Устройство для определения электрических и магнитных свойств эритроцитов

Полезная модель относится к физике, а также к медицине и биологии и может быть использована для определения и регистрации электрических и магнитных свойств эритроцитов. Недостатком известных устройств является невысокая точность. Предлагается устройство для определения электрических и магнитных свойств эритроцитов крови, содержащее электроды и регистрирующее устройство, причем, электроды выполнены в виде инъекционных игл, покрытых электрически изолирующим материалом и связаны через усилитель с регистратором электрических сигналов.

Полезная модель относится к физике, а также к медицине и биологии и может быть использована для определения и регистрации электрических и магнитных свойств эритроцитов.

Известны способы и устройства для определения и регистрации: -количества эритроцитов в гемолизированной крови до шести месяцев от времени взятия крови на исследование (патенты РФ №№2.100.807, 2.225.616; ЕР №0536658; Справочник по клиническим лабораторным методам исследования. Под ред. Е.А. Кост. - М.: Медицина. 1975. с.22 и 23 и другие);

- консервированной эритроцитарной массы перед трансфузией (патент РФ №2.157.219; Кушер P.M. Коррекция нарушения биофизических свойств эритроцитов консервированной эритроцитарной массы с помощью гемосорбентов. Биомеханика на защите жизни и здоровья человека. Тезисы докладов. - Н.Новгород, 1992, с.142 и 143 и другие);

- электрического пробоя мембран эритроцитов при контакте с излучаемым объектом (патент РФ №2.083.983, 001 №33/11, 1997 и другие); -показателей содержания К+ и Na+ в плазме и эритроцитах, показателей СОЭ и рН крови (патент РФ №2.056.637, 001 №33.48, 1996 и другие);

- сингенных эритроцитов, которые подвергали магнитно-лазерному облучению in vitro в течение 30, 60 или 120 с (патент РФ №2.084.896, 001 №33/49, 1997 и другие);

- деформируемости эритроцитов (авт. свид. СССР №1.377.111; патенты РФ №№2.052.194, 2.155.607, 2.197.726; патент США №4.457.915; Васильев А.П. Определение индекса деформируемости эритроцитов. Лабораторное дело, 1991, №9, с.44-46 и другие);

- изменения физико-химических свойств эритроцитов под влиянием 3-адреноблокатора пропранола (обзидана, анаприлина), добавляемого in vitro в исследуемую цитратную кровь (патент РФ №2.120.632, 001 №33/48, 1998; Соминский В.Н. и др. Повышение осмотический резистентности эритроцитов под влиянием пропранола. - Лабораторное дело, 1981, №9, с.525-527 и др.);

- светящихся эритроцитов, которые свидетельствуют о наличии в организме злокачественных образований (патент РФ №2.037.152, 001 №33/48, 1995; Говалль В.И. и др. Снижение содержания малых лимфоцитов в крови больных со злокачественными костными опухолями. Вопросы онкологии, 1987, т.33, №9, с.51 и другие);

- изменения поверхностного заряда эритроцитов (патент №2.027.188, 001 №33/49, 1995 и др.);

- электрических и магнитных свойств эритроцитов (Чижевский А.Л.

Электрические и магнитные свойства эритроцитов. Киев, Наукова думка, 1973, с.72-78 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является устройство для реализации способа определения электрических и магнитных свойств эритроцитов (Чижевский А.Л. Электрические и магнитные свойства эритроцитов. Киев. Наукова думка, 1973, с.72-78), который и выбран в качестве прототипа.

Устройство содержит электроды и регистрирующее приспособление.

Известно, что живые клетки под действием внешнего электрического поля перемещаются в сторону положительного электрода. На основании этого А.Л.Чижевским в конце 50-х годов была рассчитана приблизительная величина электрического заряда эритроцита человека и высказана гипотеза о том, что потоки движущихся по сосудам эритроцитов представляют собой конвекционные электрические токи.

Однако эта гипотеза не была подтверждена экспериментально, т.е. устройство не позволяло точно проводить экспериментальное исследование.

Технической задачей полезной модели является повышение точности экспериментального исследования электрических и магнитных свойств эритроцитов.

