УСТРОЙСТВО ДЛЯ СФИНКТЕРОМАНОМЕТРИИ У ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ

Разработка новых приборов, повышающих эффективность доклинических и других экспериментальных исследований на лабораторных животных в медицине, в том числе в колопроктологии, является очень важной в России и других странах (Яковлев А.Т. и др., 2017; Смирнова А.В., 2018; Чучкова Н.Н. и др., 2019; Гриневич В.Б. и др., 2020;  L. et al., 2014;  J. et al., 2018; Li P. et al., 2020). Кроме того, в биологии, зоологии и ветеринарии есть необходимость регистрации и точного измерения тонуса мышц нижних отделов толстого кишечника, в частности, у крыс, что также требует создания новой измерительной аппаратуры соответствующего профиля (Морозов А.М. и др., 2019; Гирфанов А.И., Ежкова А.М., Ежков В.О., 2020; Антонов С.Д., 2020; Васильцова И.В., Бокова Т.И., Коваль Ю.И., 2020; Barriga-Rivera A., Vinuesa J.L., Lopez-Alonso M., 2015; Evers J., Jones J.F.X., O'Connell P.R., 2017; Hoey R.F., Hubscher С.H., 2020).
Аноректальная манометрия, как у человека, так и у других млекопитающихся - это функциональное диагностическое исследование аноректальной зоны методом манометрии с целью получения информации о тонусе аноректального мышечного комплекса и скоординированное™ сокращений прямой кишки и сфинктеров ануса. В процессе исследования тонуса мышц, как у человека, так и лабораторных животных, можно определять следующие параметры и характеристики (Сысоев К.В., Самочерных К.А., Хачатрян В.А., 2019; Кит О.И. и др., 2020; Хворостов И.Н. и др., 2020; Scott S.М., Carrington Е.V., 2020; Oliveira L.С.С., 2020):
1. Максимальное и среднее давление сжатия внешнего сфинктера ануса
2. Асимметрия сжатия сфинктера
3. Ингибирующий ректоанальный рефлекс
4. Векторный объем
5. Длина сфинктера
6. Профиль давления в прямой кишке с шагом в 1 см.
Использование при манометрии катетеров с баллоном позволяет определить (Яковлева О.В., 2019; Кузьминов А.М. и др., 2019; Lee Т.Н. et al., 2020; Athanasakos Е. et al., 2020):
1. Порог ректальной чувствительности (у человека минимальный объем, необходимый для появления ощущения заполнения кишечника -меньше или равно 25 мл);
2. Минимальный объем для расслабления внутреннего анального сфинктера (объем, при котором возникает первый позыв на дефекацию; в норме составляет 10-20 мл);
3. Порог для постоянного позыва на дефекацию (объем, необходимый для появления постоянного позыва; в норме меньше или равен 220 мл);
4. Максимально переносимый объем (в норме - 110-280 мл).
Стандарты медицинской помощи, утвержденные Минздравсоцразвития России, определяют необходимость выполнения аноректальной манометрии у 100% пациентов, страдающих болезнью Гиршпрунга, дивертикулярной болезнью кишечника и мегаколоном. Для этого используются четыре основных аппарата: MSM S4402, Solar WPM, Solar URO и Гастрокан-СФ. Также известны аноректальные и толстокишечные катетеры, например: балонный водно-перфузионный катетер для аноректальной манометрии, многоканальный водно-перфузионный катетер для аноректальной манометрии. Кроме того, в аноректальной манометрии могут использоваться катетеры двух типов: водно-перфузионные или с твердотельными датчиками. Твердотельные датчики давления отличаются недолговечностью и дороговизной, что значительно ограничивает их применение (Кузьминов А.М. и др.; Яковлева О.В., 2019; Шелыгин Ю.А. и др., 2020; Di Chio Т. et al., 2020; Basilisco G., Corsetti M., 2020; Leo C.A. et al., 2020).
