CN103134722A - 肠胃组织拉伸应力测量装置及测量方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种肠胃组织拉伸应力测量装置及测量方法。该装置包括：底座、固定模块、活动模块、拉伸模块和测量模块；其中：固定模块固定于底座上，活动模块位于固定模块和拉伸模块之间，活动模块和拉伸模块之间通过弹簧连接，活动模块和拉伸模块可在底座上滑动，测量模块用于测量活动模块和固定模块之间的距离以及拉伸模块和固定模块之间的距离。测量时，将待测量肠胃组织的两端分别固定于固定模块和活动模块上，在拉伸模块上施加拉力，使得待测量肠胃组织的长度发生变化；由测量模块测量弹簧的拉力F和待测量肠胃组织在该拉力作用下的长度应变σ。该方法节约时间，成本低，适用范围广。

Description

肠胃组织拉伸应力测量装置及测量方法与应用

技术领域

本发明涉及一种生物医药用评估方法及其仪器，具体涉及一种新型实验用肠胃组织拉伸应力测量装置及测量方法与应用。

背景技术

根据世界卫生组织发布的全球统计报告，癌症位居人类第一杀手，2008年全球13％的死亡率源于癌症，其中消化道肿瘤位于前列；在我国，根据***发布的统计，结直肠癌和胃癌分别居于城市居民和农村居民癌症死亡率的第二位，因此胃肠道研究具有重要的现实意义和社会价值。具体科学研究中，动物模型例如小鼠是不可或缺的研究工具，几乎所有的化学或生物药物都必须先在动物体内对其活性、作用机理、毒理等进行研究，然后才能应用到临床。由于肠特殊的构造，在肠组织状态的评估过程中，主要采用传统的组织切片方法，在显微镜下观察绒毛或腺窝等微结构。

近年来随着生物科技的发展，出现了一些新的检测方法，例如检测血清中内毒素(LPS)或者二胺氧化酶(DAO)的浓度，炎症因子如TNF-α的水平，或者检测肠组织裂解液中凋亡相关蛋白和核酸的含量。但是无论组织切片、血清检测还是组织裂解液检测，都非常费时费力，耗费资源。例如最常用的石蜡组织切片，需要先将肠道组织或胃部组织固定1-2天，然后依次用由低到高浓度的酒精脱水，浸蜡，做成蜡块之后切片，再经过脱蜡和染色，才能在显微镜下面观察；平均做一次切片需要4-5天时间，并且需要用到二甲苯等对人身体有害的试剂，以及切片机、显微镜等器材。而提取血清或者组织裂解液检测各种分子，也要用到各种专门的生化试剂比如酶、抗体等，必须使用专门的仪器才能检测，一般需要1-2天才能完成。这些方法一方面过程繁琐，增加实验难度和出错的机会，另一方面需要配套试剂和仪器，对实验设备的要求较高。

此外，有人报道用杨氏模量检测来确定健康大鼠肠组织的弹性特征。但是杨氏模量常用于金属等材料的检测，而且只适用于该材料一定弹性范围内的拉伸，需要确定所拉伸对象的横截面积。但是小肠的横截面积理论上应由测量肠壁厚度与周长实现，但是肠壁由于大量褶皱的存在不可能有固定的厚度值，另一方面，肠壁的变化本身即为我们实验观测的目的，因此杨氏模量在检测肠组织的拉伸特性方面并非合适的选择。

发明内容

本发明的目的在于，针对以上现在技术中存在的不足提供一种测量肠胃道拉伸应力的新型仪器和一种新的评价肠胃道拉伸应力的方法，即放弃传统的生物化学思路，利用肠道组织不同生理状态下物理特性的改变，对肠道组织受到拉伸时的力学特性改变进行检测，从而通过直接测量拉力与长度应变的关系，来确定肠壁整体的微结构变化。

为实现上述发明目的，根据本发明的一方面，提供了一种肠胃组织拉伸应力测量装置，其包括：底座(1)、固定模块(2)、活动模块(3)、拉伸模块(4)和测量模块(5)；其中：固定模块(2)固定于底座(1)上，活动模块(3)位于固定模块(2)和拉伸模块(4)之间，活动模块(3)和拉伸模块(4)之间通过弹簧(6)连接，活动模块(3)和拉伸模块(4)可在底座(1)上滑动，测量模块(5)用于测量活动模块(3)和固定模块(2)之间的距离以及拉伸模块(4)和固定模块(2)之间的距离。