Поставленная задача решается тем, что устройство для определения электрических и магнитных свойств эритроцитов крови содержит электроды и регистрирующее устройство, причем, электроды выполнены в виде инъекционных игл, покрытых электрически изолирующим материалом и связаны с усилителем и регистратором электрических сигналов.

На фиг.1 представлен общий вид устройства.

Устройство содержит электроды (1, 2) и регистрирующее устройство (3), причем, электроды (1, 2) выполнены в виде инъекционных игл, покрытых электрически изолирующим материалом (4) и связаны через усилитель (5) с регистратором электрических сигналов (3).

Устройство реализуется следующим образом.

Иглы (1, 2) насаживают на шприцы, заполняют два шприца-электрода 0,9% изотоническим раствором хлорида натрия, вводят шприцы-электроды (1, 2) в артериальное и венозное русла кровообращения, подтягивают "на себя" поршни шприцов до появления крови в цилиндрах шприцов, что свидетельствует о том, что их иглы находятся в просветах сосудов и обеспечивают надежный электрический контакт между кровью в сосудах и внутренней поверхностью инъекционных игл, шприцы - электроды (1, 2) подключают через усилитель сигналов (5) к вольтметру (3) и измеряют разность потенциалов между артериальной и венозной кровью, при этом металлическую иглу каждого шприца заранее покрывают изолирующим лаком (4), что исключает электрический контакт иглы с тканями интимы стенки сосуда в месте вкола, к дистальной части иглы припаивают медный провод, посредством контакта, с которым через усилитель (5) на вход измерительного прибора (3) передают электрический потенциал внутренней среды сосуда.

При движении эритроцитов в кровеносных сосудах наблюдается эффект Бернулли, в результате чего скорость движения плазмы является функцией расстояния от геометрической оси сосуда. Изменение скорости движения

плазмы по ортогональному сечению сосуда имеет максимум у геометрической его оси. Разность скоростей движения отдельных слоев плазмы ориентирует эритроциты ортогонально к поперечному сечению сосуда и радиально к его стенкам, создавая значительную разность гидродинамических усилий, приложенных к диаметрально противоположным точкам эритроцита, центр которого находится между геометрической осью и стенкой сосуда.

Гидродинамические усилия, испытываемые эритроцитом при его движении в плазме, стремятся переместить его по радиусу сосуда в направлении к его геометрической оси и тем самым сблизить его с эритроцитами, находящимися на более близких к оси концентрических окружностях. Этим усилиям противодействуют силы электростатического отталкивания, действующие между отдельными эритроцитами, расположенными в разных концентрических кольцах, экваториальная плоскость которых совпадает. Силы электростатического отталкивания, возрастая с квадратом уменьшения расстояния между эритроцитами, создают надежный электростатический распор между отдельными концентрически расположенными кольцами эритроцитов и стабилизируют их расположение при движении в плазме, предохраняя тем самым отдельные эритроциты от взаимного соприкосновения, что имеет кардинальное физиологическое значение.

Гидродинамические усилия, стремясь передвинуть отдельные эритроциты в направлении к оси сосуда, сжимают кольца эритроцитов, чем могут уменьшить диаметр этих колец. Уменьшение диаметра колец влечет за собой уменьшение расстояний между соседними эритроцитами данного кольца, что, в свою очередь, вызывает быстрое возрастание электростатических сил отталкивания, противодействующих гидродинамическим силам, стремящимся сжать кольца.

Силы магнитного притяжения, действующие между отдельными эритроцитами внутри колец, также возрастают, но в меньшей мере, чем электростатические. Величина данных магнитных сил несколько меньше электростатических. Они примерно уравниваются лишь при значительном числе оборотов эритроцитов.

Взаимодействие эритроцитов в крови, в отличие от взаимодействия заряженных мицелл в растворах обычных электролитов, имеет свою специфику. Эта специфика вытекает из следующих обстоятельств:

1) эритроциты находятся в крови в сравнительно очень большой концентрации, занимая до 36% общего объема крови;

2) эритроциты по размерам значительно превосходят объемы заряженных частиц и имеют специфическую форму, отличную от шарообразной;

3) эритроциты, по сравнению с их размерами, расположены очень близко относительно друг друга на расстояниях, составляющих всего примерно 15% их собственных размеров;

4) эритроциты при своем движении по сосудам располагаются в виде упорядоченной радиально-кольцевой модели, т.е. представляют в движущейся крови упорядоченную структуру.

