CN101896954B - 单胃哺乳动物或人类的胃的模拟装置 - Google Patents

Abstract

单胃哺乳动物或人类的胃的模拟装置包括至少两个压缩室(C₂、C₃)，两者之间通过中间室连接。每个压缩室(C₂、C₃)包括一个活塞(7₂、7₃)，适于将一个压缩室(C₂、C₃)的内容物推向另一个压缩室(C₃、C₂)。它包括部件(20)，能够当装置的内容物经过中间室(C₈)时引起装置内容物的紊流。中间室(C₈)设在中间单元(8)，后者配有至少一个进入部件(11a、12、16)，可在装置工作周期的任何时候供给物质(12)和/或取出装置内容物。

Description

单胃哺乳动物或人类的胃的模拟装置

技术领域

本发明涉及一种单胃哺乳动物或人类的胃的模拟装置。

背景技术

这种装置可在体外研究食物的消化，以及被食用或可被食用的某些物质，如食品增补剂、异型生物质、病原或药物的特性。借助于这种装置进行的研究可评价胃内环境对这些物质的作用，例如固体成分降解为足够细的微粒以继续其在肠道内的行程所需要的时间，活性成分的释放动力学，在胃内环境下的各种物质之间的相互作用，及/或微生物的生存。

为了体现胃内环境，这种装置必需具有某些特征，并实现多种功能。该装置必须有一个有效容积，适合保证胃内消化现象的有效模拟。

该装置必须使内容物的温度保持在35℃和45℃之间，并且其pH在大约1和8之间变化。

在装置正常工作的任何时候，必须能够供应并注入一些物质，这些物质类似于为消化食团由单胃哺乳动物或人类的胃分泌的物质。

这种装置必须模拟胃的紧张，即保证装置的液体和/或固体内容物的混合和非强烈的磨碎。它还必须复制胃的食物通过。后者包括装置的充填，带有食团的进入控制、食团在装置内的滞留期、以及根据装置内容物的颗粒大小使内容物受控和有区分地向小肠方向的排空，首先排出的是液体成分。所谓液体成分，可以指水，也可以指加料或不加料的溶液，溶液的加料包括细小颗粒，其直径小于约5毫米。事实上，所有直径大于约5毫米的颗粒都称为固体成分。

当然，根据模拟的哺乳动物或人类，和/或要复制的生理或病理条件，所有这些变量都可作为参数。

通过WO-A-94/09895了解到一种装置，它包括两个压缩室，两者之间通过中间室连接。这些压缩室各自容纳一个柔性封闭袋。交替注入到一个或另一个室的压缩室内壁和柔性袋外壁之间的空间内的流体能选择性地压缩袋。这些交替压缩和放松每个袋的动作合理地复制胃的收缩。然而，在这种装置中，袋的压缩和放松不保证食团与模拟胃分泌物的物质的最佳混合。它存在死区，在这些区域，没有令人满意的胃消化模拟。

另外，WO-A-94/09895描述的装置只能断续地工作，即其最初的充填仅在周期开始时进行一次。这种工作方式不符合实际的生理现象，因为食团进入胃部是逐步的，并且持续一顿饭的时间。

WO-A-2007/010238描述了一种胃消化模拟仪，其包括两部分，各复制胃的一个区域。该仪器包括柔性圆锥形上部，与刚性下部连接。该下部由两个同心圆柱体构成，内圆柱体接纳一个活塞。食团通过一个带有止回阀的通道由上部进入下部。食团通过活塞的移动充填内圆柱体内的自由空间。接着，在活塞上升动作的同时，有一个内圆柱体的下降动作。这样，食团通过内圆柱体的开口，大力进入外圆柱体的孔。这有助于磨碎颗粒。如果说这种仪器能模拟胃的不同部分的生理现象，但却不能在循环过程中输入物质和/或有选择地取出。此外，在上部，食团的混合不均匀，这就使得食团的代表性取样以及实验的可复制性变得很棘手。

