Спосіб дослідження пружних властивостей порожнистого біологічного об’єкту

Спосіб дослідження пружних властивостей порожнистого біологічного об'єкту шля хом введення в порожнину біооб'єкти, рідини, що не стискається, вимірювання величин її тиску та об'єму, а про пружні властивості судять за співвідношенням тиск: об'єм у момент зруйнування біооб'єкта, який відрізняє ться тим, що додатково одночасно реєструють сигнали акустичної емісії, за якими визначають момент початку зруйнування біооб'єкта межу його пружності. (19) (21) 99052857 (22) 25.05.1999 (24) 15.02.2001 (46) 15.02. 2001, Бюл. №1, 2001р (72) Зенін Олег Костянтинович, Цитрін Анатолій Григорович, Кір'якулов Георгій Степанович, Резніченко Володимир Іванович (73) Донецький державний медичний універ-ситет ім. М. Горького 34061 для розрахунків величин, які характеризують пружні властивості біооб'єкта, показники приборів, які виміряють тиск та деформацію безпосередньо в момент, коли об'єкт поводить себе як пружне тіло. Відомо, що біологічний об'єкт реагує на деформацію спочатку як пружне, а потім, після досягнення межи пружності, як пластичне тіло [1], і в момент баченого зруйнування біооб'єкт поводиться вже як пластичне тіло. При цьому під пружністю розуміють властивість досліджуваного об'єкту відновлювати (після зняття навантаження) первісні розміри та форму, під пластичністю властивість досліджуваного об'єкту зберігати повністю чи частково здобуту під впливом зовнішніх сил деформацію при припиненні дії цих сил. Досліджуваний об'єкт з достатньою точністю можна вважати пружнім до того часу, поки виникаючи у ньому, наведені зовнішніми силами напруги не перевищили певного значення - межі пружності [3 Справочник машиностроителя: В 6 томах. Т.З./ Под. ред. Серенсен С.В.-М.:Ма шгиз.1956.-563 с.]. В попередніх дослідженнях [4 Slilyachovеr V.E., Zcnin O.K. Mechanical cliaracteristics of totally ischacmic heart//Cardiovasc. Res.1993.-№ 27.-Р.807-810.] величину пружності розраховували за формулою: 1/E=V0 1/3 /S(V1/3-V01/3) (1) де: Е - показник пружності, S - показник міцності, V - об'єм порожнини біооб'єкту в момент його баченого зруйнування, Vo -початковий об'єм порожнини біооб'єкту. Показник міцності - S розраховували за формулою: S=P(3V+W)/2W (2), де: S-показник міцності, Р- тиск у момент зруйнування біооб'єкту, V-об'єм порожнини біооб'єкту у момент його баченого зруйнування, W-об'єм стінок біооб'єкту. Як бачимо, розрахунок кількісного показника пружності при зображеному вище способі його визначення оснований на показниках тиску та об'єму у момент баченого зруйнування досліджуваного об'єкту, тобто коли він вже досяг межі пружності та поводиться не як пружне, а як пластичне тіло. Тому для підвищення точності розрахунків дуже важливо як можна точніше визначити момент, коли досліджуваний об'єкт тільки досяг своєї межі пружності та почав руйнуватися, але ознак, які можна побачити, ще нема та використовувати для розрахунків величини пружності показники тиску та об'єму в момент досягнення об'єктом межі пружності. Це стало можливо завдяки тільки що встановленому науковому факту про появу сигналів АЕ у момент досягнення об'єктом дослідження межі пружності (на початку зруйнування) ще до появи візуально визначених ознак зруйнування, тобто в самому початку переходу пружних деформацій в пластичні [5 In Vitro Identification of Angioplasty-Induced Injury by Use of Vascular Acoustic Emissions /Vonesh M.J., Mockros L.F., Davidson C.J., and other//Circulation.-Vol.95, № 4.-1997.-P.1022-1028.]