По конструкции водно-перфузионные аноректальные катетеры могут быть баллонные или стандартные. Конструкция баллонных отличаются от других типов катетеров, используемых, например, при пищеводной или антродуоденальной манометрии, тем, что на его конце расположен баллон. Из катетеров стандартной конструкции используются 4-х или 8-и канальные водно-перфузионные катетеры с портами, радиально расположенными под углом 45° друг к другу и расстояниями 7 см между ними (Осадчук А.М. и др., 2019; Athanasakos Е., Cleeve S., 2019; Bjorsum-Meyer Т. et al., 2020).
Прототипом нашей полезной модели является устройство, описанное в статье Barriga-Rivera A., Vinuesa J.L., Lopez-Alonso M. «Anorectal manometry in Wistar rats with inexpensive setup: A physiological description of the mechanical activity)) («Journal of Medical and Biological Engineering)). - 2015. - I. 35. - №. 2. - P. 242-248), в котором используется лабораторная установка для экспериментальной аноректальной манометрии, состоящая из перфузионного индивидуального катетера, сбора и обработка сигнала система и персональный компьютер с программным обеспечением для отображения биосигналов. Двадцать крыс Wistar, десять самцов и десять самок, были анестезированы с помощью кетамин-ксилазинового препарата. Измеряли тонус аноректального сфинктера и ректосфинктерного рефлекса. В базовых условиях были обнаружены два частотных пика, один на 0,015±0,007 Гц, а другой - 0,363±0,057 Гц, соответствующие медленным и сверхмедленным волнам давления, повторно предположительно. Максимальное давление покоя варьировалось между 37,8 и 109,0 мм рт. ст. Аноректальное расслабление, вызванное стимуляцией стенки прямой кишки, снизилось до 82,65±14,61%, от уровня давления до стимуляции. Общий период волны релаксации составлял 10,22±2,91 с. Длина катетера составляла 70 см, а внешний диаметр составлял примерно 2 мм. При этом внутренний и внешний диаметр составляли 0,2 и 1,0 мм, соответственно и были связаны вместе. Силиконовый баллон для инсуффляции располагался на кончике одного из просветов и использовался для раздувания прямой кишки. Время инсуффляции было достаточно малым, чтобы им можно было пренебречь. Два других люмена были перфузированы дистиллированной водой, а воздушный шар был наполнен воздухом. Постоянный расход воды 3 мл / ч поддерживался с помощью клапана, встроенного в датчик давления. Дистиллированная вода хранилась при 300 мм рт. ст. в пластиковом пакете. Клапан предотвращал передачу высокого давления и поддерживал постоянный поток через катетер. Два отверстия диаметром примерно 0,1 мм, были расположены на расстоянии 10 и 15 мм от центра балки для регистрации изменений давления. Преобразование давления для регистрации волн давления использовал одноразовые преобразователи давления. Верхняя часть прибора показывает перфузию и установку регистрации давления, которая обеспечивает постоянный поток. Нижняя часть описывает сигнал блока кондиционирования, который подключен к дистальному концу катетера. Внешний плеер подает питание на датчик 10 В постоянного тока с чувствительностью датчика 5 лВ / В / мм рт. ст., а диапазон измерения этого устройства составляет 300 мм рт. ст., с превышением пределов давления от -400 до 5000 мм рт. Сигнал, генерируемый датчиком давления, является амплитудным, собранным с помощью дифференциального усилителя. Вход импеданс составляет 10 GX, а полоса пропускания составляет 3 и 0,3 кГц при усилении 1009 и 10009 соответственно. После кондиционирования, включая фильтрацию нижних частот, чтобы избежать наложения спектров, сигналы были получены с помощью аналого-цифрового преобразователя (Ni-USB6008, National Instruments, Техас, США) в 50 Гц с разрешением 12 бит.Диапазон напряжений был -1,1 V, и, таким образом, разрешение по давлению составляло 0,1 мм рт. В качестве программного обеспечения использовался LabView 8.5 (National Instruments, США) с разработанным графическим пользовательским интерфейсом для мониторинга информации во время экспериментов. Все сигналы были отображены одновременно, используя вертикальный экран для улучшения визуального контроля. Программное обеспечение было разработано таким образом, чтобы больше каналов можно было использовать для отображения любого другого биосигнала, включая электрическую активность аноректального сфинктера.
