Установка для регистрации поверхностной электрограммы изолированного сердца лабораторных животных

Авторы патента:

A61B5 - Измерение для диагностических целей (радиодиагностика A61B 6/00; диагностика с помощью ультразвуковых, инфразвуковых и звуковых волн A61B 8/00); опознание личности

Полезная модель относится к экспериментальной медицине и биологии, в частности к исследовательским приборам для регистрации поверхностной электрограммы изолированного сердца лабораторных животных. Установка содержит блок усиления и фильтрации сигнала, аналого-цифровой преобразователь, персональный компьютер, минусовой и плюсовой электроды, подключенные к блоку усиления и фильтрации сигнала. Плюсовой электрод выполнен в виде кардиосенсора из медного проводника. Конец электросенсора, соприкасающийся с верхушкой сердца, имеет форму шара. Минусовой электрод выполнен в виде зажима. Установка позволяет повысить достоверность и воспроизводимость исследований различных антиаритмических субстанций, а также тестирования наличия проаритмической активности лекарственных средств.

Известен способ регистрации механической работы изолированного сердца лягушки (патент РФ 2479871, опубл. В 20.04.2013) при котором регистрацию проводят с помощью реографической установки «Реоспектр» биполярный («Нейрософт», Россия, г. Иваново, http://www.neurosoft.ru/rus/product/reo-spectrum-3/), для чего один электрод помещают на изучаемую область сердца, а второй - в раствор Рингера, окружающий сердце. Принцип действия установки «Реоспектр» основан на измерении импеданса - полного сопротивления исследуемых структур при пропускании через них высокочастотного низкоамплитудного электрического тока. Установка «Реоспектр» позволяет одновременно с измерением импеданса осуществлять регистрацию электрокардиограммы (ЭКГ), что существенно расширяет возможности в проведении анализа сократительной активности сердечной мышцы с выведением процессов на монитор компьютера и записью всех полученных данных на его жесткий диск.

Однако недостатком такого измерения является применение в качестве рабочего электрода металлической пластины, которая в ряде случаев может осуществлять переменный по поверхности контакт с исследуемым объектом.

Помимо этого, прибор, используемый для регистрации, предназначен для измерения биопотенциалов человека, существенно отличающихся по амплитуде от биопотенциалов изолированных органов мелких животных. Оба недостатка могут привести к существенному искажению исследуемых сигналов.

Известен принцип микроэлектродной регистрации работы изолированного сердца у рыб (http://wsbs-msu.ru/res/DOC134/prak fiziologov2009.pdf), при котором, по общей схеме электрод-усилитель-АЦП-компьютер, выбранной в качестве прототипа к заявляемой установке, используются также два электрода: один электрод - индифферентный помещают в раствор Рингера, а другой - микроэлектрод (игольчатый) вкалывают в ткань миокарда рыбы.

Недостатком такого принципа регистрации является то, что игольчатые электроды могут травмировать ткань и искажать картину опыта.

Техническая задача предлагаемой заявки на полезную модель заключается в повышении достоверности исследований различных антиаритмических субстанций и тестирования наличия проаритмической активности лекарственных средств, а также контроля наступления полной остановки сердца при выполнении различных вариантов кардиоплегии.

Техническая задача решается за счет того, что в установке для регистрации поверхностной электрограммы изолированного сердца лабораторных животных, содержащей последовательно соединенные усилитель, аналого-цифровой преобразователь и персональный компьютер, а также минусовой и плюсовой электроды, подключенные к соответствующим входам усилителя, плюсовой электрод выполнен в виде кардиосенсора из медного проводника, конец которого, соприкасающийся с верхушкой сердца, имеет форму шара, а другой конец минусового электрода, выполненный в виде зажима, прикреплен к металлической аортальной канюле перфузионной колонки.

В отличие от прототипа, в предлагаемой установке для регистрации поверхностной электрограммы изолированного сердца лабораторных животных плюсовой электрод выполнен в виде кардиосенсора, получающего информацию, преобразующего в удобную форму для обработки сигнал и передающего его на внешние устройства - через усилитель на АЦП и персональный компьютер, обеспечивая тем самым повышение достоверности результатов исследований различных антиаритмических субстанций. Причем конец кардиосенсора, соприкасающийся с верхушкой сердца, выполнен в виде шара. Такая форма позволяет предотвратить повреждения тканей сердца, что в свою очередь позволяет исключить искажения картины опыта, влияющие на достижение поставленной задачи. Выполнение кардиосенсора из медного проводника обеспечивает хорошую проводимость электрического сигнала и хороший электрический контакт с поверхностью исследуемого объекта.

В результате этого можно сделать вывод о том, что предлагаемая полезная модель обеспечивает достижение поставленной задачи, и является новой.

Предлагаемая установка для регистрации поверхностной электрограммы изолированного сердца лабораторных животных представлена на чертежах, где на:

фиг. 1 - представлена блок - схема установки для регистрации поверхностной электрограммы изолированного сердца лабораторных животных;

фиг. 2 - представлен кардиосенсор;

фиг. 3 - Электрограмма изолированного сердца, иллюстрирующая пример: а - в норме; б - остановка сердца вследствии воздействия препарата; в - запуск сердца после промывки перфузионным раствором;

фиг. 4 - Обработка полученной электрограммы: а - параметры расчета; б - результаты.

