Устройство для определения скорости всасывания углеводов в тонком кишечнике

Полезная модель относится к области гигиены кормления и физиологии животных, может быть использована для научных исследований и в учебном процессе при проведении лабораторных работ.
Биологическое значение углеводов заключается, прежде всего, в обеспечении энергетического обмена. Несомненно, участие углеводов в пластических функциях организма, они исключительно важны для функционирования клетки и хранения генетической информации. Вместе с этим, обладая высокой осмотической активностью и являясь обязательной составной частью биологических жидкостей организма, углеводы участвуют в организации транспортных процессов, поддерживают тонус клеток и основного вещества соединительной ткани. Уровень глюкозы важный гомеостатический фактор: у жвачных животных ее концентрация составляет 0,4-0,6 г/л, у моногастричных -1,0-1,6 г/л, а у птиц значительно выше - до 3 г/л (Скопичев В.Г. Физиология животных и этология / В.Г. Скопичев, Т.А. Эйсымонт, Н.П. Алексеев и др. - М.: КолосС, 2004. - 720 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). Согласно этому способу для исследований использовали начальные сегменты тонкой кишки птицы, в них помещали растворы глюкозы или мальтозы и перевязывали в форме листочков. Листочки помещали в рецепторную среду и по изменению концентрации сахара в ней судили о процессе переноса питательных веществ через мембрану - стенку тонкой кишки. 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. Также немаловажным недостатком устройства является отсутствие термической стабильности питательной среды (4) которая находится в емкости для питательной среды (2), расположенной в свою очередь в емкости (1) в которую осуществляется выход питательной среды через полупроницаемую перегородку (3), но так как емкость (1) охлаждается, окружающим воздухов приводит к искажению результатов.
Техническим результатом полезной модели является создание устройства для определения скорости всасывания углеводов в тонком кишечнике с улучшенными метрологическими характеристиками.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображен на фиг. 1 - общий вид устройства, на фиг 2 - вид А.
Устройство для определения скорости всасывания углеводов в тонком кишечнике состоит из емкостей (1) и (2), разделенных полупроницаемой перегородкой (3), выполненной из стенки тонкой кишки, фиксируемой на торце емкости (2) хомутом (6). В 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 (8), установленным на штоке (10) с возможностью поворота относительно последнего и имеющим отверстия, диаметр которых равен диаметру перфорации поршня, при этом 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), поворачиваемая посредством регулировочного диска (14), а большая емкость (1) выполнена с возможностью расположения внутри сосуда (15), соединенного с термостатом (16).
Технический результат полезной модели достигается тем, что устройство для определения скорости всасывания углеводов в тонком кишечнике, включающее две - большую и малую - емкости, имеющие относительную подвижность и разделенные полупроницаемой мембраной, выполненной из стенки тонкого отдела кишечника, а в малой емкости с питательной средой установлен поршень со штоком, при этом 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, 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, при этом большая емкость выполнена с возможностью расположения внутри сосуда, соединенного с термостатом.
Моторная деятельность кишечника обеспечивает перемешивание пристеночного слоя химуса, повышает внутриклеточное давление, усиливает всасывание пищеварительных веществ и передвижение содержимого по пищеварительному тракту. Моторика кишечника осуществляется благодаря координированным сокращениям и расслаблениям наружного продольного и внутреннего циркулярного слоев мышц. Известно четыре типа кишечных сокращений: ритмическая сегментация, перистальтика, маятникообразные и тонические сокращения. С клинической целью принято измерять температуру в прямой кишке на расстоянии 5-8 см от ануса; эту температуру принимают за температуру тела. Ректальная температура у разных видов животных имеет следующие значения: свинья: 38,0-40,0°С; лошадь 37,5-38,5°С; собака 37,5-39,0°С; кошка 38,0-39,5°С (Скопичев В.Г. Физиология животных и этология / В.Г. Скопичев, Т.А. Эйсымонт, Н.П. Алексеев и др. -М.: КолосС, 2004. - 720 с; Скопичев В.Г. Физиология растений и животных: Учебное пособие / В. Г. Скопичев. - СПб.: Проспект Науки, 2019. - 368 с.).