Недостатком данного решения является отсутствие проверки достоверного эффекта измерений именно для хирургических моделей эксперимента с использованием неосфинктера у лабораторных крыс. Кроме того, предлагаемая нами полезная модель более компактная, переносная, не содержит ртуть, легко монтируется, состоит из более доступных компонентов и не требует специального программного обеспечения. Также наш прибор оценивает одномоментно в динамике больше двух показателей: напряжение, расслабление, период бездействия, последовательность этих периодов, продолжительность периодов, в то время, как вышеописанный прототип оценивает только два пиковых показателя: напряжение и расслабление, а также время, при этом предлагаемый аппарат считывает данные в любом положении, в то время, как аналоги только в положении исследуемых животных на спине. Предлагаемая модель относится к максимально щадящим методикам оценки работы прямой кишки и неосфинктера, т.к. используется мягкий баллонный катетер, обеспечивающий плотный контакт со стенкой кишки и сфинктером по принципу элластографии, и, таким образом, является также наиболее информативной манометрией.
Аналогом предлагаемого устройства также является патент WO 2012164127А1 «ANORECTAL MANOMETRY DEVICE» (Inventor: Manuel Lopez Alonso, Jose Antonio Cabo Valdes), описывающий аппарат для аноректальной манометрии, содержащий: аноректальный зонд, снабженный ректальным баллоном и множеством каналов, предназначенных для регистрации аноректального давления у пациента, карту сбора данных, сконфигурированную для записи аналоговых сигналов от подключенных датчиков давления к каналам для регистрации аноректального давления и преобразования упомянутых сигналов в цифровые сигналы, а также к средствам анализа и представления цифровых сигналов, генерируемых картой сбора данных. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения перфузионные отверстия для снятия давления расположены на различных расстояниях от ректального баллона в каждом канале. При этом можно регистрировать данные давления в различных точках прямой кишки, получая дополнительную информацию о состоянии пациента с помощью однократного введения аноректального зонда. Предпочтительно перфузионные отверстия расположены на расстоянии не менее 25 мм, 30 мм и 25 мм от ректального баллона. В другом варианте осуществления изобретения средство анализа и представления содержит программируемый компьютер. Благодаря этому можно обеспечить устройству большую конфигурируемость, что позволяет пользователю изменять условия анализа полученных данных. Кроме того, использование персонального компьютера позволяет устройству хранить полученную информацию, соответствующую различным тестам, проведенным об одном или нескольких пациентах, а также их исследованию, как в реальном времени, так и через некоторое время после получения данных. В другом варианте осуществления изобретения средство анализа и представления содержит монитор. Это позволяет предложить возможность визуального представления полученных данных, конфигурируя указанное представление посредством средств анализа, что позволяет пользователю иметь возможность визуализировать информацию, необходимую для разработки диагноза. В другом варианте осуществления изобретения карта сбора данных содержит: множество аналоговых сигнальных входов, подключенных к каналам регистрации аноректального давления, по меньшей мере, один микроконтроллер сконфигурирован для управления работой карты сбора данных, по меньшей мере, один блок формирования аналоговых сигналов для подключения к входу микроконтроллера, по меньшей мере, один интерфейсный блок для передачи данных, подключаемый к среде анализа и представления, предпочтительно сконфигурированный в соответствии с протоколом связи, адаптированным для управления преобразованием выходного уровня сигналов микроконтроллера, причем указанный выход содержит уровни напряжения, регистрируемые преобразователями, и перевод их с использованием используемого протокола связи. Это дает изобретению средство трансляции и обработки полученных данных, которое имеет небольшой размер, при этом обеспечивая доступ к указанным данным посредством анализа и представления. В другом варианте осуществления изобретения плата сбора данных соединена с часами, которые отмечают время выполнения рабочей программы микроконтроллера. Это дает изобретению средство, с помощью которого они могут быть зарегистрированы таким образом, что оно определяет точное время, в которое выполняются тесты, а также время, в которое получаются данные о пациентах. В одном варианте осуществления изобретения средство анализа и представления содержит комбинацию аппаратного или программного обеспечения, в которой реализована графическая среда, позволяющая выполнять одну или несколько программ, содержащих одну или несколько из следующих функций: связь с картой сбора данных, прием информации, передаваемой через порт связи, управление и контроль ошибок, оперативное представление полученных данных и автономное изучение указанных данных.
