CC BY
21VETERINARY SCIENCES
COMPARATIVE EVALUATION OF DIFFERENT VISCOMETER DESIGNS FOR STUDYING THE
VISCOSITY OF AIRWAY SECRETIONS
Alekhin Yu.
Doctor of Veterinary Sciences, Chief Researcher, Federal State Budget Scientific Institution All-Russian Veterinary Research Institute of
Pathology, Pharmacology and Therapy.
Russian Federation, Voronez.
ZhukovM.
Candidate of Veterinary Sciences, Senior Researcher of the Laboratory of Diseases of the Reproductive Organs, Breast and Young Animal Farm Animals, Research Center, Federal State Budget Scientific Institution All-Russian Veterinary Research Institute of
Pathology, Pharmacology and Therapy.
Russian Federation, Voronez.
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РАЗНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВИСКОЗИМЕТРОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЯЗКОСТИ СЕКРЕТА ДЫХАТЕЛЬНЫХ ПУТЕЙ
Алехин Ю.Н.
Доктор ветеринарных наук, главный научный сотрудник, ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский ветеринарный институт
патологии, фармакологии и терапии», Российская Федерация, г. Воронеж Жуков М.С.
Кандидат ветеринарных наук, старший научный сотрудник лаборатории болезней органов воспроизводства, молочной железы и молодняка сельскохозяйственных животных НИЦ, ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский ветеринарный институт
патологии, фармакологии и терапии», Российская Федерация, г. Воронеж
Abstract
The mucociliary system of the respiratory organs is one of the most important links of local protection against various damaging factors. In accordance with this, in veterinary medicine there is a need to create diagnostic methods aimed at identifying violations of the mucociliary system and evaluating the effectiveness of methods for its correction. In the framework of this work, studies of the informativity and practical acceptability of various viscometer designs were carried out. It is shown that a modified version of a capillary microviscometer of liquid media has the same level of measurement accuracy as Hess and Oswald viscometers, but it reduces the time and extends the range of the study.
Аннотация
Мукоцилиарная система органов дыхания является одним из важнейших звеньев локальной защиты от различного рода повреждающих факторов. В соответствии с этим в ветеринарной медицине создаётся необходимость создания диагностических методов, направленных на выявление нарушений работы муко-цилиарной системы и оценки эффективности способов её коррекции. В рамках данной работы проведены исследования информативности и практической приемлемости разных конструкций вискозиметров. Показано, что модифицированный вариант капиллярного микровискозиметра жидких сред обладает тем же уровнем точности измерений, что и вискозиметры Гесса и Освальда, но позволяет сократить время и расширить диапазон исследования.
Keywords: mucociliary system, secret respiratory tracts, viscosity
Ключевые слова: мукоцилиарная система, секрет дыхательных путей, вязкость
Введение. Мукоцилиарная система является одним из важнейших звеньев локальной защиты респираторного тракта [3], а её поражение входит в число постоянных компонентов патогенеза заболеваний органов дыхания [6]. При этом наиболее часто нарушаются реологические свойства бронхиального секрета, что приводит к снижению активности дренажа и санации бронхиального древа [2]. Поэтому информация о вязкости мокроты является основным элементом диагностики бронхолегочной патологии [4, 5]. Вязкость - свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их
части относительно другой, в основе которого лежит механизм внутреннего трения в жидкостях и газах. Совокупность методов для измерения вязкости называют вискозиметрия. Капиллярные вискозиметры могут иметь разнообразную конструкцию, но не каждый способен подойти для анализа секрета дыхательных путей.
Целью данной работы стало оценка приемлемость для клинической ветеринарии разных конструкций вискозиметров и проведение модификации наиболее перспективной из них.
Материалы и методы исследования. Объектом исследования был назальный секрет клинически здоровых (n=6) и больных бронхопневмонией (n=6) телят в возрасте 5-6 месяцев. Пробы назального секрета отбирали с помощью зонда-тампона, который вводили в носовую полость на глубину 3 -5 см. После нескольких циклов дыхания и массажа мягких тканей носа он извлекался и помещался в стерильный контейнер. Исследования проводили в течение 3 часов после отбора биоматериала. При этом использовали три конструкции капиллярных вискозиметров: Освальда (ВПЖ-1.0,34, ГК «Экрос», Россия), Гесса (ВК-4, Завод медико-санитарного оборудования, Россия) и микровискозиметр жидких сред (ВЖС, Патент RU .№2163368) [1]. Во время проведения исследований постоянно вели мониторинг температуры исследуемой жидкости и воздуха в лаборатории, а вискозиметры перед началом измерения промывали этиловым ректификованным спиртом (96%) и просушивали. Изменение температуры в опытах по изучению её влияния на вязкость мокроты, проводили с помощью климатической камеры (диапазон от -20 до +80, Jeio Tech, Южная Корея).