Для определения скорости всасывания питательных веществ поршень воздействует на питательную среду в емкости. Сосуд (баня водяная) создает и поддерживает требуемые температурные условия в большой емкости за счет соединения с термостатом который поддерживает температуру равную ректальной температуре того биологического вида отрезок кишечника которого закреплен на малой емкости с питательной средой. 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 лабораторной установки.
Примеры использования устройства для определения скорости всасывания углеводов в тонком кишечнике.
Пример 1. Термостат (16) устанавливает температуру тела равную температуре тела домашней свиньи (Sus scrofa domesticus), которая в течение суток колеблется в небольших пределах, оставаясь в диапазоне 38,0-40,0°С, далее после стабилизации температуры в сосуде (15) и в емкости (1) до 38,0-40,0°С, в малую емкость (2) подается питательная среда (4) с температурой 38,0-40,0°С, далее 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), верхний торец которого снабжен плоским диском (8), привести в состояние, при котором стрелка (13), поворачиваемая посредством регулировочного диска (14), 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. Термостат (16) устанавливает температуру тела равную температуре тела домашней кошки (Felis silvestris catus), которая в течение суток колеблется в небольших пределах, оставаясь в диапазоне 38,0-39,5°С, далее после стабилизации температуры в сосуде (15) и в емкости (1) до 38,0-39,5°С, в малую емкость (2) подается питательная среда (4) с температурой 38,0-39,5°С, далее для моделирования 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), верхний торец которого снабжен плоским диском (8), привести в состояние, при котором стрелка (13), поворачиваемая посредством регулировочного диска (14), 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. Термостат (16) устанавливает температуру тела равную температуре тела домашней собаки (Canis lupus familiaris), которая в течение суток колеблется в небольших пределах, оставаясь в диапазоне 37,5-39,0°С, далее после стабилизации температуры в сосуде (15) и в емкости (1) до 37,5-39,0°С, в малую емкость (2) подается питательная среда (4) с температурой 37,5-39,0°С, далее 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), верхний торец которого снабжен плоским диском (8), привести в состояние, при котором стрелка (13), поворачиваемая посредством регулировочного диска (14), 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. Термостат (16) устанавливает температуру тела равную температуре тела домашней лошади (Equus ferus caballus), которая в течение суток колеблется в небольших пределах, оставаясь в диапазоне 37,5-38,5°С, далее после стабилизации температуры в сосуде (15) и в емкости (1) до 37,5-38,5°С, в малую емкость (2) подается питательная среда (4) с температурой 37,5-3 8,5°С, далее 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), верхний торец которого снабжен плоским диском (8), привести в состояние, при котором стрелка (13), поворачиваемая посредством регулировочного диска (14), 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 углеводов в тонком кишечнике заключается в том, что:
1. Улучшаются условия работы на устройстве и его метрологические характеристики, а так же увеличивается число и расширяется диапазон проводимых исследований.
2. Упрощается процесс технологии проведения исследований по анализу поступления углеводов из пищеварительного тракта животных во внутреннюю среду организма при оценке биодоступности кормов и кормовых добавок.
3. Возвышается точность результатов за счет стабильного термического режима устройства для определения скорости всасывания углеводов в тонком кишечнике, что в свою очередь повышает качество и наглядность исследований по анализу поступления углеводов из пищеварительного тракта животных во внутреннюю среду организма при проведении лабораторных работ по физиологии пищеварения.
4. Технические особенности полезной модели позволяют успешно моделировать процессы четырех основных типов кишечных сокращений (ритмическая сегментация, маятникообразные сокращения, перистальтические сокращения, тонические сокращения), что повышает точность и расширяет диапазон проводимых исследований по физиологии пищеварения.