Недостатком данного решения является отсутствие проверки достоверного эффекта измерений именно для хирургических моделей эксперимента с использованием сфинктера и неосфинктера у лабораторных крыс. Кроме того, предлагаемая полезная модель более компактная, переносная, легко монтируется, состоит из более доступных компонентов и не требует специального программного обеспечения. Также наш прибор оценивает одномоментно в динамике несколько показателей: напряжение, расслабление, период бездействия, последовательность этих периодов, продолжительность периодов, в то время, как вышеописанный аналог оценивает только два пиковых показателя: напряжение и расслабление, а также время, при этом аппарат считывает данные в любом положении, в то время, как аналоги только в положении исследуемых животных на спине. Предлагаемая модель относится к максимально щадящим методикам оценки работы прямой кишки и неосфинктера, т.к. используется мягкий баллонный катетер, обеспечивающий плотный контакт со стенкой кишки и сфинктером по принципу эластографии, и, таким образом, является дополнительно более информативной манометрией.
Аналогом предлагаемой полезной модели является еще патент WO 2015142120A1 «METHOD FOR DETECTING DISEASES USING HIGH RESOLUTION MANOMETRY, AND APPARATUS THEREFOR» (Inventor: ), в котором применяется устройство для обнаружения заболеваний прямой кишки с использованием манометрии, имеющей множество датчиков давления, расположенных с определенными интервалами вдоль секции в произвольном месте в направлении длины трубки манометра, причем способ включает этапы: получение значений давления от каждого из множества датчиков давления в течение заранее установленного времени; получение трехмерного распределения давления, показывающего изменения значений давления в соответствии с местоположением и временем, с использованием времени, значений давления и местоположений, в которых датчики давления расположены в секции в произвольном месте; и вычисление в трехмерном распределении давления интеграла объема секции в интересующем месте, которое заранее определено в соответствии с заболеваниями. Этот повышает эффективность определения различных заболеваний, связанных с прямой кишкой и анусом, за счет использования значений давления определенных датчиков, относящихся к ректальной или анальной области, когда проводится манометрия. Устройство включает в себя измеритель импеданса, измеритель проводимости, измеритель трехмерного распределения и объема. В комплект поставки входят интегральный калькулятор, блок сравнения порогов, блок определения заболевания, блок классификации интервалов и блок установки процентных интервалов. Множество импедансных электродов расположены с заданными интервалами (например, интервалами 2 см) вдоль произвольного положения участка импедансного манометра в продольном направлении. Сечение произвольного положения означает участок частичной длины, в котором электрод установлен среди всей длины трубчатой части импедансного манометра. Значение импеданса получают отдельно от каждого импедансного электрода, но непрерывно в течение заданного времени. Изменение значения импеданса в каждом импедансном электроде со временем может быть известно, и изменение значения импеданса в соответствии с положением каждого импедансного электрода измеряется. Блок получения трехмерного распределения показывает изменение проводимости относительно положения и времени с использованием положения, времени и значения проводимости, когда каждый импедансный электрод расположен в произвольном положении секции, в которой установлен электрод. Положение установки импедансного электрода выражается в диапазоне от 0 до 30 см, имеет трехмерную форму поверхности. Каждый из электродов импеданса расположен с интервалом 2 см вдоль продольного направления импедансного манометра, значение проводимости для интервала между ними является точно детализированным. Блок вычисления интеграла объема вычисляет общее интегральное значение объема для трехмерного распределения проводимости. Вычисляется интегральное значение объема для всего трехмерного распределения проводимости, полученного в течение от 0 до 25 секунд для всего участка от 0 до 30 см.
