CZ19728U1 - Zařízení pro měření hodnot redox potenciálu bachorové tekutiny - Google Patents

Description

Řešení se týká zařízení pro měření hodnot redox potenciálu bachorové tekutiny.

Dosavadní stav techniky

Bachorové mikroorganizmy přežvýkavců vyžadují pro svou činnost striktně anaerobní prostředí. Anaerobnost prostředí lze charakterizovat hodnotou redox potenciálu bachorové tekutiny, přičemž oxidačně redukční charakter bachorového prostředí ve vztahu k přítomným mikroorganizmům nejlépe kvantifikuje tzv. Clarkův exponent rH, který v sobě na základě rovnice dle Nemsta sdružuje hodnoty pH a redox potenciál (Marounek a kol., 1987). Změny redox potenciálu popř. io parametru rH bachorové tekutiny jsou ovlivňovány skladbou krmné dávky a zdravotním stavem zvířat, což bylo publikováno např. v pracech autorů Mishra a kol. (1970), Marounek a kol. (1982) a Marounek a kol. (1987). Potřeba měření redox potenciálu bachorového prostředí postupně narůstá se zaváděním krmných doplňků, které tento parametr mohou ovlivnit, např. kvasnice (Mathieu a kol., 1996; Marden a kol,, 2008).

Pro správné vyhodnocení vlivu krmného doplňku jsou vyžadovány záznamy změn redox potenciálu v průběhu celého dne. Získání těchto dat běžnými prostředky je velmi pracné a nákladné. Možné způsoby měření redox potenciálu bachorového obsahu lze rozdělit do dvou základních metod: měřeni mimo zvíře a měření uvnitř bachoru.

V prvním případě se laboratorním mV-metrem měří redox potenciál bachorové tekutiny odebra20 né z bachoru pomocí jícnové sondy nebo v případě kanylováných zvířat přes ruminální kanylu pomocí velkokapacitní injekční stříkačky nebo pumpy. Při odběru prostřednictvím jícnové sondy je potřeba zvíře dobře fixovat, což vyžaduje spolupráci většího poctu ošetřovatelů, je zde i vyšší riziko zranění v důsledku neklidu zvířete. Tímto postupem nelze dobře postihnout celodenní změny redox potenciálu, neboť v důsledku vysoké pracnosti měření lze v průběhu dne realizovat pouze omezený počet odběrů. Dalším nedostatkem této metody je změna parametrů bachorové tekutiny v důsledku kontaktu se vzduchem, což prokazatelně způsobuje odchylku naměřených hodnot (Marden a kol., 2005). Oba problémy, intervaly měření a kontakt se vzduchem řeší částečně metoda publikovaná v práci autorů Marden a kol. (2005). V tomto postupu je bachorová kapalina kontinuálně nasávána přes filtr fixovaný závažím na dně ventrálního vaku bachoru po30 mocí pumpy umístěné mimo zvíře a hadičkou procházející přes víko ruminální kanyly je vedena do měřicí cely oddělené od vnějšího prostředí. U této metody lze obecné předpokládat vyšší nespolehlivost v důsledku zvýšené pravděpodobnosti ucpávání systému.

Druhý případ měření představuje kontinuální měření redox potenciálu pomocí senzoru umístěného uvnitř bachoru nebylo na rozdíl od běžně měřeného parametru pH publikováno. Firma

DASCOR (Kanada), která vyrábí zařízení pro měření hodnot pH a teploty v bachoru, nabízí též modifikaci umožňující měření redox potenciálu. U tohoto typu zařízení je zařízení pro sběr a uchování dat umístěno spolu s redox-senzorem v sondě (bonusu) fixované na dně bachoru, přičemž data jsou přenášena do počítače v souboru po skončení měření. Při této konfiguraci nelze průběžně kontrolovat funkčnost zařízení bez jeho vyjmutí z bachoru a přenosu dat do počítače.

Odstranit výše zmiňované nedostatky umožňuje zařízení, které je schopno zpracovaná data bezdrátově předávat centrálnímu počítači. Nové technologie dovolily zmenšit rozměry těchto zařízení, což umožňuje jejich aplikaci do bachoru perorálně. Obecným problémem u těchto zařízení je vysoký útlum signálu při průchodu tělními tekutinami především na vyšších frekvencích. Tato skutečnost vyžaduje retranslační vysílač v blízkosti zvířete, který se běžně umísťuje na krk v podobě evidenční známky. Byla publikována řada zařízení tohoto typu, která umožňují měřit řadu parametrů (teplota, pH, tlak), nikoliv však redox potenciál. Jeden z typů tohoto zařízení byl zveřejněn v článku autorů Gasteiner a kol. (2008). Různé modifikace řešící tento způsob kontinuálního snímání parametrů bachoru (pH, teplota, tlak) s bezdrátovým přenosem dat byly pub-1 CZ 19728 Ul

