УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСКУССТВЕННОГО ОСЕМЕНЕНИЯ МЛЕКОПИТАЮЩЕГО
APPARATUS FOR ARTIFICIAL INSEMINATION OF A MAMMAL

Настоящее изобретение относится к устройству для искусственного осеменения млекопитающего, как правило коровы.
Во время искусственного осеменения коровы сперма быка инструментально вводится в матку готовой к зачатию коровы для того, чтобы в соответствии с назначением произвести там оплодотворение яйцеклетки коровы и, таким образом, зачать детеныша животного. Основная причина, по которой вместо естественного оплодотворения выбирается искусственное осеменение, заключается в том, что искусственное осеменение облегчает выбор для соответствующей цели разведения оптимального производителя, могущего жить далеко от места осеменения.
В настоящее время искусственное осеменение коровы обычно осуществляется следующим образом.
На основе намеченной цели разведения уже на подготовительном этапе выбирается, от какого быка должна происходить используемая сперма. Сперма, разбавленная специальными веществами для транспортировки в замороженном состоянии, хранится для транспортировки и обработки в так называемой пайете, обычно выполненной в виде тонкой трубочки, имеющей форму соломинки и закрытой с обеих сторон. Емкость пайеты обычно составляет от 0,25 до 0,5 мл. Во время обычной транспортировки от быка к корове несколько пайет находятся в теплоизолирующем контейнере и окружены жидким азотом, т.е. азотом, имеющим температуру -196°C. Для искусственного осеменения техник-осеменатор берет из теплоизолирующего контейнера с жидким азотом подходящую пайету и в течение приблизительно 30 секунд нагревает пайету, например, до температуры тела, как правило, в воде, имеющей температуру 37°C. Благодаря размораживанию содержащейся в пайете спермы сперматозоиды снова активируются. На следующем этапе пайета вставляется в шприц для осеменения (часто называемый также пистолетом для осеменения). По существу шприц для осеменения представляет собой тонкую трубку, внутри которой в продольном направлении в качестве поршня может перемещаться тонкий стержень. Чтобы ввести пайету в шприц для осеменения, поршень немного выдвигается с передней стороны шприца для осеменения, затем один конец пайеты насаживается на поршень, после чего поршень вместе с пайетой втягивается назад в трубку до тех пор, пока пайета не скроется в трубке. Если после вставления пайеты в шприц для осеменения техником-осеменатором еще необходимо пройти некоторое расстояние до коровы, то, как правило, температура шприца для осеменения поддерживается на уровне температуры тела благодаря тому, что техник-осеменатор держит шприц у своего тела, под одеждой. На следующем этапе шприц для осеменения вставляется передней стороной вперед в так называемый чехол для осеменения, по существу представляющий собой стерильный кусок пластиковой гибкой трубки, используемой только один раз, пока передняя сторона шприца не станет прилегать изнутри к торцу чехла для осеменения, закрытому за исключением небольшого отверстия.
Затем во влагалище коровы передней стороной вводится шприц для осеменения, окруженный чехлом для осеменения. Этот процесс требует от техника-осеменатора большого мастерства. Пока он одной рукой держит и перемещает шприц для осеменения, его вторая рука находится в прямой кишке коровы, чтобы кончиками пальцев через стенку прямой кишки и влагалища нащупать положение шприца для осеменения, а также нащупать и удержать на месте шейку матки коровы, чтобы можно было вставить в шейку матки и продвинуть вперед торец шприца для осеменения. В идеале шприц для осеменения приводится в действие тогда, когда он вдается внутрь матки приблизительно на 0,6-1,25 см. В результате приведения в действие поршень перемещается в задний конец пайеты, вследствие чего содержимое пайеты вытесняется с переднего конца и через узкое отверстие на торце чехла для осеменения проталкивается в матку коровы.
Существует несколько подходов, чтобы упростить отдельные этапы этого рабочего процесса и/или уменьшить их чувствительности к ошибкам.
В US 2013129331 A1 описано портативное устройство, помимо прочего, для нагревания пайет со спермой быка. В целом, это устройство состоит из емкости для воды и электронагревателя для ее нагревания, питаемого от батареи и терморегулируемого.