Недостатком данного решения является отсутствие проверки достоверного эффекта измерений именно с использованием сфинктера и неосфинктера у лабораторных крыс. Кроме того, разработанная нами полезная модель более компактная, переносная, легко монтируется, состоит из более доступных компонентов, не требует специального программного обеспечения, оценивает одномоментно в динамике больше двух показателей: напряжение, расслабление, период бездействия, последовательность этих периодов, продолжительность периодов, в то время, как вышеописанный прототип оценивает только два пиковых показателя: напряжение и расслабление, а также время, при этом аппарат считывает данные в любом положении, в то время, как аналоги только в положении исследуемых животных на спине. Предлагаемая модель относится к максимально щадящим методикам оценки работы прямой кишки и неосфинктера, т.к. используется мягкий баллонный катетер, обеспечивающий плотный контакт со стенкой кишки и сфинктером по принципу эластографии.
Достаточно похожий аппарат описывается в отечественной полезной модели RU185442U1 «СЕГМЕНТАРНЫЙ СФИНКТЕРОМЕТР» (Патентообладатели: ООО «Научно-Медицинская Фирма МБН», ФГБУ «Государственный Научный Центр Колопроктологии имени А.Н. Рыжих» Минздрава России), также используемой для диагностики запирательного аппарата прямой кишки содержит корпус и установленный в корпус сегментарный датчик, позволяющий одновременно регистрировать показатели давления с сегментов запирательного аппарата прямой кишки, причем сегментарный датчик выполнен в виде цилиндра с закругленным концом, внутренняя часть датчика представляет собой четыре секции, разделяющие датчик в продольном направлении на четыре взаимонезависимых сегмента, разделительные элементы представляют собой пластиковые пластины в поперечном сечении датчика, образующие крестообразную фигуру, причем в каждом из сегментов расположен измерительный элемент в виде силиконовой трубки с заглушенным одним из концов, другой конец каждой из четырех силиконовых трубок соединен с электронным модулем сфинктерометра, причем в составе электронного модуля установлены четыре датчика давления, причем каждый из датчиков давления, находящихся в электронном блоке сфинктерометра, соединен с сегментарным датчиком при помощи силиконовой трубки, а все измерительные элементы, состоящие из силиконовых трубок, заполнены водой.
Недостатком данного патента является отсутствие проверки достоверного эффекта измерений именно для хирургических моделей эксперимента с использованием сфинктера и неосфинктера у лабораторных крыс. Кроме того, предлагаемая полезная модель более компактная, переносная, легко монтируется, состоит из более доступных компонентов и не требует специального программного обеспечения. Также наш прибор оценивает одномоментно в динамике больше двух показателей: напряжение, расслабление, период бездействия, последовательность этих периодов, продолжительность периодов, в то время, как вышеописанный прототип оценивает только два пиковых показателя: напряжение и расслабление, а также время, при этом аппарат считывает данные в любом положении, в то время, как аналоги только в положении исследуемых животных на спине. Предлагаемая модель относится к максимально щадящим методикам оценки работы прямой кишки и неосфинктера, т.к. используется мягкий баллонный катетер, обеспечивающий плотный контакт со стенкой кишки и сфинктером по принципу эластографии.
Близким аналогом еще является полезная модель RU 55569U1 «СФИНКТЕРОМЕТР» (Патентообладатель: Государственное общеобразовательное учреждение Высшего профессионального образования «Самарский государственный медицинский университет Росздрава»), которая содержит в себе цилиндрический корпус с эластичной манжетой. Полость, образуемая манжетой, соединена трубкой с отверстиями и с тройником, который соединен с источником сжатой среды и регистрирующим прибором и снабжен выпускным клапаном. Сфинктерометр может быть выполнен из биологически и химически инертного полимерного материала. Сфинктерометр используется следующим образом - его вводят в канал прямой кишки, от источника давления создают в полости 3 корпуса 1 начальное давление. Усилием сжатия мышц и изменением давления сжатой среды измеряют на регистрирующем приборе все необходимые параметры измерения, а именно: тонус заднепроходного сфинктера, максимальная сила анального жома, волевое усилие сфинктера. Применяя в качестве сжатой среды горячую или холодную воду, в зависимости от заболевания и состояния пациента, возможно проводить лечение анального сфинктера.