Ukovány v rámci patentů (US 2004/0133131 Al, Kuhn a kol,, 8.7.2004), (US 7,062,308 Bl, Jackson W.J., 13.6.2006), (WO 01/013712 Al, Verstege A.B.M. a kol., 1.3.2001), (WO 02/073194 A2, Van Over J.E., 19.9,2002). Získané výsledky měření nebyly vždy přesné.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody odstraňuje zařízení pro měření hodnot redox potenciálu bachorové tekutiny podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořena sondou, která se vkládá přes báchorovou kanylu na dno bachoru, přičemž sonda je následné prostřednictvím anténního kabelu připevněna k víku bachorové kanyly. Sonda se skládá z trubky, jež vytváří hermeticky uzavřené pouzdro, přičemž ve spodním víku trubky je otvor s kabelovou průchodkou pro průío chod redox elektrody. Spodní víko trubky tvoří s ochranným lemem jeden celek, přičemž ochranný lem je opatřen otvory a je připevněn pomocí závitu k trubce. Trubka a spodní víko s ochranným lemem, vyrobené z téhož materiálu, výhodně plní funkci závaží, které stabilizuje sondu na dně bachoru. V horním víku trubky je kabelová průchodka pro průchod anténního kabelu, který vyčnívá nad trubku, je vyveden nad povrch vyšetřovaného zvířete skrz víko bachoro15 vé kanyly a na anténním kabelu je zevně připevněna karabina pro zajištění sondy k víku bachorové kanyly. Sonda zhotovená z nerezové trubky obsahuje dva moduly, elektrický zdroj a sáček se silikagelem. Výsledky měření vysílané z antény sondy jsou snímány přijímací anténou, která je pomocí interface a USB portu spojena s počítačem a umožňuje bezdrátový přenos výsledků měření od alespoň jednoho zvířete do počítače.

Zařízení podle technického řešení je charakterizováno tím, že měřicí redox elektroda je tvořena platinovou elektrodou s gelovou referenční elektrodou.

Zařízení podle technického řešení je charakterizováno dál tím, že trubka je vyrobena z nerezové oceli, ěi případně i z jiného vhodného inertního materiálu.

Zařízení podle technického řešení je dále charakterizováno tím, že jeden modul je zesilovač sig25 nálu z měřicí elektrody.

Zařízení podle technického řešení je též charakterizováno tím, že druhý modul je složen z mikroprocesoru s řídicím softwarem a vysílacího členu.

Zařízení podle technického řešení je ještě charakterizováno tím, že je provedeno uspořádání přijímací antény, interface a USB portu v počítači pro současné zpracování signálu z více než jedné sondy a tím i pro současné sledování několika zvířat.

Zařízení podle technického řešení je součástí systému, který zajišťuje měření hodnot redox potenciálu bachorové tekutiny a jeho bezdrátový přenos z povrchu zvířete přes přijímací anténu do počítače umístěného v přilehlé laboratoři. Zařízení bylo původci technického řešení použito k měření hodnot redox potenciálu bachorové tekutiny, což je průkazný údaj o zdravotním stavu sledovaného zvířete. Použití se předpokládá u přežvýkavce vybaveného bachorovou kanylou. Měření uvedeného parametru probíhá kontinuálně ve volitelných časových intervalech a měřené zvíře není nijak obtěžováno, protože bachorovou kanylu dobře snáší a její zavedení se provádí operačně při místním znecitlivění břišní stěny.

Vysílání a přijímání signálu probíhá takto: Přijímací anténa je spojena prostřednictvím interface a USB portu s počítačem. Řídicí software je možné použít pro neomezený počet používaných měřicích sond zároveň, tedy několika zvířat.

Zařízení podle technického řešení sestává z trubky, zejména z nerezové oceli nebo jiného přijatelného inertního materiálu, která tvoří sondu hermeticky uzavřenou z obou stran. K homí části trubky je přivařeno horní víko, spodní část trubky je opatřena závitem, prostřednictvím něhož je připevněno spodní víko s ochranným lemem. Spodní víko a ochranný lem tvoří jeden celek. Ochranný lem je opatřen několika velkými otvory za účelem dobrého kontaktu bachorové tekutiny s kombinovanou platinovou elektrodou s gelovou referenční elektrodou. Původcům se osvědčilo, když ochranný lem měl délku přibližně 4,5 cm, otvory měly průměr přibližně 3,5 cm χ

-2CZ 19728 Ul cm. Ve spodním víku je otvor opatřený kabelovou průchodkou, kterou prochází kombinovaná platinová elektroda s gelovou referenční elektrodou a slouží k měření hodnot redox potenciálu.