此外，当胃自然排空时，颗粒根据其颗粒度被排入肠道，这是WO-A-94/09895和WO-A-2007/010238描述的仪器所不能实现的。

最后，WO-A-94/09895和WO-A-2007/010238描述的仪器不能在消化模拟的一个确定时刻方便地管理和控制物质、例如待测试物质的输入和/或排出。

发明内容

本发明特别是要克服这些缺陷，提出一种没有死区的胃模拟装置，体现单胃哺乳动物或人类的胃的全部功能，它能在消化过程中注入物质和/或有控制地取出，并且保证装置内容物的均匀混合。

为此，本发明的主题是一种单胃哺乳动物或人类的胃的模拟装置，它包括至少两个压缩室，两者之间通过中间室连接，其特征在于，每个压缩室具有一个活塞，适于将一个压缩室的内容物推向另一个压缩室，并且它包括一些部件，能够当装置的内容物经过中间室时，引起内容物的紊流，中间室设在中间单元中，中间单元配有至少一个进入中间室的进入部件，使得可在装置工作周期的任何时候供应物质和/或取出装置的内容物。

这种装置能够使模拟胃内容物的装置内容物有效地搅拌和均匀化。由于每个压缩室都有一个活塞，这种装置没有任何死区。

由于存在中间室的进入部件，以逐步和独立的方式实现了装置的供给和/或取出。

根据本发明的有利的但非强制性的方面，该装置可具有以下一个或多个特征：

-每个活塞沿平行于两个压缩室的公共纵向轴的方向可移动，并形成每个室的可活动底部。

-中间室包括两个形状和尺寸不同的腔。

-第一个腔是圆形截面的圆柱形，第二个腔构形成L形，其一个分支与第一个腔连接，其另一个分支在装置正常工作时不通到压缩室。

-能引起紊流的部件包括至少一个封堵侧板，安装在一个压缩室的端部和中间室的端部之间。

-该侧板具有至少一个量孔，用于装置的内容物从一个压缩室到中间室及反向的通过。

-封堵侧板的布置使得它的孔对着中间室的圆柱形腔。

-中间单元包括进入孔，可将pH和/或温度探测器插入中间室。

-中间单元包括进入孔，可将压力传感器插入中间室。

-一个限定补充室的补充单元间置在封堵侧板和中间单元之间，能够接纳在装置中待测试的物质。

-限定补充室的补充单元以可拆卸的方式间置在侧板和中间单元之间。

-补充单元包括一个孔，适于接纳用于容纳待测试物质的附件。

附图说明

通过阅读下面仅作为例子给出、并参照附图进行的本发明装置的两种实施方式的描述，可更好地了解本发明，并且本发明的其它优点亦将更清楚地显现，图中：

-图1是本发明装置的第一种实施方式的简化立体图，配有一个补充单元；

-图2和图3是图1装置的纵向剖视图，分别沿箭头II-II和III-III的方向；

-图4是沿图2中IV-VI线的剖视图；

-图5是图1至3装置中用于容纳物质的附件的放大立体图；

-图6是位于图1至3的装置的压缩室和补充单元之间的封堵侧板的正视图，比例大于图1至3；

-图7类似于图1，为装置的第二种实施方式，未配有补充单元；

-图8是图7装置的沿箭头VIII-VIII的纵向剖视图。

具体实施方式

图1、2、3、7和8示出的装置1包括两个压缩室C₂、C₃。这些室由截面为圆柱形的管状套管2和3限定，并且有利地在至少一部分上用化学和生物上呈中性且容易消毒的透明材料制成，该材料例如是玻璃或聚甲基丙烯酸酯。这种透明材料使得可以观察室C₂和C₃的内容物。

