CN103238587B

CN103238587B - 一种离体器官恒压灌流装置

Info

Publication number: CN103238587B
Application number: CN201310140957.1A
Authority: CN
Inventors: 刘书勤; 臧伟进
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: CN103238587A

Abstract

本发明公开了一种离体器官恒压灌流装置，属于医疗设备领域，包括贮液瓶，贮液瓶的瓶口处设有进气管和出气管，贮液瓶底部侧壁上还设有营养液流出管，贮液瓶下方设有承载贮液瓶的托盘，托盘的下方连接有弹性装置，弹性装置下方设有支撑架。本发明的恒压灌流装置可以根据需求设计贮液瓶的容量，容量大的贮液瓶可以有效减少使用过程中添加灌流液的次数，从而能够保证灌流压力恒定；同时，在装有营养液的贮液瓶上方设置有进气管，可以通入所需的氧气或混合气体，解决了对哺乳动物的离体器官进行灌流的问题，通过性能试验测试，本装置在整个实验过程中灌流压的变化率＜0.17%，恒压效果明显。

Description

一种离体器官恒压灌流装置

技术领域

本发明属于医疗设备领域，涉及一种医用灌流装置，具体涉及一种离体器官恒压灌流装置。

背景技术

离体器官灌流是医学教学、科研、和临床中常用的基本实验方法，营养物质通过器官内血管网持续灌流以维持离体器官存活并维持其生理功能，每个器官都需要一个相对稳定的灌流压，维持稳定的灌流压可减少器官、组织损伤，尤其是在肾移植、心脏移植、肝脏移植手术前供体器官运送和手术准备过程中；用人工模拟营养物质进行某一离体器官恒压灌流是研究血管活性物质包括药物作用及其机制的较好方法，也是探索特定脏器及其血管网生理、病理机制的常用方法，在灌流压恒定的情况下，通过对流出液量、质的分析可确定药物或某内源性物质对血管或器官组织细胞的影响，如兔耳灌流、大鼠后肢灌流等。

目前国内、外市场上的一些恒压、恒流灌流产品，有些虽配备蠕动泵之类的恒速设施，但还是不能达到恒压灌流，严格说来也做不到恒流（I=U/R）。这些产品一般配备极小的灌流液存储器（如50mL注射器），提示实验者通过分量多次添加灌流液，尽可能减小灌流压的变化，这在医用操作过程中必然会分散实验人员注意力，更不适用于灌流时间长，流速大的实验。

国、内外教学实验室目前使用的一种方法，是在密封的贮液瓶中插一细管，上口与大气相通，下口深入灌流液，液体出口在瓶底，可保证灌流压平稳于细管下口与器官输液管入口处之高度差。但这种装置的缺点是无法实现向灌流液中通氧气，用于两栖类动物器官灌流尚可，不能用于哺乳类动物器官灌流。

上世纪50年代我国学者曾设计出一恒压灌流装置：在密封的贮液瓶通过向灌流液中充氧（或混合气体），使灌流液通过细管经瓶口（开口朝上）流出，同时再插一根细管（细管2），另有一个盛水银的长试管，其中也插一细管（细管3），细管3与细管2上口相连。将气体输入流速调整到使细管3中水银全部排除，细管3深入水银中的长度即灌流压，这种装置的构造复杂，操作过程中容易出现水银喷出或倒灌，因而未能普及。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种结构简单、可通入气体、具有恒压调节功能、适用于多种动物离体器官的恒压灌流装置。

本发明是通过以下技术方案来实现：

离体器官恒压灌流装置，包括贮液瓶，贮液瓶的瓶口处设有进气管和出气管，贮液瓶底部侧壁上还设有营养液流出管，贮液瓶下方设有承载贮液瓶的托盘，托盘的下方连接有弹性装置，弹性装置下方设有支撑架。