Расчёт кинематической вязкости мокроты проводили по формуле:
V=t * (Vo/to),
(1)
где V - кинематическая вязкость мокроты (м2/с), 1 - время вытекания мокроты (с), ^ - время вытекания дистиллированной воды (с), vо - кинематическая вязкость дистиллированной воды (м2/с).
Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью специализированной программы В^Ш 6.1 (AmlystSofflnc, http://www.analvstsoft.com). Рассчитывали среднюю арифметическую (М), среднюю ошибку средней арифметической (т), коэффициент вариации (С) и достоверность разницы (р) по критерию Стъюдента.
Результаты исследования и обсуждения. Опыт по изучению информативности разных конструкция вискозиметров проводили при температуре воздуха в зоне замера +20 оС. Полученные при этом результаты показали, что использование ВК-4 для исследования назального секрета требует сравнительно большой затраты времени. Помимо этого, часто наблюдается скачкообразное перемещение мокроты при втягивании воздуха из обеих пипеток, что повышает риск аналитической ошибки. Конструкция ВПЖ-1.0,34 предусматривает образова-
ние «висячего уровня» при течении жидкости, поэтому она перемещается плавно, т.к., не зависит от её количества и гидростатического давления. Однако, при использовании данной конструкции вискозиметра часто возникают трудности с формированием точного объёма мокрота между точками М3 и М4, так как ещё некоторое время её остатки стекают по стенкам трубки. При этом изменяются условия проведения теста и трудно его унифицировать. Образование «висячего уровня» и исключение гидравлического давления так же предусмотрено конструкцией ВЖС, в котором жидкость набирается через капилляр (игла) до необходимого уровня, а затем вытекает в обратном направлении, что исключает необходимость перемещения её по вспомогательным трубкам. Поэтому, капиллярный микровискозиметр жидких сред, изготовленный в соответствии с патентом № №2163368 [1], оказался более приемлемым для исследования назального секрета. Дальнейшие исследования информативности данного вискозиметра, в котором предусмотрен капилляр диаметром 0,6 мм, показали, что увеличение вязкости мокроты с 1,067±0,0013 до 1,350±0,0010 м2/с*10-6 сопровождалось удлинением времени исследования с 0,5±0,003 до 1,25±0,005 минут, а секрет с показателями 1,550 м2/с*10-6 и более не вытекал из иглы. Для увеличения методических возможностей ВЖС в его конструкцию были внесены изменения: увеличили внутренний диаметр иглы с 0,6 до 0,8 мм, разработали специальный держатель, позволяющий унифицировать процесс забора пробы из пробирки. Предлагаемый вискозиметр можно изготовить из инсулинового шприца (и 40-100) и иглы с внутренним диаметром 0,8 мм и длинной 40 мм (в21). Чистый и высушенный микровискозиметр закрепляют в держатель (6). С помощью штока (1) в цилиндр (2) шприца набирают мокроту до уровня 20 мкл, поршень при этом должен находиться чуть ниже отверстия (3). Иглу вискозиметра (4) располагают над пробиркой (5), но она не касается жидкости (рисунок 1).
Шток перемещают вверх до уровня, где поршень будет выше отверстия и в момент, когда откроется доступ воздуха в цилиндр, включают секундомер. Определяют время вытекания мокроты от уровня 20 мкл до 0 мкл. С использованием чистого и сухого вискозиметра аналогично исследуют дистиллированную воду. При этом разница температуры назального секрета и дистиллированной воды не должна превышать - 0,01°С.
Рисунок 1. Капиллярный микровискозиметр
Сравнительный анализ погрешности измерений вязкости мокроты показал, что при исследовании оригинальным ВЖС [1] она составила ±0,19%, а при использовании модернизированной конструкции вискозиметра, установленного в специальном держателе (МВЖС) - 0,20%. При этом время измерения проб с вязкостью от 1,180±0,003 до 1,275±0,003 м2/с*10-6 в первом варианте была равна 35,0±3,07 с, во втором 12,0±0,52 с, а секрет с показателем 1,300-1,500 м2/с*10-6 вытекал в течение соответственно 68,0±3,17 и 20,0±1,08 с.