套管2和3插入设置在方形板4a、4b、4c、4d上的相应形状的孔内。在图7所示的实施方式中，一些杆5将板4的角与中间单元8、即主单元连接，主单元的总体形状为立方体，并限定一个中间室C₈，称为主室。板4a至4d和杆5就此形成套管2、3的支撑和保护支架。

在支架的每个端部40、41，端板4a、4d分别设有一个中心孔，使一个致动器6₂、6₃可通过。每个致动器6₂、6₃以密封方式通过，室C₂、C₃的内部保持与外部隔绝。致动器6₂、6₃有利地是液压或电动的。

每个致动器6₂、6₃分别移动一个活塞7₂、7₃。每个活塞沿平行于室C₂、C₃的公共纵向轴A-A′的方向可活动。每个活塞7₂、7₃形成其安装于内的室C₂、C₃的一个端部或活动底部7₂、7₃。板4a至4d、活塞72、73及致动器6₂、6₃，以及有利的其它装置1的构件，都用化学和生物上呈中性并且容易消毒的刚性材料实现。

每个活塞7₂、7₃的行程适于使活塞在每个室C₂、C₃内、分别从靠近板4a、4d的室C₂、C₃的一个端部21、31朝向靠近单元8的另一个端部22、32移动，反之亦然。

每个活塞7₂、7₃的行程都保证在每个压缩室C₂、C₃内的密封。

在一未示出的实施方式中，每个活塞7₂、7₃可独立于另一个以可调的速度和频率移动。

压缩室C₂、C₃在其端部22和32处与主室C₈连接。在图7和8所示的实施方式中，室C₂的端部22适于确保室C₂的内容物进入主室C₈。

该端部22由一个板或封堵侧板20限定。图6以正视图示出该侧板20，其在圆形槽201内接纳套管2的端部。在行程终点，活塞72顶靠在侧板20上。封堵侧板20包括四个圆形通孔202、203、204、205，使通向(或来自)主室C₈的室C₂的内容物能通过。在变型中，侧板20的通孔数目不等于四，其大于或等于一。

孔202至205布置在侧板20的边缘附近。两个孔202、203的直径为10毫米左右，一个在另一个之上。两个孔204、205的直径较小，为5毫米左右，分布在通过孔202和203的中心的垂直直线A₂₀的两边。孔202至205之间的这种布置以及截面的不同导致装置内容物的不同成分在这些孔内的优先通过。

含有流体和尺寸小于5毫米的细小颗粒的液体成分，与含有尺寸大于5毫米的颗粒的固体成分被区分开来。液体成分可取道于所有的孔202至205，而固体成分只能取道于截面较大的孔202和203。这样，根据这些成分取道于一个或另一个孔202至205，导致室C₂和C₈之间的不同的成分流量。当混合料经过室C₈从室C₃进入室C₂时，情况也是这样。孔202至205的布置以及孔202至205的不同直径有利于形成紊流，使装置1的内容物在从一个室C₂、C₃穿过侧板20通往另一个室时能均匀混合。此外，当流量在室C₂和C₈之间通过时，侧板20的孔202至205对颗粒具有机械作用。该机械作用可减小装置的初始内容物的颗粒尺寸，这种内容物模拟了抵达胃内的食团。

主室C₈的有效容积分成两个腔80、81。如图4看到的，腔80、81的形状和尺寸是不同的。

第一个腔80是圆形截面的圆柱状。根据图7和8所示的实施方式，腔80的直径和位置适于使其一侧对着侧板20的所有孔202至205，而另一侧对着压缩室C₃。

根据图1至3所示的实施方式，腔80的一侧对着压缩室C₃，而另一侧对着一个补充室C₉。

第二个腔81构形成L形，其一个分支810与腔80相连。分支810的截面使得主要是液体成分进入该分支，并从腔80通往分支811。腔81的另一个分支811的自由端10a在装置1使用的正常状态时关闭。腔81的容积小于腔80。该第二个腔81即不对着侧板20的孔202至205，也不对着压缩室C₃。因此，分支811限定了装置1的内容物、特别是液体成分的临时储存隔离区。和液体成分一样，在装置的正常工作周期，固体成分接纳在腔80中。

