Устройство для определения скорости всасывания питательных веществ

Полезная модель относится к области физиологии пищеварения и может быть использована для исследований по анализу поступления минеральных веществ из пищеварительного тракта животных во внутреннюю среду организма, например, при оценке биодоступности кормовых добавок, а также в учебном процессе при проведении лабораторных работ.
В 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.
В организме животных в нормальных условиях кишечник находится в состоянии постоянных сокращений и расслаблении, моторика кишечника обеспечивает постоянное перемешивание химуса и его лучшую обработку, при этом стенки кишечника испытывают давление, постоянно изменяющееся в широком диапазоне (Максимюк Н.Н., Скопичев В.Г. Физиология кормления животных. - СПб. Лань, 2004. -256 с; В.Г. Скопичев. Физиология растений и животных. СПб.: Проспект Науки, 2013. - 368 с; Скопичев В.Г., Карпенко Л.Ю. Физиология для ветсанэкспертов. - СПб.: Проспект Науки, 2016. -304 с.).
Известно устройство для определения скорости всасывания питательных веществ, включающее две емкости, имеющие относительную подвижность и разделенные полунепроницаемой мембраной, выполненной из стенки тонкого кишечника.
Устройство снабжено поршнем с приводом, установленным в сосуде с питательной средой (патент ПМ № 51337). Данное устройство выбрано в качестве прототипа.
Недостатком устройства является невозможность моделировать процессы всасывания в кишечнике, которые проходят следующим образом.
Кислый химус из желудка поступает в тонкий кишечник, где под влиянием сократительной деятельности гладкомышечной оболочки тонкой кишки пищевые вещества продолжают измельчаться, подвергаются перемешиванию со щелочными пищеварительными соками и желчью, продвигаются вдоль кишки.
Благодаря двигательной активности осуществляется смена пристеночного слоя химуса, и повышается внутриклеточное давление.
Таким образом, моторная деятельность кишечника обеспечивает эффективный гидролиз пищи, всасывание пищеварительных веществ и передвижение содержимого по пищеварительной трубке в аборальном направлении.
Существует четыре основных типа кишечных сокращений (Максимюк Н.Н., Скопичев В.Г. Физиология кормления животных. - СПб. Лань, 2004. -256 с; В.Г. Скопичев. Физиология растений и животных. СПб.: Проспект Науки, 2013. - 368 с; Скопичев В.Г., Карпенко Л.Ю. Физиология для ветсанэкспертов. - СПб.: Проспект Науки, 2016. -304 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. Следующим сокращением циркулярных мышц каждый сегмент разделяется на две части, а ранее сокращенные участки кишки расслабляются. Содержимое каждого нового сегмента кишки состоит из химуса двух половин бывших сегментов. 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. Они обеспечивают перемешивание кишечного содержимого и его слабое поступательное продвижение в дистальном направлении. Частота маятникообразных сокращений и ритмической сегментации в одном и том же участке кишки одинакова. 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. Перистальтическая волна возникает в результате сужения просвета кишки при сокращении циркулярных мышц выше комка химуса и расширения полости кишки при сокращении мышц продольного слоя ниже комка. Возникающий при этом проксимодистальный градиент давления является непосредственной причиной продвижения химуса по кишечнику. Перистальтические сокращения могут быть различными по силе и скорости распространения. Достаточно сильные перистальтические сокращения перемещают химус в дистальном направлении на большие расстояния. Такие перистальтические движения называются пропульсивными. 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 (Максимюк Н.Н., Скопичев В.Г. Физиология кормления животных. - СПб. Лань, 2004. -256 с; В.Г. Скопичев. Физиология растений и животных. СПб.: Проспект Науки, 2013. - 368 с; Скопичев В.Г., Карпенко Л.Ю. Физиология для ветсанэкспертов. - СПб.: Проспект Науки, 2016. -304 с.).
Технической задачей полезной модели является создание условий, наиболее приближенных к естественному физиологическому процессу, протекающему в тонком кишечнике
Технический результат достигается тем, что устройство для определения всасывания питательных веществ, 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, отличающееся тем, что 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.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображен на фиг. 1, общий вид устройства.
Устройство 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.
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 происходит полного 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 происходит 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 происходит совмещение отверстий перфорации в торце поршня 7 на 1/3 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 происходит полное (100%) совмещение отверстий перфорации в торце поршня 7 с отверстиями 9гладкого 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 питательных 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 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.