. На фігурі зображений пристрій, який реалізує дію способу. Пристрій включає: резервуар - 1, який вміщує досліджуваний біооб'єкт, заповнений фізіологічним розчином, який є також середовищем для розповсюдження сигналів АЕ, насос - 2, який утворює позитивний тиск в порожнині досліджуваного об'єкту за рахунок введення в неї рідини, яка не стискується, прибор - 3, який вимірює величину позитивного тиску, утвореного в порожнині біооб'єкту, прибор-4, який вимірює об'єм рідини, що не стискається, яка введена в порожнину біооб'єкту, датчик-5, який реєструє сигнали АЕ, прибор - 6, який реєструє момент появи сигналів АЕ. За показаннями прибору - 3 судять про величину деформуючого навантаження, прибору - 4- судять про величину деформації, а датчику-5 та прибору - 6 - точно визначають момент досягнення досліджуваним біооб'єктом межі пружності -перехід пружної деформації у пластичну. Спосіб реалізують таким чином. На початку роботи резервуар - 1 заповнюють фізіологічним розчином. У порожнину досліджуваного органу вводять еластичний балончик та вміщують його в резервуар - 1. З'єдн ують балончик з насосом - 2, який перекачує рідину, що не стискується. Вмикають прибори - 3, 4, 6, датчик - 5 та насос - 2, при цьому балончик і також порожнину досліджуваного біооб'єкту заповнюють рідиною, яка не стискається. Рідину вводять до моменту появи перших сигналів АЕ, тобто до моменту досягнення біооб'єктом межі пружності - переходу пружної деформації у пластичну. Величину, яка характеризує пружні властивості досліджуваного біооб'єкту, визначають із співвідношення тискоб'єм за показниками відповідних приборів безпосередньо у момент появи перших сигналів АЕ, тобто в період досягнення біооб'єктом межі пружності - наприкінці пружних та до початку пластичних деформацій. Показник пружності розраховують за формулою: l/E=Vo 1/3/ P(V1/3 -Vo 1/3) (3), де: Е - показник пружності, Р - тиск в порожнині досліджуваного біооб'єкту у момент появи сигналів АЕ, V - об'єм порожнини досліджуваного біооб'єкту у момент появи сигналів АЕ, V0 - початковий об'єм порожнини досліджуваного біооб'єкту. Приклад 1. Дослідження пружних властивостей лівого шлуночка серця щура. На початку дослідження резервуар - 1 заповнюють 12 ml фізіологічного розчину. У порожнину лівого шлуночка серця щура вводять еластичний балончик та вміщують його в резервуар - 1. З'єднують балончик з насосом - 2. Вмикають прибори - 3, 4, 6, датчик - 5 та насос - 2, при цьому балончик, а відповідно і порожнину лівого шлуночка серця щура, заповнюють фізіологічним розчином. За V0 приймають об'єм фіз.розчину, який ввійшов у порожнину лівого шлуночка продовжують вводити далі до моменту появи сигналів АЕ. За показаннями датчику - 5 та прибору - 6 реєструють момент появи сигналів АЕ, тим самим визначають початок зруйнування, тобто момент досягнення межі пружності -початок переходу пружної деформації в пластичну. Показник пружності розраховують за формулою (3), де: Е - показник пружності, Р - тиск в порожнині лівого шлуночка серця щура у момент появи сигналів АЕ, V - об'єм порожнини лівого шлуночка серця щура у момент 2 34061 появи сигналів АЕ, Vo - об'єм порожнини лівого шлуночка серця щура при P=40mm Hg. Приклад 2. Дослідження пружних властивостей правого шлуночка серця щура. На початку дослідження резервуар -1 заповнюють 12 ml фіз.розчину. В порожнину правого шлуночка серця щура вводять еластичний балончик та вміщують його в резервуар -1. З'єднують балончик з насосом - 2, який перекачує фіз.