Недостатком данного решения является отсутствие проверки достоверного эффекта измерений именно для хирургических моделей эксперимента с использованием неосфинктера и сфинктера у лабораторных крыс. Данный аппарат не оценивает продолжительность периодов расслабления и напряжения, их последовательность и физиологичность акта дефекации. Кроме того, предлагаемая нами полезная модель более компактная, переносная, легко монтируется, состоит из более доступных компонентов и не требует специального программного обеспечения. Также наш прибор оценивает одномоментно в динамике больше двух показателей: напряжение, расслабление, период бездействия, последовательность этих периодов, продолжительность периодов, в то время, как вышеописанный прототип оценивает только два пиковых показателя: напряжение и расслабление, а также время, при этом аппарат считывает данные в любом положении, в то время, как аналоги только в положении исследуемых животных на спине. Предлагаемая модель относится к максимально щадящим методикам оценки работы прямой кишки и неосфинктера, т.к. используется мягкий баллонный катетер, обеспечивающий плотный контакт со стенкой кишки и сфинктером.
Сходное устройство при такой же патологии применяется в изобретении RU 26399U1 «ПРУЖИННЫЙ СФИНКТЕРОМЕТР» (Патентообладатель: «Государственное учреждение Тверская государственная медицинская академия»), где используется сфинктерометр, состоящий из овоида с металлическим стержнем, загнутым на свободном конце в виде крючка, и безмена со шкалой от 0 до 2 кг делением по 50 г. Внутри стандартного проктоскопа свободно помещают три овоида размерами 19⋅25 мм, соединенных лавсановой нитью длиной 5 см, причем внутри дистального овоида проходит канал подачи воздуха с двумя канюлями по краям, к которым с одной стороны крепят раздувной латексный баллончик, с другой - через магистраль подачи воздуха - аппарат Рива-Рочи, а в проксимальный овоид впаян металлический стержень длиной 30 см с загнутым в виде крючка концом и безмена, состоящего из цилиндрического корпуса и шкалы от 0 до 2.
Недостатком данного решения является отсутствие проверки достоверного эффекта измерений именно для хирургических моделей эксперимента с использованием сфинктера и неосфинктера у лабораторных крыс. Кроме того, предлагаемая полезная модель оценивает одномоментно в динамике больше двух показателей: напряжение, расслабление, период бездействия, последовательность этих периодов, продолжительность периодов, в то время, как вышеописанный прототип оценивает только два пиковых показателя: напряжение и расслабление, а также время, при этом аппарат считывает данные в любом положении, в то время, как аналоги только в положении исследуемых животных на спине. Предлагаемая модель относится к максимально щадящим методикам оценки работы прямой кишки и неосфинктера, т.к. используется мягкий баллонный катетер, обеспечивающий плотный контакт со стенкой кишки и сфинктером по принципу эластографии, и, таким образом, является также наиболее информативной манометрией.
Также аналогом похожего исследования неосфинктера является методика из способа RU2719661C1 «СПОСОБ СОЗДАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ПОСЛЕОПЕРАЦИОННОЙ ИШЕМИИ НЕОРЕКТУМ ПУТЕМ НАТЯЖЕНИЯ ПРЯМОЙ КИШКИ» (Патентообладатель: ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет)), в котором она применяется у лабораторных животных массой от 350 г, когда тоже проводят круговой разрез кожи и подкожно-жировой клетчатки вокруг ануса. Выделяют участок прямой кишки непосредственно по стенке кишки до наружного анального сфинктера протяженностью не менее 35 мм. Проводят продольный разрез стенки прямой кишки в точке, соответствующей 12 часам, до середины выделенного участка прямой кишки с последующим низведением кишки до промежности с натяжением и наложением первого узлового шва между кожей ануса и кишкой на 12 часах. Проводят продольный разрез стенки прямой кишки в точке, соответствующей 6 часам, до середины выделенного участка с последующим наложением второго узлового шва между кожей ануса и кишкой на 6 часах, с формированием двух лоскутов прямой кишки длиной, соответствующей половине длины выделенного участка прямой кишки. Осуществляют резекцию сформированных лоскутов. Создают неоанус посредством наложения узловых швов между кожей ануса и кишкой по всей окружности кишки. Получают модель ишемии неоректум на третьи сутки после операции.