如图4所示，腔81、80的下部分别与输出孔10a、10b相连，输出孔本身分别与端头11a和11b连接，端头在装置1的正常使用状态时关闭。这些端头11a和11b可与装置1内容物的排出或取出装置连接。这些装置例如可以是蠕动泵。

腔81在分支811的自由端处与端头11a连接。在一个消化模拟周期中，孔10a、10b通常是关闭的。它们只在需要时打开，进行对一个或另一个腔81、80的提取。因此，仅打开孔10a，就能有选择地取出装置内容物的液体成分。打开孔10b可不加区别地取出固体和液体成分。以这种方式，以可控且更具代表性的方式复制了人类或单胃哺乳动物的胃的排空。

由图3可见，一个输出10c设在孔10b附近。该输出10c通到腔80的下部。它在正常使用状态是关闭的。该输出10c使得可进行装置内容物的取样。需要时，该输出10c也可对装置1进行迅速彻底的排空。

在一未示出的实施方式中，端头11a、11b可与模拟小肠行为的装置连接。这种装置可包括例如一组复制小肠不同部分、即十二指肠、空肠和回肠的容器。这些容器例如呈圆锥形，带有搅拌、加热和pH控制部件。它们还装备了受控注入部件，注入如复制胰和胆分泌物的溶液、水、碳酸氢钠或其它。还设置了通过在容器内注入气态氮的脱氧系统。泵将容器之间连接起来，提取在容器的下部进行，供给在上部进行。待测试物质的选择性注入部件可设置在这些容器的一个或多个上。容器的圆锥形状可优化混合，不管容器中内容物的体积是多少。因此，这些容器在装置1的输出处级联布置。

可以设置模拟小肠的容器和模拟胃的装置1的随动系统。在这种情况下，在模拟小肠的容器中，与一个容器的工作相关的至少一个参数的改变会影响与其它容器的工作相关的参数。同样，装置1的至少一个参数的改变可影响模拟小肠的装置的至少一个参数，反之亦然。

变型中，该模拟小肠行为的装置可包括一组匹配的装置1。

在上部，主单元8设有一个将食团输入室C₈的孔12。该食团单独准备，并且可来自模拟胃充填的装置。这种装置适于优化食团的成分与唾液或复制它的溶液的接触时间和接触面积。还可通过孔12直接注入食团的成分，即食物、水。

安装在单元8上的管13、14和15在室C₈的上部、在腔80处侧向开通。它们可根据所希望的数量、在消化模拟周期的任何时候注入参与消化的物质，例如能使食物降解的物质，如盐酸、诸如胃蛋白酶或脂肪酶的胃酶，或参与消化过程的其它物质。

另一个孔16位于单元8的上部，靠近孔12，能够将图1和7中可见的pH和/或温度探测器160插入腔80，以便在装置工作周期中测量和控制这些参数。

另外一个孔16a位于单元8上，在分支811处，在图4中可看见，使得可插入压力传感器(未示出)，在消化周期中测量和控制装置1内的压力。压力的测量使得可调整致动器的动作，同时避免装置1内的过压。为此，压力传感器有利地与致动器的紧急停止机构连接。

可在单元8或置于单元8和压缩室C₂、C₃之间的中间单元上设置其它孔，以便能在需要时放置其它传感器。还可为单元8配备一个排气阀，用于提取装置1内可能存在的气体。这种阀还参与装置1内的受控压力的保持。

当希望在装置1中注入待测试物质时，使用一个补充室C₉，称为药物室，间置在侧板20和主单元8之间，即如图1至3所示在室C₂、C₈之间。

室C₉设在补充单元9内，补充单元在此总体呈平行六面体形。室C₉为圆形截面的圆柱形，并且和主室C₈相同。这种配置可使装置内容物在这两个室C₈和C₉之间自由通过。

设在单元9上部的孔18适合于接纳一个附件17。该附件以可拆卸或不可拆卸的方式安装，适于接纳待测试的物质，以便在内容物通过室C₉时使物质与装置1的内容物接触。图5所示的附件17包括一个穿孔的笼170，可拆卸，适于容纳固体形式的待测试物质。