В US 6676596 B2 показана легкая, портативная камера, нагреваемая с регулированием температуры и предназначенная для расположения, предварительного нагрева и поддержания в теплом состоянии шприца для осеменения с загруженной в него предварительно нагретой пайетой при транспортировке в месте использования.
В KR 20150004453 A показано устройство для регулируемого нагрева и поддержания в теплом состоянии загруженного или пустого шприца для осеменения. В соответствии с предназначением шприц для осеменения вставляется во внутреннюю трубу устройства, выполненного в виде двухстенной трубы. В полости между двумя трубами устройство имеет регулируемый электронагреватель, который посредством штепселя может соединяться со штепсельной розеткой автомобиля и благодаря этому снабжаться электрической энергией.
В DE 60030361 T2 описано устройство, которое в соответствии с назначением по выбору может использоваться как в качестве шприца для осеменения, так и для трансплантации оплодотворенной яйцеклетки в матку сельскохозяйственного животного.
Это устройство имеет длинную тонкую трубку и длинный тонкий шлангопровод, выполненный с возможностью перемещения внутри и вне трубки, с ее торцевой стороны. При необходимости к заднему концу шлангопровода может быть присоединена пайета, а с того конца пайеты, который обращен в противоположную от шлангопровода сторону, может быть присоединен движитель. В соответствии с предназначением тонкая трубка может быть введена во влагалище до матки животного, а затем шлангопровод может быть перемещен еще дальше во влагалище, после чего сперма из пайеты через весь шлангопровод выдавливается в матку животного. Деталь, содержащая пайету, выполнена в виде трубки из теплоизоляционного материала, предназначенного для поддержания температуры пайеты, предварительно нагретой в другом месте, а также для механической защиты пайеты и прилегающих к ней деталей устройства. Проблема в связи с этим устройством заключается в том, что сперма, вводимая в матку, после выхода из пайеты должна проходить по сравнительно длинному шлангопроводу. Это делает затруднительным предотвращение ситуации, при которой в шланге в конечном счете остается большое количество спермы. Кроме того, либо шлангопровод может быть применен только для одного процесса осеменения, либо после процесса осеменения его необходимо с очень большими затратами очищать и стерилизовать.
В US 2942603 A показан шприц для осеменения, имеющий форму пистолета и предназначенный для искусственного осеменения домашней птицы. В трубчатую полость шприца для осеменения, нагреваемую электрическим способом, вводится жидкая сперма. Вследствие нажатия рукой на спусковой рычаг поршень вдавливается с одного конца в полость, в результате жидкая сперма выталкивается из полости в присоединенную к ней трубку.
Недостаток состоит в том, что сперма остается в полости, загрязняя ее. Поэтому, прежде чем снова применять шприц, его необходимо очистить, иначе нельзя быть уверенным в том, какая сперма в конце концов вызовет оплодотворение, а это требует затрат.
Лежащая в основе изобретения задача состоит в том, чтобы устройство для искусственного осеменения млекопитающего, как правило коровы, выполнить таким образом, чтобы оно было простым в обращении и в тоже время повышало уверенность в том, что сперма, вводимая в матку животного, при вводе не будет смешиваться с другой спермой, находящейся в устройстве для осеменения.
Для решения поставленной задачи предполагается конструкция, при которой устройство для искусственного осеменения имеет нагреваемую полость, выполненную с возможностью нагрева, и в которой можно хранить и нагревать пайету и/или поддерживать определенную температуру пайеты, содержащей сперму. Для этого в настоящем изобретении в качестве усовершенствования предлагается оснастить устройство механизмом, с помощью которого пайета может быть перемещена из полости в удлиненную трубку, вводимую в животное, подлежащее осеменению.
Поскольку пайету можно нагреть в указанной полости устройства для искусственного осеменения, промежуточный этап нагревания пайеты перед и так уже необходимой установкой в устройство может отпасть.