Недостатком данного способа является то, что в нем описывается только близкая по назначению, актуальности и цели методика исследования прямой кишки у лабораторных животных и отсутствует полностью описание самого устройства для манометрии неосфинктера.
Предлагаемая нами полезная модель устроена и функционирует следующим образом.
В сфинктер или неосфинктер крысы, после предварительной подготовки, вводится сдутый стерильный ректальный баллонный катетер Laborie Medical, 8 FR для проведения сфинктероманометрии, размером 8 Fr, после чего он надувается до появления мышечного сопротивления. В статическом состоянии баллонного катетера оценивается сила сжатия, частота сокращений. В момент эвакуации баллонного катетера в динамике оцениваются периоды напряжения и расслабления мышц сфинктера, сила сжатия, частота сокращения.
3
Силиконовый катетер имеет размер 8 Fr, объем баллона 2,5 см, длина 40 см. Удобная «сквозная» промывка катетера (одновременное наполнение баллона через Pabd порт и удаление воздуха через FILL порт) обеспечивает простоту подготовки, как и необходимость в наполнении баллончика лишь на 1-1,5 мл, соединители типа Luer-Lock с «крылышками» обеспечивают удобство в использовании и надежное соединение.
Измерение импульсов, силы сжатия и частоты сокращений сформированного неосфинктера крыс проводится по принципу помещения преобразователя разницы давлений (PDT) в область измерения сигналов. Через вентиль (Pin) подается давление, требуемое для создания сопротивления мышечной силе неосфинктера крысы. Давление фиксируется в требуемом диапазоне, используя визуальную оценку расположения датчика PDT и показаний прибора осциллографа DSO 112А. Электрический сверх точный относительный датчик давления Ips РЕ преобразует разность давления датчика PDT, мышечной силы неосфинктера и атмосферного давления в электрические сигналы малой мощности, которые подаются на усилитель сигналов. Сигналы, подаваемые датчиком IPS РЕ, считываются с помощью мощного сверх точного малошумного усилителя электрических сигналов AD820 и преобразуются в пятикратном размере в электрические импульсы в диапазоне требуемых измерений от 0,01 до 0,5 В и подаются на осциллограф DSO 112А. Сигналы такой скважности явно заметны на дисплее осциллографа в виде графика, а так же в цифровом отображении. На основании полученных показаний в цифровом отображении оценивается максимальное сжатие, максимальное расслабление, динамику выталкивания датчика, время длительности периодов расслабления и напряжения, их последовательность.
Схема устройства показана на фиг. 1, где обозначены буквами:
IPS РЕ - 5700 GP Датчик давления относительный;
AD820ANZ - Однополярный усилитель на металлооксидных полевых транзисторах;
DSO 112 – Осциллограф;
Питание+5V от Li-ion, цифровой блок питания и OUT+5V 1.OA;
PDT - преобразователь разницы давления.
Измерялось давление с помощью специального инструмента - ректального датчика, который является составной частью прибора. Датчик вводится в анальный сфинктер исследуемого животного. Один цикл измерений продолжается не более 30 секунд. Изменения давления сфинктера отображаются на дисплее прибора в виде графика. Результаты измерений сохраняются в памяти прибора. По окончании исследования данные передаются в память персонального компьютера. В дальнейшем на компьютере можно посмотреть результаты измерений на экране в виде графиков, таблиц и текстов и провести анализ результатов исследований.
Эластичный баллон вводится в анальный канал на расстоянии от 2 до 5 см. Помпой нагнетается воздух и оцениваются показатели.
Работа устройства также показана на фиг. 2, где исследования эффективности измерений прибора обозначены буквами и цифрами:
(а) Динамика расслабления сфинктера или неосфинктера, (б) Статистический анализ максимального сжатия сфинктера или неосфинктера в сравнении с контрольной группой. Однофакторный дисперсионный анализ с поправкой Тьюки, Группа 0 - контрольная без проведения операции, группа 1 - операция без невротизации, группа 2 - операция с проведением невротизации, группа 3 - операция с проведением невротизации и созданием градиента нейротрофинов. (б) графики отображают среднее значение±SD, * - р<.05, ** - р<.01, *** - р<.001, **** - р<0001.