附件17的形状，尤其是笼170的孔的位置、数量和尺寸可与图5所示的不同。

一个塞子19以可拆卸方式堵住笼170的上部。附件17的尺寸使得一旦置入孔18，塞子19密封地堵住孔18。只有笼170伸进室C₉，从而使待测试物质与装置1的内容物接触。

补充单元9适于在装置1上方便地安装和拆下。为此，只需拆下室C₂的板4a、4b、套管2、相应的杆5以及侧板20即可。

在图7和8所示的没有室C₉的构形中，只考虑了通过孔12，甚至通过管13、14和15在装置工作周期中掺入待测试物质。因此，物质直接掺入装置的内容物中。当然，在装置1有单元9和附件17的情况下，可以进行不将待测试物质注入附件17的消化模拟周期。

在希望测试液体物质的情况下，液体物质可在装置工作周期的任何时候，通过设在主单元8中的一个孔、例如孔13、14或15注入装置。还可在装置1的初始充填时，将待测试的液体物质直接掺入食团。

在未示出的另一种实施方式中，附件17包括一个适于接纳待测试液体的渗透袋。在所有情况下，附件17适合于待测试的物质。

装置内容物的温度保持由加热膜25保证，加热膜置于套管2、3处，在它们的外面。这些膜配有加热电阻丝。在示出的实施方式中，它们是透明的，使得可观察室C₂、C₃的内部。作为变型，这些膜是不透明的，并且通过例如在膜上切口使压缩室的内部保持可见。

在一未示出的实施方式中，主单元8，可能还有侧板20和/或补充单元9位于一个支座上，例如一个加热托架上。

在另一未示出的实施方式中，这种恒温支座还接纳套管2、3。在这种情况下，使用这种支座使得没有必要使用加热膜25。

作为变型，整个装置1置于一个恒温箱内。

在装置1被用于模拟单胃哺乳动物或人类的消化生理或病理条件的情况下，在模拟正常消化的工作方式中，以下参数适用于装置1：

内容物的温度维持在36℃和41℃之间的数值，至少有0.2℃的出入。

内容物的pH值在1和8之间调节，尤其通过管13至15中的一个注入盐酸。

装置1适于接纳食团，例如水或混合食物。这种注入在周期中以逐步的方式进行，或在周期开始前一次完成。

为了将食团注入装置，如果需要，将活塞7₂、7₃彼此分开，以增加装置内容物的容积。相反，例如在取出时，活塞7₂、7₃彼此逐步靠近，以减少内容物，直至回到预先设定的位置。工作周期中这种内容物容积的变化取决于食团和/或胃分泌物的输入、食团在装置1内的滞留时间及实现的取出。输入、滞留时间和装置内容物的取出随要复制的消化条件而变化。装置1内存在的内容物的瞬间容积可达到600毫升。

在装置1的工作周期中，两个活塞7₂、7₃进行交替的纵向移动。活塞7₂、7₃的这种往返运动的频率和速度是可调的。通过活塞的这种同步或异步动作，使食团从一个压缩室C₂或C₃内，穿过主室C₈和封堵侧板20以及可能的位于室C₂、C₃之间的补充室C₉，向另一个压缩室C₃或C₂移动。这些运动引起整个装置1的内容物的紊流，保证了内容物的均匀混合，以及针对固体成分的不太“剧烈”的磨碎。换言之，以令人满意和具有代表性的方式复制了胃的消化。