Благодаря тому, что пайета может перемещаться через часть устройства в указанную удлиненную трубку, предназначенную для ввода в оплодотворяемое животное, сперма, содержащаяся в пайете, контактировать со стенкой трубки не должна. Таким образом, трубка может использоваться чаще, даже без промежуточной очистки, и при следующих друг за другом процессах осеменения может быть использована сперма различных производителей, без риска смешивания или неясного соотнесения.
Благодаря регулируемому нагреву могут быть точно, в узком диапазоне заданы и достигнуты кривые изменения температуры во времени, в том числе оптимальная конечная температура у пайеты, в результате могут быть надежно предотвращены резкие скачки температуры спермы.
Регулируемый нагрев лучше всего выполнить с помощью одного или более омических электрических нагревательных резисторов, одного или более датчиков температуры, предпочтительно подзаряжаемой электрической батареи и управляющего устройства, включая элементы для регулировки электрического тока через электрический нагревательный резистор или, соответственно, электрические нагревательные резисторы. Дополнительные технические подробности могут быть определены в рамках профессиональной деятельности, поэтому обсуждать их здесь нет необходимости.
Изобретение иллюстрируется при помощи сильно стилизованных чертежей примерных предлагаемых изобретением устройств для искусственного осеменения:
ФИГ. 1 представляет собой вид сбоку с частичным разрезом первого, простого исполнения примерного предлагаемого изобретением устройства;
ФИГ. 2 представляет собой вид сбоку второго предлагаемого изобретением устройства, обеспечивающего несколько дополнительных функций по сравнению с устройством согласно ФИГ. 1. Некоторые из закрытых внутренних деталей показаны пунктирными линиями.
Передняя часть предлагаемого изобретением устройства 1 согласно ФИГ. 1, в соответствии с назначением вводимая во влагалище животного своим дистальным концом вперед, на ФИГ. 1 находится справа. Указанная часть выполнена аналогично передней части классических пистолетов для осеменения. Она имеет открытую с обоих торцов, длинную, тонкую трубку 2, перед вводом во влагалище закрытую чехлом 3 для осеменения, используемым только один раз.
Задний проксимальный конец трубки 2 жестко соединен с корпусом 4 и вдается в него. В корпусе 4 находится удлиненный нагревательный элемент 5, установленный соосно с трубкой 2. В нагревательном элементе 5 имеется полость 6, проходящая в его продольном направлении. В рабочем положении устройства 1, показанного на ФИГ. 1, в полости 6 расположена пайета 7, содержащая сперму, вводимую на конечном этапе в матку животного.
Боковая поверхность пайеты 7 плотно охвачена боковой поверхностью удлиненной полости 6 в нагревательном элементе 5 и, таким образом, удерживается в строго определенном положении. Предпочтительно по возможности непосредственно на боковой поверхности полости 6 и, следовательно, в области контакта нагревательного элемента 5 с пайетой 7, нагревательный элемент 5 оснащен электрическим нагревательным резистором 8. Если через нагревательный резистор 8 течет электрический ток, то указанный резистор нагревается и отдает тепло окружающей его среде и, следовательно, пайете 7. В непосредственной близости от нагревательного резистора 8 и пайеты 7 расположены температурные датчики 9, выдающие электрический сигнал в управляющее устройство 10 в зависимости от существующей у них температуры. В управляющем устройстве 10 для процесса нагревания пайеты 7 с использованием техники обработки данных сохраняется заданная кривая нагрева, отображающая изменение во времени температуры у температурных датчиков 9. Как только запускается процесс нагревания, что может произойти в результате нажатия на спусковой рычаг 11, управляющее устройство подает соответствующий электрический ток через нагревательный резистор 8, чтобы нагреть его так, чтобы происходило указанное оптимальное изменение температуры у температурных датчиков 9, благодаря чему пайета 7 нагревается оптимальным образом. Необходимую электрическую энергию обеспечивает электрическая батарея 12, в идеале перезаряжаемая батарея. (Вместо источника тепла, основанного на принципе омического сопротивления, в котором электрическая энергия преобразуется в тепло, также может быть применен принцип преобразования электрической энергии в тепло, основанный на микроволновом излучении или индукции).