所述的弹性装置包括压轴，压轴的顶部与托盘底面固定连接，底部连接有压簧，所述压簧的外部还设有压簧护壳。

当贮液瓶中的营养液的减少时，压簧发生形变，所述的贮液瓶中营养液的液面至压簧护壳上沿的距离恒定。

所述压簧的倔强系数K为4.5～5.5mm/N，长度为20～50cm，外径为5～8cm，满足恒压过程。

所述压簧的倔强系数K为4.92～5.08mm/N，长度为23.7～26.5cm，外径为6.1～6.7cm。

所述的支撑架包括钢管和设置在钢管内能够伸缩的钢筋，钢管的底部设有底座，钢管壁上设置有用于调节钢筋伸缩高度的固定旋钮，所述钢筋固定连接在压簧护壳的底部。

所述压轴和压簧护壳均为PVC塑料管。

所述的进气管上连接有供气装置。

所述营养液流出管与蛇形管相连通，蛇形管连接加热设备，所述的加热设备为恒温水浴锅或加热套。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的离体器官恒压灌流装置，根据胡克定律，综合灌流营养液的比重、质量等因素，计算得到压簧的弹性形变量及倔强系数，从而设计出符合被灌流器官生理学灌流压的恒压灌流装置，本发明的恒压灌流装置可以根据需求设计贮液瓶的容量，容量大的贮液瓶可以有效减少使用过程中添加灌流液的次数，从而能够保证灌流压力恒定；同时，在装有营养液的贮液瓶上方设置有进气管，可以通入所需的氧气或混合气体，解决了对哺乳动物的离体器官进行灌流的问题，通过性能试验测试，本装置在整个实验过程中灌流压的变化率<0.17%，恒压效果明显。

本发明的恒压灌流装置结构简易，所需设备成本低廉，制作方法简单，适用于多种动物的离体脏器的恒压灌流。

附图说明

图1为本发明的离体器官恒压灌流装置结构示意图。

其中，1为进气管；2为出气管；3为贮液瓶；4为托盘；5为压轴；6为营养液流出管；7为压簧护壳；8为压簧；9为支撑架；10为固定旋钮。

具体实施方式

下面结合具体的附图及实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1，本发明的离体器官恒压灌流装置，包括贮液瓶3，在贮液瓶3的瓶口处设有进气管1和出气管2，进气管1上连接供气装置，用于通入离体器官所需的氧气或O₂-CO₂混合气体，调节进气量为1～2个气泡/min；在贮液瓶3底部的侧壁上还设有营养液流出管6，贮液瓶3下方设有用于承载贮液瓶3的托盘4，托盘4的下方连接有弹性装置，所述弹性装置包括压轴5，压轴5的顶部与托盘4底面固连，压轴底部连接有压簧8，所述压簧8的外部还设有压簧护壳7，在弹性装置下方设有支撑架9，支撑架9包括钢管，和设置在钢管内能够伸缩的钢筋，钢管的底部设有底座，钢管壁上设置有用于调节钢筋伸缩高度的固定旋钮10，所述钢筋上端固定连接在压簧护壳7的底部。

参照本发明的技术方案，按照一定的参数，制作出该离体器官恒压灌流装置，具体部件设计参数如下：

贮液瓶，贮液瓶为市售实验室专用玻璃瓶，在该玻璃瓶的侧壁近底部有开口，考虑离体器官常规灌流速度、实验持续时间以及灌流过程中灌流液中需持续通入O₂-CO₂混合气体的要求，选用内径16cm，容量5000mL的贮液瓶（自重1.64kg）；

压簧，根据胡克定律，弹簧在外力作用下将产生形变（即伸长或缩短）；在弹性限度内，外力F和它的变形量△Y成正比，即F=K×△Y，K为弹簧的倔强系数：

压簧倔强系数K计算，由于灌流液通常为任氏液、台氏液、洛氏液、克-亨氏液等常用的等渗液，其比重略高于蒸馏水，以洛氏液为例，其比重约为1.012g/cm³，而贮液瓶内平面面积为（16÷2）²×3.14=201cm²,因此计算符合要求的压簧的倔强系数K应为1000÷1.012÷201=4.91cm/kg=5mm/N。

压簧外径和长度，由于贮液瓶中盛3000mL灌流液足以满足一般实验，其重量为3×1.012=3.04kg，加上贮液瓶、托盘、压轴和进气管（约0.16kg）自重，总重4.84kg即47.4N，压簧将被压缩23.7cm，因此压簧总长度应>23.7cm，但不宜太长，太长受压后容易弯曲，增加磨擦阻力，影响K值；贮液瓶外径约为17cm，因此根据黄金分割原理，确定压簧外径应在6.1cm左右。

根据对倔强系数K、外径和长度的基本要求，选择3mm钛镍合金为压簧的材料，并将其制成外径为6.4cm，长度为36cm的压簧，施加60N（6.12kg）的力后弹簧被压至6.5cm，即倔强系数K约为4.92mm/N。

因此，设计的压簧的倔强系数K为4.5～5.5mm/N，长度为20～50cm，外径为5～8cm。

托盘，托盘为承载贮液瓶之用，平面面积略大于贮液瓶底面积，用硬度好、重量相对较轻的铝合金板材制成，并压制成碟状以增强其承载稳定性。

压轴为外径为6.4cm、内径为6.37cm、长30cm的PVC塑料管。

压簧护壳，压簧护壳为一外径为7.0cm、内径为6.6cm、长40cm的PVC塑料管筒，其中放置压簧，压簧护壳底部固定于铁支架上。

铁支架，铁支架由底座、钢管、钢筋、固定旋钮4部分组成，铁支架的高度应根据实验需要可灵活调整，底座由生铁铸成，3足鼎立，外径30cm；钢管外径2.5cm、内径1.5cm、长90cm，下端固定于底座正中，距上端2cm处钻出一个直径0.75cm孔，过丝，用于安装固定旋钮；钢筋直径1.5cm，长100cm，插在钢管中，上端通过螺丝固定在压簧护壳底部正中。