Установка для регистрации поверхностной электрограммы изолированного сердца лабораторных животных содержит (фиг. 1)

последовательно соединенные блок усиления и фильтрации сигнала 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2 и персональный или мобильный компьютер 3, а также минусовой (референтный) электрод 4, выполненный в виде зажима и плюсовой электрод (кардиосенсор) 5, выполненный из медного проводника, конец которого, соприкасающийся с верхушкой сердца, имеет форму шара (фиг. 2). Минусовой электрод 4 и кардиосенсор 5 подключены к соответствующим входам блока усиления и фильтрации сигнала 1.

Позиция 6 - перфузионная колонка, 7 - объект исследования (изолированное сердце), к которому подводится шариковый конец кардиосенсора 5, 8 - канюля аортальная, на которой закрепляют зажим электрода 4.

Установка для регистрации поверхностной электрограммы изолированного сердца лабораторных животных работает следующим образом.

Зажим электрода 4 закрепляют на металлической аортальной канюле 8. Кардиосенсор 5, установленный на штативе с горизонтальной микроподачей, вводится в контакт с поверхностью сердца в области верхушки изолированного сердца. Сигнал электрической активности изолированного сердца снимается с объекта измерения 7 при помощи электродов 4 и 5. Полученный сигнал электрической активности сердца передается в блок усиления и фильтрации сигнала 1, который выполнен по двухкаскадной схеме. В первом каскаде стоит инструментальный усилитель, который осуществляет усиление сигнала в 50 раз (C=50), затем стоит пассивный фильтр верхних частот, пропускающий частоты выше 0.25 Гц, затем стоит активный фильтр низких частот, который имеет усиление G=21 и не пропускает частоты выше 1508 Гц, известные из статьи ICs for Low Power, Low Cost ECG Holter Monitors Support Standard Medical Wireless Bands из журнала MEDICAL ELECTRONICS ICs, volume 8, issue 4 (http://www.analog.com/static/imported-files/solutions_bulletins/medical04-08/index.html).

Перед оцифровкой на аналого-цифровом преобразователе 2, сигнал электрической активности, поступивший с электродов 4 и 5 в блок усиления и фильтрации сигнала 1 усиливается и фильтруется. Оцифрованный сигнал регистрируется и отображается на компьютере при помощи программы PhysExp X4 (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2011612681 от 1 апреля 2011 года).

Пример регистрации сигнала и обработки электрограммы Электрограмма изолированного сердца, полученная с помощью заявленной установки и обработаная с использованием программы PhysExp Х4.

В приведенном примере вначале регистрировали исходную электрограмму изолированного сердца крысы, перфузируемого по Лангендорфу, через 10 минут после начала перфузии. На электрограмме (фиг. 3а) видны регулярные, одинаковые по амплитуде комплексы. При обработке сигнала получено значение интервала RR - 286 мс, частоты сердечных сокращений - 210 уд./мин. После завершения периода стабилизации в сердце через коронарные сосуды под давлением 80 мм рт. ст. подавали охлажденный до +4°C кардиоплегический раствор «Кустодиол». На фиг. 3б видно, что после начала поступления раствора в миокард практически мгновенно происходит снижение амплитуды пиков электрограммы, и в течение - 1,2 секунд происходит полное прекращение генерации электрического сигнала. Сердце находилось в остановленном состоянии в течение 10 минут, после чего к нему была возобновлена подача перфузата (буфера Кребса-Хенселейта). На фиг. 3в видно, что в первые несколько секунд после подачи перфузата происходит появление низкоамплитудных пиков, следующих с частотой 48 уд./мин. Параметры обработки электрограммы отражены на экране (фиг. 4а). Полученные результаты представлены на фиг. 4б.

Предложенная установка для регистрации поверхностной электрограммы изолированного сердца лабораторных животных была разработана, изготовлена и опробована в экспериментах на мелких грызунах в ФГБУ «ФЦСКЭ им. В.А. Алмазова» Министерства здравоохранения России и ООО «Кардиопротект». Использование предложенной установки в экспериментах подтвердило достижение поставленной задачи, что доказывает ее применимость.

Заявители просят рассмотреть представленные материалы заявки «Установка для регистрации поверхностной электрограммы изолированного сердца лабораторных животных» на предмет выдачи патента РФ на полезную модель.

Установка для регистрации поверхностной электрограммы изолированного сердца лабораторных животных, содержащая последовательно соединенные блок усиления и фильтрации сигнала, аналого-цифровой преобразователь и персональный компьютер, а также минусовой и плюсовой электроды, подключенные к соответствующим входам блока усиления и фильтрации сигнала, отличающаяся тем, что плюсовой электрод выполнен в виде кардиосенсора из медного проводника, конец которого, соприкасающийся с верхушкой сердца, имеет форму шара, а другой конец минусового электрода, выполненный в виде зажима, прикреплен к металлической аортальной канюле перфузионной колонки.