УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИЗНЕСПОСОБНОСТИ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ

Полезная модель относится к медицине и может быть использована для экспресс-диагностики наличия или отсутствия обратимых и необратимых патологических изменений в мышечной ткани.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является принятое за прототип устройство для определения жизнеспособности тканей кишечника, содержащее два электрода, образованных браншами пинцета, электрически изолированных друг от друга в месте их крепления и электрически соединенных с генератором переменного напряжения синусоидальной формы амплитудой 3 В и частотой 20 кГц с последовательно включенным сопротивлением величиной 1,8 кОм [Патент РФ №2267996].
Данное устройство ориентировано на определение жизнеспособности тканей кишечника, поэтому в нем захват и сжатие исследуемой ткани осуществляется до соприкосновения внутренних поверхностей кишечника. Этот способ захвата не может быть реализован на мышечной ткани, в связи с существенным влиянием на обработку результатов погрешности в зависимости от толщины захватываемой ткани. Следовательно, устройство, описанное в прототипе, не может быть использовано для определения жизнеспособности мышечной ткани.
Задачей заявляемой полезной модели является разработка устройства для определения жизнеспособности мышечной ткани, позволяющего повысить точность измерения электрофизических свойств мышечной ткани за счет исключения субъективности при определении толщины захватываемой мышечной ткани.
Решение задачи определения жизнеспособности мышечной ткани включает регистрацию изменения амплитуды напряжения между электродами устройства для определения жизнеспособности тканей при
наличии и отсутствии исследуемой мышечной ткани между этими электродами и определение относительного изменения напряжения по результатам замеров. При этом исследуемую мышечную ткань захватывают электродами устройства поперек мышечных волокон и толщина захватываемого слоя мышечной ткани должна составлять 1,5 мм. При жизнеспособной мышечной ткани напряжение между электродами при наличии между электродами мышечной ткани должно быть меньше напряжения между этими же электродами при отсутствии между ними исследуемой мышечной ткани, но не более чем в 4 раза.
Поставленная задача решается устройством для определения жизнеспособности мышечной ткани (фиг.1), содержащим два электрода, образованных браншами пинцета (1) электрически изолированными друг от друга прокладкой из диэлектрика (2). С помощью болта (3) и гайки (4) к браншам прикреплены, с возможностью электрического контакта провода (5), соединяющие бранши пинцета с входом цифрового вольтметра (6) и электрически соединенными с генератором переменного напряжения (8) синусоидальной формы, амплитудой 3 В и частотой 20кГц, через последовательно включенное активное сопротивление (7) величиной 1,8 кОм. Для измерения толщины пучка мышечной ткани, захватываемого браншами пинцета, на одной из браншей пинцета с помощью болтового соединения закреплен потенциометрический датчик перемещения (13), связанный подвижным контактом (11) с другой браншей пинцета с помощью болтового соединения (12). Потенциометр запитывается постоянным напряжением от источника (14), а электрический сигнал, пропорциональный толщине пучка тканей, захваченного браншами, снимается с цифрового вольтметра (10). На концах обоих браншей закреплены манжеты (15) из изоляционного материала, ограничивающие длину мышечного пучка тканей, захватываемого браншами.
При отсутствии исследуемых тканей между электродами устройства эквивалентная электрическая схема может быть представлена в виде (фиг.2).
Причем пинцет будет эквивалентен конденсатору, между обкладками которого заключен воздух. То есть, напряжение, регистрируемое цифровым вольтметром, будет определяться выражением:
вых.1
где U - напряжение, снимаемое с браншей пинцета и регистрируемое вольтметром, при отсутствии исследуемой ткани между браншами;
n
U - напряжение с генератора переменного напряжения синусоидальной формы;
R - активное сопротивление резистора;
- емкостное сопротивление между браншами пинцета при отсутствии между ними исследуемой мышечной ткани;
ƒ - частота сигнала с генератора переменного напряжения.
