РОЗДІЛ 2. МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ВИМІРЮВАНЬ
2.1. Експериментальна установка
Для реєстрації динамічних параметрів скорочення волокон скелетного м’язу
використовувалась тензометрична установка, створена на кафедрі біофізики
Київського національного університету ім. Тараса Шевченка. Пристрій складається
з камери, в якій розміщується досліджуваний препарат, датчика сили, датчика
довжини, двигуна, генератора синхронних імпульсів, охолоджуючого пристрою,
терморезистора, осцилографів, комплексу АЦП-ЦАП, персонального комп’ютера і
системи оптичних пристроїв для візуального спостереження за експериментом та
обслуговування і підготовки препарату для досліду. Блок-схема науково-дослідної
тензометричної установки показана на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Блок-схема експериментальної установки.
Cтимуляція волокон здійснювалась електричними імпульсами прямокутної форми
тривалістю 2 мс частотою від 16 до 30 Гц напругою 5-7 В. Платинові електроди
нерухомо фіксували безпосередньо у дослідницькій камері паралельно один від
одного на відстані 8 мм. Характеристики стимулюючого сигналу задавали програмно
і передавали з комплексу АЦП-ЦАП на генератор з часом затримки не більш 0.007
мс. Згенеровані аналогові імпульси поступали через подразнюючі електроди до
дослідницької камери з м’язовим препаратом. Час затримки при цьому становив не
більш 0,08 мс. Загальний час затримки фіксували на вході комплексу АЦП-ЦАП, що
дозволяло компенсувати його при обробці результатів. Криві, представлені в
роботі, будували з врахуванням часової затримки сигналів входу-виходу
перетворювача. Полярність стимуляції можна було змінювати в залежності від
симетричності розміщення подразнюючих електродів відносно просторового
розміщення досліджуваного препарату. Паралельний візуальний контроль
стимулюючого сигналу здійснювали за допомогою катодного осцилографа.
Камера (Рис. 2.2) представляла собою плексигласову ємність, в якій розміщували
досліджувані пучки волокон скелетного м’язу. На дні робочої камери за допомогою
дихлоретану був зафіксований платино-іридієвий мікротерморезистор, який
виконував функцію датчика температури. Мікротерморезистор мав такі технічні
характеристики: номінальний електричний опір при 0 0С – 4648 Ом; при підвищенні
температури до 20 0С опір резистора зменшувався до 2150 Ом; потужність
розсіювання, яка викликала нагрівання терморезистора на 0,1 0С, становила 25
мкВт; постійна часу на повітрі та в нерухомому розчині становила 10 та 0,5 с,
відповідно; допустимий діапазон вимірювання температури за допомогою цього
пристрою, складав -60 - +150 0С. Поверхня датчика температури покривалась
ізолюючим покриттям для запобігання його контакту з циркулюючим розчином Кребса
в заглибленні камери. За допомогою датчика можна було контролювати перепади
температури у дослідницькій камері в межах + 0,1 0С.
Температуру розчину впродовж досліду підтримували на рівні 2-15 0С за допмогою
спеціального термостатичного пристрою на основі охолоджуючого кристалу. Кристал
був розміщений у герметичному плексигласовому резервуарі, через який постійно
циркулювала охолоджуюча рідина, що запобігала перенагріванню охолоджуючого
пристрою. Мікротерморезистор, який використовувався як датчик температури у
дослідницькій камері, був зв’язаний оберненим зв’язком з регулятором
температури, який керував режимом роботи охолоджуючого кристалу, змінюючи силу
струму його блоку живлення при змінах температури поза фіксованими межами.
Рис. 2.2. Експериментальна камера з системою терморегуляції.
Камера мала два розпили для защепів, з’єднаних з датчиками сили та довжини за
допомогою лігатур. Камера була сконструйована таким чином, що за допомогою
двостороннього перистальтичного насосу забезпечувалась постійна циркуляція
фізіологічного омиваючого розчину Кребса впродовж усього експерименту, що
сприяло подовженню терміну життєздатності препарату та прискорювало відновлення
його нормального фізіологічного стану після стимульованих скорочень.
Фізіологічний розчин Кребса був такого складу: NaСl – 135 мМ/л; КСl – 5,5 мМ/л;
МgСl2 1,2 мМ/л; глюкоза – 11,5 мМ/л; СаСl2 - 2,5 мМ/л; HEPES – 1,6 мМ/л.
Для реєстрації зміни довжини препарату використовувався датчик, який складався
з комплексу фотоелектронного помножувача (ФЕП), трьохпроменевого квантового
генератора та рухомого шківу, оснащеного алюмінієвою шторкою (рис. 2.3). При
зміні довжини досліджуваного препарату шків переміщався і за зміщенням шторки,
ФЕП оцінював зміни довжини. Датчик був з’єднаний з підсилювачем та комплексом
АЦП – ЦАП. Таким чином, сформована ФЕП-відповідь на переміщення препарату
трансформувалась у цифрову форму і відображалась у вигляді кривих на моніторі
комп’ютера.
Рис 2.3. Датчик довжини.
Для реєстрації сили скорочення використовувався п'єзодатчик на основі
напівпровідникового кристалу з системою підсилювачів (рис. 2.4). Чутливість
датчика сили, який використовувався в експериментах з дослідження скорочення
поодиноких ізольованих волокон скелетного м’язу складала 1 г на 10 В. Датчик
сили розміщувався на двокоординатному столику з мікрометричними подачами, що
дозволяло орієнтувати положення датчика відносно камери та датчика довжини
волокна. Датчики були з’єднаниі з платою 16-канального комплексом АЦП-ЦАП, що
дозволяло спостерігати зміни сили на дисплеї комп’ютера відразу після
закінчення процесу скорочення.
Рис 2.4. Датчик сили.
Аналогові сигнали від датчиків, які фіксують силу, довжину та температуру
розчину в камері, подавали на аналого-цифровий перетворювач і оцифровували з
частотою опитування 1 кГц. Командні сигнали з відповідних виходів
цифро-аналогового перетворюва
- Київ+380960830922