实际工作中通过调整钢筋露出的高度可调节灌注压的大小，固定旋钮则固定钢筋露出的高度。

本发明在使用时的工作原理如下：

将盛有营养液（成分及容量根据实际需要确定，一般不超过5000mL）的贮液瓶3放置在托盘4上，进气管1连接氧气（或混合气体）罐，调节进气量为1～2个气泡/min。

将营养液流出管6与欲被灌流器官动脉血管连接，优选的，在入血管前连一个蛇形管，蛇形管通过恒温水浴或其他类似设备加热，使进入器官的灌流液接近生理温度，调节固定旋钮，使灌流压（即贮液瓶里液面到营养液流出管动脉接口处的垂直高度）稳定在被灌流器官生理性灌流压（比如60cm营养液高度的压力），在恒压灌流过程中，若贮液瓶中剩余液体不足300mL，需添加。

对本发明制得的样品的工作性能进行测试，试验方法和结果如下：

1、方法

测得恒压灌流支架空载时，托盘至压簧护壳上沿间的距离（Lt），将3500mL任-洛液（Ringer-Locke’s solution，一种常用营养液，其渗透压与生理盐水接近）于贮液瓶，称重后置于贮液瓶托盘，通混合气体30min后分别测瓶中液体高度Ls和Lt。自瓶底营养液流出口放出液体，测量瓶中分别盛3000、2500、2000、1500、1000、500和0mL任-洛液时的重量、Ls和Lt。计算瓶中分别盛不同容量任-洛液时的Lt＋Ls，即液面至压簧护壳上沿间的高度。

2、结果，如下表1所示：

表1贮液瓶盛不同容量任-洛液时液面至压簧护壳上沿间的高度（L_t＋L_s

其中，重量是任-洛液和贮液瓶总重；Lt是贮液瓶托盘至压簧护壳上沿距离；Ls是贮液瓶内任-洛液液面距离瓶底高度。

从以上结果可以看出，尽管贮液瓶中任-洛液逐渐减少，但液面至压簧护壳上沿间的距离（Lt＋Ls）保持相对稳定：任-洛液自3500mL减至500mL，即减少3000mL时，液面至压簧护壳上沿间的高度波动<0.1cm。如果设灌流压为60cmH₂O，则整个实验过程中灌流压的变化率<0.17%，说明该本发明的离体器官灌流装置的工作状态良好。

Claims

1.一种离体器官恒压灌流装置，其特征在于，包括贮液瓶(3)，贮液瓶(3)的瓶口处设有进气管(1)和出气管(2)，贮液瓶(3)底部侧壁上还设有营养液流出管(6)，贮液瓶(3)下方设有承载贮液瓶(3)的托盘(4)，托盘(4)的下方连接有弹性装置，弹性装置下方设有支撑架(9)；所述的弹性装置包括压轴(5)，压轴(5)的顶部与托盘(4)底面固定连接，底部连接有压簧(8)，所述压簧(8)的外部还设有压簧护壳(7)；当贮液瓶(3)中的营养液的减少时，压簧(8)发生形变，所述的贮液瓶(3)中营养液的液面至压簧护壳(7)上沿的距离恒定；所述压簧(8)的倔强系数K为4.5～5.5mm/N，长度为20～50cm，外径为5～8cm。

2.根据权利要求1所述的一种离体器官恒压灌流装置，其特征在于，所述压簧(8)的倔强系数K为4.92～5.08mm/N，长度为23.7～26.5cm，外径为6.1～6.7cm。

3.根据权利要求1所述的一种离体器官恒压灌流装置，其特征在于，所述的支撑架(9)包括钢管和设置在钢管内能够伸缩的钢筋，钢管的底部设有底座，钢管壁上设置有用于调节钢筋伸缩高度的固定旋钮(10)，所述钢筋固定连接在压簧护壳(7)的底部。

4.根据权利要求1所述的一种离体器官恒压灌流装置，其特征在于，所述压轴(5)和压簧护壳(7)均为PVC塑料管。

5.根据权利要求1所述的一种离体器官恒压灌流装置，其特征在于，所述的进气管(1)上连接有供气装置。

6.根据权利要求1所述的一种离体器官恒压灌流装置，其特征在于，所述营养液流出管(6)与蛇形管相连通，蛇形管连接加热设备。

7.根据权利要求6所述的一种离体器官恒压灌流装置，其特征在于，所述的加热设备为恒温水浴锅或加热套。