V horním víku trubky je umístěna kabelová průchodka, kterou prochází anténní kabel o průměru asi 5 mm, který vyčnívá nad homí hranu trubky přibližně 1 m a plní funkci vysílací antény. Ve výši přibližně 40 cm nad homí hranou trubky je na povrchu vyšetřovaného zvířete na anténě upevněna karabina, která slouží zevně k fixaci sondy k víku bachorové kanyíy. Horních 10 cm anténního kabeluje zbaveno stínění z důvodu zajištění vysílací funkce. Víko kanylyje součástí bachorové kanyly, voperované do stěny břišní a je volně zvenku přístupné.

Uvnitř sondy je umístěna elektronická část sestávající ze dvou modulů a elektrického zdroje, ío První modul je zesilovač o rozměru přibližně 2x7 cm, který zesiluje signál z měřicí elektrody.

Druhý modul o rozměru přibližně 1 χ 2 cm je složen z mikroprocesoru a vysílacího členu. Mikroprocesor je vybaven řídicím softwarem, který je součástí systému zpracování dat a přenosu signálu. V sondě je dále umístěn průlinčitý sáček se silikagelem, který zajišťuje suché prostředí potřebné pro funkci elektroniky.

i5 Obsluha zařízení podle technického řešení je snadná, získané výsledky měření byly velmi přesné a zvířata celé vyšetřování dobře snášela a byla při něm klidná. Po malé úpravě zejména vyhodnocovacího systému lze nové zařízení podle technického řešení použít na vyšetřování i jiných druhů přežvykavých zvířat. Bachorovou sondu lze snadno vložit na dno ventrálního bachorového vaku pres bachorovou kanylu po odejmutí víka kanyly.

Na přiložených výkresech je na obr. 1 znázorněn bočný pohled na koncovou část zařízení podle technického řešení, tedy na sondu. Na obr. 2 je podélný řez sondou, na obr. 3 je spodní pohled na sondu a na obr. 4 je schematické zobrazení celého sledování zvířete s přenosem a záznamem naměřených hodnot.

Následující příklady provedení zařízení podle technického řešení pouze dokládají, aniž by ho jakkoliv omezovaly.

Příklady provedení

Příklad 1

Vyšetřovanému zvířeti 21 - laktující dojnici o hmotnosti 600 kg a stáří 4 roky - byla v místním znecitlivění voperována bachorová kanyla 22 do břišní stěny bachoru tak, aby víko kanyly 23 bylo volně přístupné zvenku zvířete 21. Bachorová kanyla 22 může zůstat ve zvířeti 21 libovolně dlouho. Měřicí sonda 16 je vložena do ventrálního bachorového vaku přes bachorovou kanylu 22 po odejmutí víka kanyly 23. Vložená sonda 16 se skládá z nerezové trubky 1 o délce 20 cm a průměru 8 cm, která tvoří sondu 16 hermeticky uzavřenou z obou stran. Spodní víko 2 s ochranným lemem 3 je našroubováno přes závit 6 na trubku 1 s použitím těsnění 5. Na uvedeném spod35 ním víku 2 s lemem 3 je jeden otvor opatřený kabelovou průchodkou 7, kterou prochází kombinovaná platinová elektroda s gelovou referenční elektrodou 8. Tato slouží k měření parametru redox potenciálu a jako referenční elektroda. Ochranný lem 3 je opatřen 4 velkými otvory 4 za účelem dobrého kontaktu bachorové tekutiny s elektrodou 8. Ochranný lem 3 má délku přibližně

4,5 cm, otvory 4 mají průměr přibližně 3,5 cm χ 3 cm a mohou být oválné či kulaté.

V horním při vařeném víku 9 trubky 1 je umístěna kabelová průchodka 10, kterou prochází anténní kabel JT o průměru asi 5 mm, který vyčnívá nad homí hranu trubky I přibližně 1 m a plní funkci vysílací antény. Je vyveden nad povrch vyšetřovaného zvířete 21 a umístěn na víku 23 kanyly 22 na břišní stěně zvířete 2U Ve výši přibližně 40 cm nad horní hranou trubky I je na anténním kabelu 1T zevně upevněna karabina 17, která slouží k vnější fixaci sondy 16 k víku 23 bachorové kanyly 22. Horních 10 cm anténního kabelu ϊ 1 je zbaveno stínění z důvodu zajištění vysílací funkce.