Для экспериментального подтверждения электрических и магнитных

свойств эритроцитов были разработаны и изготовлены оригинальные шприцы-электроды. За основу были взяты шприцы "Fraxiparine" емкостью 3 мл фирмы "LOOK" с иглой диаметром 0,4 мм, модифицированные следующим образом: металлическая игла шприца покрыта изолирующим лаком, что исключило электрический контакт иглы с тканями интимы стенки сосуда в месте вкола. К дистальной части иглы заранее был припаян медный провод диаметром 0,08 мм, посредством контакта, с которым на вход измерительного прибора передавался электрический потенциал внутренней среды сосуда. В качестве изолирующего лака использовался лак "Color trend" фирмы "Evon cosmetics", Великобритания. Шприц заполнялся 0,9% изотоническим раствором хлорида натрия, после введения иглы в сосуд поршень шприца подтягивали "на себя" до появления крови в цилиндре шприца, что позволяло визуально убедиться, что игла находится в просвете сосуда, и обеспечивало надежный электрический контакт между кровью в сосуде и внутренней (неизолированной) поверхностью инъекционной иглы.

В качестве измерительного прибора использовался "Вольтметр универсальный В7-16" №8881, 1982 года выпуска, заводской номер У 100387. Погрешность измерения до эксперимента на животном составляла 0,01-0,02 В;

при погружении обоих шприцев - электродов, подключенных к вольтметру, в сосуд с изотоническим раствором хлорида натрия, контактная разность потенциалов составила 0,05 В.

Эксперимент проводился на кролике породы "Шиншилла" весом 3,1 кг. Шприц-электрод, введенный в просвет артерии левого уха кролика, был подключен к положительному входу вольтметра "В7-16", шприц-электрод, введенный в просвет вены правого уха животного - к отрицательному входу.

Появление крови в цилиндрах шприцев-электродов после подтягивания поршней свидетельствовало о том, что их иглы находятся в просветах сосудов (кровь, соответственно, была разного цвета: в левом - алая, артериальная, в правом - более темная, венозная). Произведено восемнадцать измерений разности потенциалов между артериальной и венозной кровью животного.

Измерения проводились через примерно одинаковые интервалы времени с таким расчетом, чтобы по прошествии интервала под измерительными электродами оказалась новая порция крови.

Среднее значение разности потенциалов между артериальным и венозным руслом кролика по данным восемнадцати измерений составляет - 0,88±0,01В с доверительным интервалом, равным 0,95, что более чем в 10 раз превышает погрешность измерения. Колебания разности потенциалов обусловлены динамикой кровообращения как дискретного процесса.

После выведения животного из опыта посредством ингаляции паров эфира была вскрыта брюшная полость и через 30 минут после остановки сердца кролика в просвет брюшного отдела аорты и верхней полой вены были введены шприцы-электроды. При этом было зафиксировано наличие разности потенциалов - 0,5 В между артериальным и венозным руслами.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает экспериментальное доказательство наличия электрической разности потенциалов между артериальной и венозной кровью величиной -

0,88В; после выведения животного из опыта через 30 мин после остановки сердца кролика зафиксирована разность потенциалов между артериальным и венозным руслом - 0,5В.

Причиной возникновения электрической разности потенциалов между артериальной и венозной кровью, вероятно, является наличие асимметрии активного ионного транспорта со стороны эндотельных клеток, приводящий к повышенному выведению положительных ионов в интерстициальную жидкость по сравнению с выведением их в просвет кровеносного сосуда.

Устройство для определения электрических и магнитных свойств эритроцитов крови, содержащее электроды и регистрирующее устройство, отличающееся тем, что электроды выполнены в виде инъекционных игл, покрытых электрически изолирующим материалом и связаны через усилитель с регистратором электрических сигналов.