной подвижностью, благодаря которой значительно увеличивается диапазон проводимых исследований.
Недостатком устройства является то, что при проведении исследований процесс переноса питательных веществ моделируется недостаточно полно.
Известно устройство для определения скорости всасывания питательных веществ, (ПМ 179712) включающее две емкости, имеющие относительную подвижность и разделенные полупроницаемой мембраной, выполненной из стенки тонкого отдела кишечника, а в сосуде с питательной средой установлен поршень со штоком, причем поршень выполнен перфорированным, верхний торец которого снабжен плоским диском, установленным на штоке с возможностью поворота относительно последнего и имеющим отверстия, диаметр которых равен диаметру перфорации поршня. Данное устройство выбрано в качестве прототипа. Недостатком прототипа является слепое совмещение отверстий поршня 7 и диска 8, что существенным образом затрудняет применение устройства.
Техническим результатом полезной модели является улучшение условий работы на устройстве.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображен на фиг. 1, общий вид устройства, на фиг. 2 вид А.
Устройство состоит из емкостей 1 и 2, разделенных полупроницаемой перегородкой 3, выполненной из стенки тонкой кишки, фиксируемой на торце емкости 2 хомутом 6. В малой емкости 2 с питательной средой 4 установлен поршень 5, выполненный перфорированным, верхний торец которого снабжен плоским диском 8, установленным на штоке 10 с возможностью поворота относительно последнего и имеющим отверстия 9, диаметр которых равен диаметру перфорации отверстий 7 поршня, верхний торец которого снабжен плоским диском, установленным на штоке с возможностью поворота относительно последнего и имеющим отверстия, диаметр которых равен диаметру перфорации поршня, Верхний торец малой емкости снабжен съемной кольцевой крышкой 11, с закрепленной на ней регулировочной шкалой 12, над которой расположена стрелка 13, жестко установленная на штоке 10.
Технический результат полезной модели достигается тем, устройство для определения скорости всасывания питательных веществ, включающее две емкости - большую и малую, имеющие относительную подвижность и разделенные полупроницаемой мембраной, выполненной из стенки тонкого отдела кишечника, при этом в малой емкости с питательной средой установлен поршень со штоком, выполненный перфорированным, верхний торец которого снабжен плоским диском, установленным на штоке с возможностью поворота относительно последнего и имеющим отверстия, диаметр которых равен диаметру перфорации поршня, отличающееся тем, что верхний торец малой емкости снабжен съемной кольцевой крышкой, с закрепленной на ней регулировочной шкалой, над которой расположена стрелка, жестко установленная на штоке.
Существует четыре основных типа кишечных сокращений (Максимюк Н.Н. Физиология животных: кормление: учебное пособие для вузов / Н.Н. Максимюк, В.Г. Скопичев. - 2-е изд., испр. и доп. - Москва: Издательство Юрайт, 2020. - 195 с.):
1. Ритмическая сегментация проявляется в виде одновременных сокращений циркулярных мышц в нескольких соседних участках кишки, разделяющих ее на сегменты, благодаря чему химус перемещается на небольшие расстояния в обе стороны от мест сужений просвета кишки. За счет ритмической сегментации обеспечивается перемешивание химуса и его небольшое смещение в дистальном направлении;
2. Маятникообразные сокращения возникают в результате ритмических сокращений главным образом продольного мышечного слоя при участии циркулярных мышц, приводящих к перемещению химуса вперед-назад. Чередование ритмической сегментации и маятникообразных сокращений способствует тщательному перемешиванию химуса;
3. Перистальтические сокращения представляют собой волнообразно распространяющиеся по кишке сокращения циркулярных мышц, которым предшествует волна расслабления. Они обеспечивают продвижение содержимого по кишке в проксимодистальном направлении. Такой тип  предшествует волна расслабления. Они обеспечивают продвижение содержимого по кишке в проксимодистальном направлении. Такой тип перистальтических сокращений наблюдается в конце пищеварительного периода;
4. Тонические сокращения могут иметь локальный характер или перемещаться по кишке с малой скоростью. На тонические волны накладываются ритмические и перистальтические. Базальное давление в полости тонкой кишки определяется не только тонусом ее мышечной стенки, но и внутрибрюшным давлением.
Величина внутриполостного давления в кишке существенно возрастает при появлении перистальтики. Тонические сокращения лежат в основе моторной деятельности гладкомышечных сфинктеров (Скопичев, В.Г. Зоотехническая физиология: учебное пособие / В.Г. Скопичев, Н.Н. Максимюк, Б.В. Шумилов. - 2-е изд., испр. и доп. - Москва: Издательство Юрайт, 2020. - 344 с.).