Uvnitř sondy 16 je umístěna elektronická část sestávající z modulu 12, modulu 13 a elektrického zdroje 14, který nejlépe tvoří akumulátor. Modul 12 je zesilovač o rozměru přibližně 2x7 cm,

-3CZ 19728 Ul který zesiluje signál z měřicí elektrody 8. Modul 13 o rozměru 1x2 cm je složen z mikroprocesoru a vysílacího členu. Mikroprocesor je vybaven řídicím softwarem, který je součástí systému přenosu signálu. V sondě 16 je dále umístěn průlinčitý sáček 15 se silikagelem, který zajišťuje suché prostředí potřebné pro funkci elektroniky. Výsledky měření báchoro vé tekutiny se bez5 drátově přenášejí z ventrálmho vaku bachoru zvířete 21 přes vysílací anténu 11 na přijímací anténu 18 do počítače 20, umístěného v přilehlé laboratoři, prostřednictvím interface 19 a USB portu. Řídicí software je možné použít pro neomezený počet používaných měřicích sond 16, takže k počítači 20 lze současně napojit několik sond 16 pro současné vyšetřování několika zvířat 21.

io Zařízením podle technického řešení byly úspěšně vyšetřeny 4 ks zvířat, převážně skotu, v roce 2008 a bylo prokázáno, že je plně funkční a vůči vyšetřovaným zvířatům mnohem Šetrnější než dosavadní používaná zařízení. Získané výsledky měření byly velmi přesné.

Literatura:

Gasteiner J., Fallast M,, Rosenkranz S., Háusler J., Schneider K., Schwab M., Guggenberger T.

2008. Móglichkeiten zur mesung des pH-wertes im pansen. Nutztierpraxis Aktuell, 25:14-21;

Marden J.P., Julien C., Monteils V., Auclair E., Moncoulon R„ Bayourthe C. 2008. How Does Live Yeast Differ from Sodium Bicarbonate to Stabilize Ruminal pH in High-Yielding Dairy Cows? J. Dairy Sci., 91:3528-3535;

Marounek M., Bartoš S., Kalachnyuk G.I. 1982. Dynamics of the redox potential and rH of the rumen fluid of goats. Physiol. Bohemoslov. 31:369-374;

Marounek M., Roubal P., Bartoš S. 1987. The redox potential, rH and pH values in the gastrointestinal tract of smáli ruminants. Physiol. Bohemoslov., 36:71-74;

Mathieu F„ Jouany J.P., Senaud 1, Bohatier J., Bertin G., Mercier M. 1996. The effect of Saccharomyces cerevisiae and Aspergillus oryzae on fermentations in the rumen of faunated and defaunated sheep; protozoal and probiotic interactions. Reprod. Nutr. Dev., 36:271-287;

Mishra M., Martz F.A., Stanley R.W., Johnson H.D., Campbell J.R., Hilderbrand E. 1970. Effect of diet and ambient temperature-humidity on ruminal ph, oxidation reduction potential, ammonia and lactic acid in lactating cows. J. Anim Sci., 30:1023-1028.

Claims (4)

1. 30 1. Zařízení pro měření hodnot redox potenciálu bachorové tekutiny, vyznačující se tím, že je tvořeno měřicí sondou (16) upevněnou na bachorové kanyle (22), kde sonda se skládá z nerezové trubky oboustranně hermeticky uzavřené dvěma víky (2, 9), přičemž spodní víko (2) spojené s lemem (3) je opatřeno otvorem s kabelovou průchodkou (7) pro průchod redox elektrody (8), přičemž v homím připevněném víku (9) trubky (1) je kabelová průchodka (10) pro

   35 průchod anténního kabelu (11), který vyčnívá nad trubku (1), je připevněn na víku (23) kanyly (22) umístěné v břišní stěně zvířete (21), vyveden nad povrch sledovaného zvířete (21) a je na něm zevně připevněna karabina (17) pro vnější zajištění sondy (16) k víku (23) bachorové kanyly (22) a uvnitř sondy (16) je umístěn modul (12) zesilovače signálu elektrody (8) a modul (13) s mikroprocesorem a vysílacím členem, elektrický zdroj (14) a sáček (15) se silikagelem, přičemž

   40 signál ze sondy (16) je přijímán anténou (18) spojenou prostřednictvím interface (19) a USB portem počítače (20) pro bezdrátový přenos výsledků měření z povrchu alespoň jednoho zvířete (21).

   -4CZ 19728 Ul
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že redox elektrodu (8) tvoří kombinovaná platinová elektroda s gelovou referenční elektrodou.
3. 3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že trubka (1), homí víko (9), spodní víko (2) a ochranný lem (3) jsou z nerezové oceli.

   5 4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že modul (12) je zesilovač signálu z měřicí elektrody (8).

   5. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že modul (13) je složen z mikroprocesoru s řídicím softwarem a vysílacího členu.

   6. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že je tvořeno přijímací anténou io (18), interface (19) a USB portem v počítači (20) pro současné zpracování signálu z více než jedné sondy (16) a tím i pro současné sledování několika zvířat (21).
4. 4 výkresy