Было проведено изучение эффективности использования аппарата в экспериментальной медицине на примере четырех групп лабораторных крыс.
Эксперимент был проведен в централизованном виварии Первого МГМУ им. И.М. Сеченова. Экспериментальные исследования проводились на животных: 24 самца крыс линии Wistar средним весом 350 г и возрастом 4-6 месяцев. Животные содержались в стандартных условиях вивария с режимом день/ночь 12/12, со свободным доступом к воде и пище. Содержание и использование лабораторных животных соответствовало правилам, принятым в Сеченовском университете, рекомендациям местного этического комитета и национальным законам.
Через 90 дней после проведения операции формирования неосфинктера у крыс проводилось фотографирование области неосфинктера с последующей оценки функции неосфинктера.
В результате статистического изучения дифференцированного и динамического измерения тонуса сфинктера и неосфинктера было показано, что у экспериментальных животных максимальное значение напряжения неосфинктера было в третьей группе и составило 0,066±0,005 В.
В первой группе экспериментальных животных, которым выполнялась пластика запирательного аппарата прямой кишки без прямой невротизации мышцы, максимальное напряжение неосфинктера составило 0,02±0,01 В.
Во второй группе экспериментальных животных, которым проводилась пластика запирательного аппарата прямой кишки с выполнением прямой невротизации мышцы без создания градиента нейротрофинов максимальное значение напряжения неосфинктера составило 0,026±0,0057 В.
Основываясь на полученных данных динамической оценки эвакуации баллонного катетера прибора, нами, с помощью данного устройства, был измерен механизм дефекации у здоровых крыс и у групп экспериментальных животных. У здоровых животных контрольной группы в процессе дефекации отмечаются регулярные эпизоды периодического напряжения и расслабления мышц сфинктера прямой кишки с тенденцией к полному его расслаблению, что способствует эвакуации каловых масс.
У крыс третьей группы, которым проводилась пластика запирательного аппарата прямой кишки с выполнением прямой невротизации мышцы с созданием градиента нейротрофинов, наблюдалась абсолютно идентичная картина. Эвакуация баллонного катетера также сопровождалась регулярными эпизодами напряжения и расслабления мышц неосфинктера с тенденцией к полному расслаблению неосфинктера. Процесс эвакуации по времени не отличался от контрольной группы.
У крыс второй группы, которым проводилась пластика запирательного аппарата прямой кишки с выполнением прямой невротизации мышцы без создания градиента нейротрофинов, эвакуация баллонного катетера тоже сопровождалась регулярными эпизодами напряжения и расслабления мышц с тенденцией к полному расслаблению. Достоверным отличием от третьей и контрольной групп экспериментальных животных являлось большая сила сжатия и менее длительные периоды расслабления неосфинктера, а также более длительный период полной эвакуации баллонного катетера.
У крыс первой группы, которым проводилась пластика запирательного аппарата прямой кишки без выполнения прямой невротизации мышцы, отмечалось появление диаметрально противоположного механизма эвакуации баллонного катетера. Короткий период расслабления неосфинктера сопровождался резким увеличением его тонуса, с тенденцией к нарастанию без периодов расслабления, вплоть до полной эвакуации баллонного катетера.
Полученный результат исследования разработанной полезной модели показал, что во второй и третьей группе экспериментальных животных восстановлена нормальная физиология акта дефекации. А у первой группы крыс, которым выполнялась манометрия после пластики запирательного аппарата прямой кишки без прямой невротизации мышцы, действует компенсаторный механизм эвакуации каловых масс, диаметрально противоположный группе контроля, сопровождающийся нарастанием тонуса и отсутствием периодов расслабления.
Разработанная нами модель может использоваться при экспериментальных исследованиях для изучения влияния различных факторов в послеоперационном ведении пациентов с патологией прямой кишки, а также роли различных оперативных факторов на исход хирургического лечения. Летальность при создании модели составляет 0%, воспроизводимость модели - 100%.