胃的内容物的混合和磨碎可通过多个封堵侧板的存在而最佳化，这些侧板置于装置1内，尤其在主室C₈和一个压缩室C₂、C₃之间，甚至在室C₈和C₉之间。这样，可以有一组带有相同或不相同的孔的侧板，根据需要、例如根据所希望的食团固体成分的尺寸缩小来使用。

在另一种实施方式中，食团的混合和磨碎可通过形成紊流的部件或挡板的存在来改善，这些部件或者置于消化室C₈内，或者在室C₂、C₃处，或者在侧板20的孔202至205内。

用活塞7₂、7₃引发室C₂、C₃内的食团运动，可使食团彻底地、有规律地和受控地运动。这样模拟了胃的紧张，并因此以代表性的方式复制了消化时发生的情况。此外，活塞7₂、7₃分别在套管2、3内的移动，加上消化周期结束时分别在端部22、32的止动定位，至少大大限制了、甚至消除了室C₂、C₃内的死区的存在。此外，活塞的交替运动通过一种洗涤作用大大减少了周期结束时、有效容积为60毫升左右的室C₈内的未消化的残余颗粒的存在。

有利地，装置1适于用于分析待测试物质的性能，后者在工作周期的任何时候被注入和/或取出。这种待测试物质可以是例如片剂、扁囊剂、胶囊剂、膏剂，甚至用适当装置保持的液体。为此，补充单元9使装置的内容物与预先放入补充室C₉内的附件17中的待测试物质进行接触。

通过装置1，一方面可通过套管2、3对食团的变化进行视觉观察，另一方面可通过孔10c提取装置内容物的样本。

Claims (9)

1.单胃哺乳动物或人类的胃的模拟装置，它包括至少两个压缩室(C₂、C₃)，两者之间通过一个中间室(C₈)连接，其特征在于，每个压缩室(C₂、C₃)具有一个活塞(7₂、7₃)，适于将一个压缩室(C₂、C₃)的内容物推向另一个压缩室(C₃、C₂)，并且至少一个封堵侧板(20)安装在一个压缩室(C₂)的端部(22)和中间室(C₈)的端部之间，侧板(20)具有至少一个量孔(202至205)，用于装置(1)的内容物从一个压缩室(C₂、C₃)到中间室(C₈)以及反向的通过，并且封堵侧板(20)的布置使得量孔(202至205)对着中间室(C₈)的圆柱形腔(80)，所述封堵侧板和所述至少一个量孔(20、202、203、204、205)能够当装置的内容物经过中间室(C₈)时，引起装置(1)内容物的紊流，中间室(C₈)设在中间单元(8)内，中间单元配有至少一个进入中间室(C₈)的进入部件(10a、10b、10c、11a、11b、12、13、14、15、16、16a)，使得可在所述装置(1)工作周期的任何时候供给物质(12、13、14、15)和/或取出装置(1)的内容物(10a、10b、10c)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个活塞(7₂、7₃)沿平行于两个压缩室(C₂、C₃)的公共纵向轴(A-A′)的方向可移动，并形成每个室(C₂、C₃)的可活动底部(7₂、7₃)。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，中间室(C₈)包括两个形状和尺寸不同的腔(80、81)。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，第一个腔(80)是截面为圆形的圆柱形，第二个腔(81)构形成L形，其一个分支(810)与第一个腔(80)连接，其另一个分支(811)在装置(1)正常工作时不通到压缩室(C₂、C₃)。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，中间单元(8)包括进入孔(16)，使得可将pH和/或温度探测器插入中间室(C₈)。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，中间单元(8)包括进入孔(16a)，使得可将压力传感器插入中间室(C₈)。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，一个限定补充室(C₉)的补充单元(9)间置在侧板(20)和中间单元(8)之间，补充室能够接纳在装置中待测试的物质。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，限定补充室(C₉)的补充单元(9)以可拆卸的方式间置在侧板(20)和中间单元(8)之间。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，补充单元(9)包括一个孔(18)，适于接纳用于容纳待测试物质的附件(17)。

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