розчин. Вмикають прибори - 3, 4, 6, датчик -5 та насос - 2, при цьому балончик, а відповідно і порожнина правого шлуночка серця щура, заповнюється фіз. розчином. За Vo приймають об'єм фіз. розчину, який ввійшов у порожнину правого шлуночка серця щура при P=30mm Hg. Рідину продовжують вводити до моменту появи сигналів АЕ. За показаннями датчику - 5 та прибору - 6 реєструють момент появи сигналів АЕ, тим самим визначають початок зруйнування, тобто момент досягнення межі пружності - початок переходу пружної деформації у пластичну. Показник пружності розраховують за формулою (3), де: Е - показник пружності, Р - тиск у порожнині правого шлуночка серця щура у момент появи сигналів АЕ, V - об'єм порожнини правого шлуночка серця щура у момент появи сигналів АЕ, Vo- об'єм порожнини правого шлуночка серця щура при P=30mm Hg. Приклад 3. Дослідження пружних властивостей стінки лівої зовнішньої сонної артерії людини. На початку дослідження резервуар - 1 заповнюють 12 ml фіз.розчину. Беруть ділянку лівої зовнішньої сонної артерії людини довжиною 45 см.. В порожнину частини лівої зовнішньої сонної артерії людини вводять еластичний балончик, зав'язують кінці та вміщують його в резервуар - 1. З'єднують балончик з насосом - 2, який перекачує фізіологічний розчин. Вмикають прибори -З, 4, 6, датчик - 5 та насос - 2, при цьому балончик, а відповідно й порожнину частини лівої зовнішньої сонної артерії людини, заповнюють фізіологічним розчином. За Vo, приймають об'єм фіз. розчину, який ввійшов у порожнину частини лівої зовнішньої сонної артерії людини при Р=100 MM Hg. Рідину продовжують вводити до моменту появи сигналів АЕ. За показаннями датчику - 5 та прибору - 6 реєстр ують момент появи сигналів АЕ, тим самим визначають початок зруйнування, тобто момент досягнення межі пружності - початок переходу пружної деформації у пластичну. Показник пружності розраховують за формулою: (3), де: Е - показник пружності, Р - тиск у порожнині лівої зовнішньої сонної артерії людини у момент появи сигналів АЕ, V - об'єм порожнини частини лівої зовнішньої сонної артерії людини у момент появи сигналів АЕ, Vo - об'єм порожнини частини лівої зовнішньої сонної артерії людини при Р=100 мм Hg. Таким чином, можна точно визначити момент досягнення досліджуваним біооб'єктом межі пружності початок переходу пружних деформацій в пластичні, що дає можливість порівняно точно розраховувати величину, яка кількісно характеризує пружні властивості порожнистого біологічного об'єкту. БІБЛІОГРАФІЧНІ ДАНІ: 1. Биомеханические свойства венечных артерий сердца и их изменения с возрастом человека /Пуриня Б.А., Касьянов В.А., Озоланта И.Л., и др.//Биомеханика, София.- 1981.- №11.С.3-13. 2. Авт.свид.№1069828, Мкл.А61М37/ОО. СССР. Кирьякулов Г.С., Яблучанский Н.И., Васильев В.А., Вакуленко И.П."Устройство для испытания прочности стенок полых органов на разрыв" Бюл.№4.-1984. 3. Справочник машиностроителя: В 6 томах. Т.3./ Под. ред. Серенсен С.В.-М.:Ма шгиз,195б.563с. 4. Shlyachover V.E., Zenin O.K. Mechanical characteristics of totally ischaemic heart//Cardiovasc. Res.- 1993.-№ 27.-Р.807-810. 5. In Vitro Identification of Angioplasty-Induced Injury by Use of Vascular Acoustic Emissions /Vonesh M J., Mockros .LF., Davidson C.J., and other //Circulation.-Vo1.95, №4, -1997 .-P. 10221028. 3 34061 ____________________________________________ ДП “Український інститут промислової власності” (Укрпатент) Бульв. Лесі Українки, 26, Київ, 01133, Україна (044) 254-42-30, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид.арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ Вул. Горького, 180, Київ, 03680 МСП, Україна (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4