При этом ,
0
-12
где ε - электрическая постоянная, равная 8,85-10 Ф/м;
1
ε - диэлектрическая проницаемость воздуха, равная 1,00058;
S - площадь поверхности браншей пинцета;
Δ - толщина слоя изолятора (воздуха) между браншами;
При захвате исследуемых мышечных тканей браншами пинцета поперек мышечных волокон, на площади, ограниченной площадью захвата браншами и толщине захватываемого слоя мышечных тканей 1,5 мм эквивалентная электрическая схема сохраняется, но пинцет будет эквивалентен конденсатору между обкладками которого заключен не воздух, а исследуемая мышечная ткань.
В этом случае напряжение, регистрируемое цифровым вольтметром, будет определяться выражением:
,
где  емкостное сопротивление между браншами пинцета при наличии между ними исследуемой ткани;
При этом ,
2
где ε - диэлектрическая проницаемость мышечной ткани.
Поскольку диэлектрическая проницаемость мышечной ткани во много раз больше воздуха, то напряжение, регистрируемое цифровым вольтметром (6), уменьшится по сравнению с исходным состоянием, когда исследуемые ткани отсутствовали между электродами.
Приводим пример реализации применения заявляемого устройства.
Исследовался процесс изменения жизнеспособности мышечной ткани в условиях лабораторного эксперимента. Эксперимент проводился на собаке весом 17 кг с соблюдением правил работы с экспериментальными животными. Под общей анестезией на бедре животного обнажался мышечный массив, выделялись и ишемизировались (перевязывались) мышечные пучки размером 30×5 мм. для предотвращения высыхания выделенные мышцы укрывались отсепарованными кожными лоскутами. В дальнейшем, проводилось наблюдение за изменением электрофизических свойств мышечной ткани в процессе развития в ней некробиотического процесса с помощью устройства для определения жизнеспособности мышечной ткани и производился забор материала для гистологического исследования. Данное устройство содержит два электрода, образованных браншами пинцета, электрически изолированными друг от друга, с закрепленным на них потенциометрическим датчиком перемещения, и электрически соединенными с генератором переменного напряжения синусоидальной формы амплитудой 3 В и частотой 20кГц через последовательно включенное активное сопротивление величиной 1,8 кОм. В
начале, бранши пинцета (1) сдвигались таким образом, чтобы между его концами расстояние составило 1,5 мм, что контролировалось по показаниям вольтметра (10). При этом напряжение между браншами пинцета при отсутствии между ними исследуемых мышечной ткани составило 2,9 В. После этого, пинцетом захватывался поперек выделенный мышечный пучок, таким образом, чтобы его длина полностью заполняла пространство до манжет (15), а ширина соответствовала 1,5 мм, что контролировалось по показаниям вольтметра (10). При этом по вольтметру (6) определялось напряжение между браншами пинцета, которое для первого замера, через час после перевязки мышечного пучка составило 0,95 В. То есть напряжение уменьшилось в 3 раза, что свидетельствует о том, что ткань жизнеспособна. Этот вывод подтвердил проведенный гистологический анализ.
Процедура замера напряжения между браншами пинцета при захвате исследуемых мышечных пучков в соответствии с описанным способом повторялась многократно с фиксацией соответствующих показателей. С течением времени после начала эксперимента величина напряжения, снимаемого с браншей, монотонно убывала. При значении напряжения 0,75 В, что меньше исходного уровня в 3,99 раза, то есть менее, чем 4 раза мышечная ткань была признана жизнеспособной. Соответствующая гистограмма показала, что при этом имеют место незначительные гистологические изменения, но они носят обратимый характер, что подтверждает вывод о жизнеспособности мышечной ткани.
При значениях напряжения 0,62 В, то есть меньше исходного в 4,8 раза, мышечная ткань была признана нежизнеспособной, то есть имеющей необратимые патологические изменения. Проведенные гистологические исследования подтвердили данный вывод.
Таким образом, разработано устройство для определения жизнеспособности мышечной ткани, обеспечивающее экспресс диагностику наличия или отсутствия обратимых и необратимых патологических изменений в мышечной ткани дешевыми и доступными средствами.