Когда пайета достигает заданной температуры искусственного осеменения, эта температура регулируется регулирующим контуром, образованным из следующих элементов: нагревательного резистора 8, температурных датчиков 9 и управляющего устройства 10, чтобы поддерживать это значение на постоянном уровне. Теперь в любой момент, еще раз нажав на спусковой рычаг 11, можно запустить тот привод 13, который в конечном итоге толкает сперму, содержащуюся в пайете 7, в матку оплодотворяемого животного.
В примере осуществления, схематично показанном на ФИГ. 1, привод 13 заключает в себе поршень 14, выполненный в виде упругой гибкой проволоки, электродвигатель 15 и пару приводных роликов 16.
Передняя часть поршня 14 ориентирована так, что она соосна с пайетой 7 на ее заднем торце. Как и в шприцах для осеменения, соответствующих уровню техники, диаметр поршня 14 имеет такой размер, что он может входить в задний торец пайеты 7, выполненной в виде трубочки, а при перемещении в направлении пайеты 7 входит в ней в соприкосновение с заглушкой.
Если привод 13 приведен в действие, электродвигатель 15 приводит во вращение приводные ролики 16, установленные на корпусе 4 с возможностью вращения и своей боковой поверхностью прилегающие к боковой поверхности поршня, так что они перемещают поршень 14 в его продольном направлении, в направлении  пайеты 7. Как только торец поршня 14 соприкасается пайетой, поршень перемещает пайету 7 из нагревательного элемента 5 в трубку 2, соосную с полостью 6 нагревательного элемента 5. В этот момент трубка  своей дистальной продольной частью, обращенной в противоположную от корпуса 4 сторону, уже входит во влагалище на глубину, оптимальную для искусственного осеменения оплодотворяемого животного. Поршень 14 перемещает пайету 7 также в трубке 2 до ее переднего (дистального) конца, пока пайета 7 не станет прилегать к дистальному торцу чехла 3 для осеменения, что приводит к остановке ее движения. Благодаря дальнейшему перемещению поршня 14 в направлении пайеты 7 вышеупомянутая заглушка в пайете 7 перемещается в направлении ее переднего конца, т.е. внутрь пайеты, в результате чего вследствие повышающегося там давления спермы, содержащейся в палете 7, открывается клапан, и сперма сначала выходит из пайеты 7, а затем также через небольшое торцевое отверстие 17 в чехле 3 для осеменения и, следовательно, в соответствии с назначением попадает в матку оплодотворяемого животного. Если используются пайеты, которые такого клапана не имеют, а должны обрезаться на переднем конце, то такая обрезка может осуществляться вручную перед установкой пайеты в нагревательный элемент 5, или же устройство 1 оснащено автоматическим режущим устройством, обрезающим пайету. Это режущее устройство, например, может быть образовано небольшим, поворачивающимся в узком диапазоне углов резцом, на который могут действовать один или два электромагнита, чтобы приводить его в поворотное движение. В идеале это режущее устройство должно находиться между нагревательным элементом 5 и трубкой 2.
После этой операции устройство 1 перемещается в направлении от животного, так что трубка 2 и чехол 3 для осеменения, в конце концов, полностью выходят из влагалища животного. Привод 13 переключается в противоположном направлении, так что поршень 14 снова втягивается, и его основная продольная часть наматывается на барабан 18. В идеале барабан 18 также может приводиться во вращение электродвигателем. Наконец, пайета 7 упирается в направляющую 19 поршня вблизи торца нагревательного элемента 5. В результате дальнейшего движения поршня 14 он извлекается из пайеты 7, и в полости 6 нагревательного элемента находится только пайета 7.