Таким образом, модификация капиллярного микровискозиметра жидких сред (Патент ЯИ № №2163368) позволила, не изменив точность измерений, сократить время исследования и расширить диапазон измерения, что повысило его информативность и приемлемость в клинической практике.
Сравнительная оценка воспроизводимости результатов, полученных с помощью вискозиметров ВК-4 (Гесса), ВПЖ 1.0,34 (Освальда) и МВЖС проводилась на основании анализа пяти повторов измерения вязкости пробы назального секрета при температуре воздуха в рабочей зоне +18,8 и +25 °С. При этом было показано, что минимальный коэффициент вариации отмечен при использовании МВЖС, а затем по возрастанию, ВК-4 и ВПЖ 1.0,34. Помимо этого выявлено различие в чувствительности методов к изменению температуры в рабочей зоне. Так, увеличение температуры на 6,2 °С сопровождалось ростом коэффициента вариации на 9,1% (р<0,01) при использовании МВЖС, на 65,1 и 68% (р<0,001) соответственно вискозиметров Освальда и Гесса (таблица 1).
Таблица 1
Показатели вязкости трахеобронхиальной секрета (м2/с*10-6)
Показатели Конструкция вискозиметра
ВПЖ 1.0,34 ВК-4 МВЖС
Температура 18,8 °С
M±m 1,273±0,0020 1,274±0,0016 1,275±0,0011
С, % 0,63 0,50 0,44
Температура 25,0 °С
M±m 1,068±0,0026 1,068±0,0021 1,069±0,0012
C, % 1,04 0,84 0,48
Таким образом, модифицированный капиллярный микровискозиметр жидких сред показал сравнительно более стабильные результаты при повторе замеров и меньшую чувствительность к изменению температуры в рабочей зоне.
Заключение. Вязкость назального секрета является важным показателей отражающим состояние мукоцилиарной системы - основного элемента локальной защиты респираторного тракта. Результаты оценки информативности и практической приемлемости разных конструкций вискозиметров показали, что все они имеют свои положительные и отрицательные свойства. Однако, аналитическая вариабельность показателей при использовании модернизированной конструкции капиллярного микровискозиметра жидких сред, установленного в специальном держателе, оказалась значительно меньше, чем при проведении измерений с помощью ВК-4 (Гесса) и ВПЖ 1.0,34 (Освальда). Помимо более высокой точности замеров и меньшей чувствительности к изменению температуры в рабочей зоне, эта конструкция так же позволяет сократить время исследований и расширить их диапазон.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Илясов Л. В. Капиллярный микровискозиметр жидких сред: пат. 2163368 Рос. Федерация: МПК G 01 N 011/06 / Л. В. Илясов, О. В. Аккуди-нова, Х. С. Аль; заявитель и патентообладатель Тверской Государственный технический университет. - № 98111795/12; заявл. 16.06.1998; опубл. 20.02.2001.
2. Результаты применения растительного и синтетических муколитиков в терапии респираторных заболеваний у детей / М.А. Скачкова, Р.Ш. Якупова, С.Б. Чолоян, Е.Г. Карпова // Лечение и профилактика. - 2015. - №4 (16). - С. 24-28.
3. Mall M.A. Role of cilia, mucus, and airway surface liquid in mucociliary dysfunction: lessons from mouse models / M.A. Mall // J Aerosol Med Pulm Drug Deliv. - 2008. Vol. 21 (1). - P. 13-24.
4. Prescott E. Chronic mucus hypersecretion in COPD and death from pulmonary infection / E. Prescott, P. Lange, J. Vestbo // Eur Respir J. - 1995. Vol. 8(8). P. 1333-1338.
5. Rogers D.F. Physiology of airway mucus secretion and pathophysiology of hypersecretion // D.F. Rogers // Respir Care 2007. Vol. 52. P. 1134-1146.
6. Stannard W. Ciliary function and the role of cilia in clearance / W. Stannard, C. O'Callaghan // J Aerosol Med. - 2006. - Vol. 19 (1). - P. 110-115.