Рассмотрим примеры использования устройства.
Для определения скорости всасывания питательных веществ и проведения различных научных исследований поршень воздействует на питательную среду в емкости. При различном совмещении отверстий в верхнем торце поршня и плоском диске, установленным на штоке, изменяется давление внутри емкости с питательной средой в соответствии с требованиями опыта, моделируя, таким образом, условия для переноса питательных веществ. В результате воздействия на питательную среду перфорированным поршнем можно постоянно изменять давление на мембрану (стенку кишечника), разделяющую емкости. Это позволяет создавать условия для переноса питательных веществ, приближенные к тем, которые протекают в тонком кишечнике животных, что значительно расширяет диапазон проводимых исследований и применения устройства.
Пример 1. Например, для моделирования перистальтических сокращений, перемещающих химус в дистальном направлении на большие расстояния, называемые пропульсивными, необходимо привести в рабочее состояние устройство, изображенное на фиг. 1. Поршень 5 привести в состояние, при котором стрелка 13 будет указывать на цифровое значение - 0 находящееся на регулировочной шкале 12, расположенной на съемной кольцевой крышке 11, вследствие чего произойдет полное закрытие имеющихся перфораций отверстий в верхнем торце поршня 7, что обеспечит необходимое для условий опыта воздействие питательной среды 4 на мембрану 3, подобное естественному воздействию внутри организма при маятникообразных сокращениях.
Пример 2. При моделировании маятникообразных сокращений, приводящих к перемещению химуса вперед-назад с целью обеспечения перемешивания кишечного содержимого, и его слабое поступательное продвижение в дистальном направлении необходимо привести в рабочее состояние устройство, изображенное на фиг. 1. Поршень 5 привести в состояние, при котором стрелка 13 будет указывать на цифровое значение - находящееся на регулировочной шкале 12, расположенной на съемной кольцевой крышке 11, вследствие чего произойдет совмещение отверстий перфорации в торце поршня 7 на  диаметра отверстий с отверстиями 9 гладкого диска 8, что обеспечит волнообразное воздействие питательной среды 4 на мембрану 3, подобное естественному воздействию внутри организма при ритмической сегментации.
Пример 3. Для моделирования процессов при ритмической сегментации, при которой появляются одновременные сокращения циркулярных мышц в нескольких соседних участках кишки, разделяющих ее на сегменты, благодаря чему химус перемещается на небольшие расстояния в обе стороны от мест сужений просвета кишки, необходимо в рабочее состояние устройство, изображенное на фиг. 1. Поршень 5 привести в состояние, при котором стрелка 13 будет указывать на цифровое значение -  находящееся на регулировочной шкале 12, расположенной на съемной кольцевой крышке 11, вследствие чего произойдет совмещение отверстий перфорации в торце поршня 7 на  диаметра отверстий с отверстиями 9 гладкого диска 8, что обеспечит плавное волнообразное воздействия питательной среды 4 на мембрану 3, подобное естественному воздействию внутри организма при ритмической сегментации.
Пример 4. Для моделирования процессов, характерных для тонических сокращений, при которых суживается просвет кишки на большом ее протяжении, а передвижение химуса происходит с очень малой скоростью или вообще не происходит, следует привести в рабочее состояние устройство, изображенное на фиг. 1. Поршень 5 привести в состояние, при котором стрелка 13 будет указывать на цифровое значение - 1 находящееся на регулировочной шкале 12, расположенной на съемной кольцевой крышке 11, вследствие чего произойдет полное (100%) совмещение отверстий перфорации в торце поршня 7 с отверстиями 9 гладкого диска 8, что обеспечит характерное воздействие питательной среды 4 на мембрану 3, подобное естественному воздействию внутри организма при тонических сокращениях.
Полезность устройства для определения скорости всасывания минеральных веществ заключается в том, что:
1. Упрощается процесс технологии проведения исследований по анализу поступления минеральных веществ из пищеварительного тракта животных во внутреннюю среду организма при оценке биодоступности диетических кормовых добавок.
2. Достигается доступность проведения исследований по анализу поступления минеральных веществ из пищеварительного тракта животных во внутреннюю среду организма при проведении лабораторных работ по физиологии пищеварения.
3. В результате применения полезной модели можно моделировать процессы четырех основных типов кишечных сокращений (ритмическая сегментация, маятникообразные сокращения, перистальтические сокращения, тонические сокращения), что позволяет повысить точность и расширить диапазон проводимых исследований по физиологии пищеварения.