Чтобы пайету 7 загружать в нагревательный элемент или, соответственно, извлекать из нагревательного элемента 5, например, нагревательный элемент может быть выполнен с возможностью перемещения из корпуса 4 перпендикулярно продольному направлению нагревательного элемента, так что становятся доступными торцевые отверстия полости 6. Перемещаемость нагревательного элемента 5 относительно корпуса 4 может быть достигнута, например, благодаря тому, что нагревательный элемент установлен в канале так, что он может направленно перемещаться в продольном направлении канала, причем канал проходит через устройство в поперечном направлении. В направлении канала рядом друг с другом также может быть расположено несколько нагревательных элементов, объединенных в один блок и, таким образом, могущих перемещаться по каналу вместе, причем с питанием для нагрева всегда контактирует только тот нагревательный элемент, который находится в положении, в котором его полость 6 лежит на линии перемещения поршня 14. Указанный узел, содержащий несколько нагревательных элементов, также можно представить себе, например, как барабан револьвера, причем в каждой отдельной полости вместо патрона установлен нагревательный элемент.
Вместо того чтобы перемещаться и опоражниваться с помощью поршня 14, пайета 7 также может перемещаться из полости 6 в трубку 2 и опоражниваться благодаря давлению текучей среды, предпочтительно давления газа. Для этого давление газа должно создаваться с той стороны полости 6, которая направлена в противоположную от трубки 2 сторону, при помощи насоса или другого источника давления, например, углекислотного патрона, а пайета 7 в полости 6 или, соответственно, в трубке 2 должна плотно прилегать к внутренней боковой поверхности полости 6 или, соответственно, трубки.
Для следующего искусственного осеменения в устройстве 1 необходимо лишь заменить новыми деталями использованные детали (чехол 3 для осеменения и пайету 7).
В предпочтительном варианте осуществления пайета 7 после процесса ее опоражнивания назад по трубке 2 в полость 6 не перемещается, а остается у дистального конца трубки 2 и извлекается оттуда через дистальное отверстие трубки 2 во время или после удаления чехла 3 для осеменения. Это позволяет избежать риска контакта внутренней боковой поверхности трубки 2 со спермой из пайеты 7.
В соответствии с предпочтительным усовершенствованным вариантом осуществления изобретения в нагревательном элементе 5 также установлено считывающее устройство, как правило, небольшая камера, считывающая идентификационную информацию 20, имеющуюся на пайете 7. Эта информация вместе с дополнительными данными при помощи управляющего устройства 10 может быть сохранена для немедленного или последующего считывания. Идентификационная информация 20 может быть нанесена на наружной боковой поверхности пайеты 7, например, в виде надписи или штрихкода, и/или алфавитно-цифровой последовательности.
Так как предлагаемое изобретением устройство для искусственного осеменения и без того уже содержит электронное управляющее устройство и аккумулятор электрической энергии, становятся возможными предпочтительные усовершенствованные варианты осуществления изобретения путем установки на указанном устройстве дополнительных функциональных узлов, которые при использовании электронных или, соответственно, электромеханических узлов могут выполнять полезные функции. Такие функции наглядно показаны на ФИГ. 2.
Примерное предлагаемое изобретением устройство 21 для искусственного осеменения млекопитающего содержит детали, функции которых были пояснены при помощи ФИГ. 1. Этими деталями являются трубка 2, нагревательный элемент 5, спусковой рычаг 11 и батарея 12. Из дополнительных функциональных деталей на ФИГ. 2 показаны следующие детали.
На переднем (дистальном) конце трубки 2 установлено оптическое регистрирующее устройство - сенсорный блок 22. Оптическое регистрирующее устройство также может представлять собой эндоскопическую камеру 22, оснащенную источником света. Визуальная информация, захваченная этой камерой во время ввода трубки, может быть отображена на дисплее 23. Это облегчает перемещение трубки 2 в соответствующем направлении и определение момента, когда трубка 2 введена достаточно далеко. Кроме того, благодаря этому может стать ненужным нащупывание положения трубки из кишки, упомянутое в начале настоящего документа, что, конечно, значительно облегчает работу техника-осеменатора.
При определенных обстоятельствах можно также узнать информацию о том, способно ли вообще животное к зачатию.
Вместо эндоскопической камеры 22, работающей в области спектра видимого света, или дополнительно сенсорный блок 22 также может представлять собой или содержать сенсорную технику для спектроскопии в ближней инфракрасной области. Это означает, что он содержит один или более источников света, как правило, лазерных диодов для одного или более спектров света в ближней инфракрасной области, а также датчики падающего света в ближней инфракрасной области. Как само по себе известно, на основании интенсивности определенных отдельных спектральных диапазонов по отношению к определенным другим спектральным диапазонам в наблюдаемой поверхностной ткани могут быть определены концентрации различных веществ, таких как гемоглобин, лейкоциты, вода. На основании концентраций гемоглобина и воды, например, можно получить указание на то, действительно ли животное может находиться в течке.
На дисплее 23 могут отображаться результаты измерений и автоматически сделанные из них выводы, а также может быть предложено меню для выбора дальнейших этапов. Например, может быть предложено прекратить процедуру осеменения, если при БИК-спектроскопии было обнаружено, что животное, по-видимому, вообще не находится в течке, или если на основании обнаруженной высокой концентрации лейкоцитов можно исходить из того, что у животного имеется воспаление.
Конечно, на дисплее 23 также могут отображаться данные о соответствующем состоянии частей устройства 21, а также данные о содержащейся в данный момент времени пайете.
На корпусе устройства 21 может быть закреплен с возможностью отсоединения изотермический контейнер 24, могущий содержать подвижный магазин, в котором находится несколько пайет, причем при помощи электромеханических компонентов устройства 21 индивидуально выбранная пайета может быть доставлена к выходному шлюзу и перемещена в нагревательный элемент 5. В зависимости от того, какая сперма должна транспортироваться в пайетах - замороженная или хранимая лишь при низкой температуре, изотермический контейнер 24 может быть рассчитан на транспортировку жидкого азота или же только для поддержания невысокий температуры охлаждения.
Устройство 21 содержит взаимодействующий с источником света оптический датчик 25, при помощи которого сперма просвечивается, а затем подвергается визуальному анализу, чтобы определить, насколько высока плотность живых сперматозоидов.
Предлагаемые изобретением устройства 1, 21 могут быть оснащены электронными элементами для так называемой связи через тело (body coupled communication, BCC). Эти элементы, в частности, предоставляют собой датчики, обнаруживающие контакт устройства с техником-осеменатором и/или контакт устройства с животным, подлежащим осеменению, а затем при помощи электроники обменивающиеся данными с прибором, носимым техником-осеменатором или, соответственно, закрепленным на животном. При этом в качестве электрического проводника для передачи электрических сигналов используется тело техника-осеменатора или, соответственно, животного. Это позволяет автоматически регистрировать и документировать, какой техник-осеменатор работал, с каким животным и с каким устройством 1, 21 для осеменения.
В качестве данных могут сохраняться следующие данные: личные данные техника-осеменатора, идентификация животного, данные о животном, от которого происходит сперма, дата, время и место, где произошло осеменение. (Последние данные, как правило, могут быть определены с помощью соответствующей бирки на ухе животного и посредством BCC переданы в устройство для осеменения).
Автоматический сбор идентификационной информации о животном, подлежащем осеменению, и используемой сперме также позволяет, подключив устройство 1, 21 к радиосети, автоматически проверить, действительно ли используется правильная пайета для соответствующего животного. В положительном случае процесс осеменения может быть запущен автоматически, в отрицательном случае процесс осеменения может быть автоматически заблокирован.
Идентификационная информация о соответствующей пайете не обязательно должна иметься в виде, позволяющем считывать ее оптическим способом. Кроме того, например, пайеты или содержащий их изотермический контейнер 24 можно оснастить RFID-чипами, информация из которых считывается считывающим устройством на устройстве 1, 21.
На вводимом стержне 2 могут быть установлены дополнительные датчики, с помощью которых можно автоматически получать информацию о том, действительно ли животное готово к оплодотворению, или нет. Оценка этой информации может быть полностью или частично автоматически выполнена в управляющем блоке устройства. В отрицательном случае осеменение может быть своевременно прервано, чтобы не расходовать соответствующую пайету. Данные, полученные с помощью таких датчиков, например, могут относиться к температуре во влагалище или у матки животного, или значению pH, или наличию определенных гормонов, или представлять собой информацию о цветности окружающей датчик ткани или жидкости. Ультразвуковой датчик может предоставлять информацию о состоянии окружающей ткани, а также о положении самого датчика.