作为对上述技术方案的完善和补充，本发明进一步采取如下技术措施或是这些技术措施的任意组合：

优选的，底座(1)上设有供活动模块(3)和拉伸模块(4)运动的滑轨，活动模块(3)和拉伸模块(4)的下端可沿所述滑轨平行滑动。

优选的，弹簧(6)与活动模块(3)和拉伸模块(4)的滑动轨迹平行。

优选的，测量模块(5)为平行于活动模块(3)和拉伸模块(4)的滑动轨迹的刻度尺。

优选的，所述拉伸模块(4)呈倒T型。

优选的，所述刻度尺固定于底座(1)上。

根据本发明的另一方面，提供了一种使用上述装置测量肠胃组织拉伸应力的方法，包括步骤：

1)获取待测量肠胃组织(7)；

2)将待测量肠胃组织(7)的两端分别固定于固定模块(2)和活动模块(3)上，在拉伸模块(4)上施加拉力，使得待测量肠胃组织(7)的长度发生变化；

3)由测量模块(5)测量弹簧(6)的拉力F和待测量肠胃组织(7)在该拉力作用下的长度应变σ，F＝k(x₂-x₁-B)，σ＝(x₁-A)/A*100％，其中：

k为弹簧(6)的劲度系数；

A为待测量肠胃组织(7)无拉伸时的原始长度(即，待测量肠胃组织无拉伸时活动模块和固定模块之间的距离)；

B为弹簧(6)无拉伸时的原始长度(即，弹簧无拉伸时拉伸模块和固定模块之间的距离)；

x₁为被拉伸后的活动模块(3)和固定模块(2)之间的距离；

x₂为拉伸模块(4)和固定模块(2)之间的距离。

作为对上述测量方法的完善和补充，本发明进一步采取如下技术措施或是这些技术措施的任意组合：

优选的，步骤2)中，使待测量肠胃组织(7)和弹簧(6)处于一条直线上。

优选的，所述待测量肠胃组织(7)为体外小肠组织。

优选的，所述待测量肠胃组织(7)为经过冲洗去掉内容物之后的体外新鲜肠胃组织。

优选的，上述方法中还包括步骤：将按步骤3)测得的正常(未损伤)肠胃组织的拉力F和长度应变σ分别作为纵坐标和横坐标绘制标准曲线。将按步骤3)测得的肠胃组织(受损伤)的拉力F和长度应变σ与标准曲线比对，评价肠胃组织的拉伸应力。

根据本发明的第三个方面，还提供了一种上述肠胃组织拉伸应力测量装置的用途，即所述装置用于评价体外肠胃组织的拉伸应力。

本发明中所用术语“肠胃组织”或“胃肠组织”均指已经脱离了人体或动物体的小肠、大肠或胃部组织。本发明所提供上述测量方法的直接目的并不是为了获得诊断结果或健康状况，而只是提供一种对已经脱离人体或动物体的组织进行检测以获取其拉伸性能的方法。在具体科学研究中，该方法可以作为先期实验，其获得的实验结果对后续采用其他实验手段进一步研究具有指导意义。

与组织切片和血清学检测方法相比，本发明的有益效果是：

1.节约时间，肠胃组织分离之后，即使血清学检测需要的时间远少于组织切片，但仍需要1-2天，但是本方法检测一个样本只需几分钟就可以，大大提高实验效率；

2.成本低，最普通的HE(苏木精-伊红)染色的组织切片的费用，市场价大约是一个样本50元，而血清学或者组织裂解液检测中需要用到的抗体动辄几千人民币，但是使用本方法，只需一次投入机器的购置费用，每次的检测费用几乎为零，且机器费用远远低于切片需要的切片机或者显微镜，更低于血清或组织裂解液检测的荧光检测装置。

附图说明

图1为根据本发明的具体实施方式的拉伸应力装置；

图2为实施例1中不同剂量化疗的小肠拉伸应变曲线变化。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作详细说明。但是，应理解本发明的实施方式并不仅局限于此，本领域的技术人员可以在不脱离本发明所揭示的精神和范畴之内对其进行各种修改及变化。即，提供本实施例仅用于完整地公开本发明并允许本领域技术人员更好地理解本发明，而不是为了限制本发明。

实施例1

如图1所示，本发明所提供的一种肠胃组织拉伸应力测量装置，其包括：底座1、固定模块2、活动模块3、拉伸模块4和测量模块5；其中，拉伸模块4优选呈倒T型；固定模块2固定在底座1上，用于固定待测量肠胃组织7的一端；活动模块3位于固定模块2和拉伸模块4之间，活动模块3与固定模块2相邻的一个侧面用于固定待测量肠胃组织7的另一端，活动模块3的另一个侧面用于固定弹簧6的一端；弹簧6的另一端与拉伸模块4固定连接。活动模块3和拉伸模块4可在底座1上滑动，从而通过改变作用在拉伸模块4上的拉力，使待测量肠胃组织7的长度发生变化，并且由测量模块5测量活动模块3和固定模块2之间的距离以及拉伸模块4和固定模块2之间的距离，再经计算获得弹簧6的拉力F和待测量肠胃组织在该拉力作用下的长度应变σ。

进一步的，底座1上设有供所述活动模块3和拉伸模块4滑动的滑轨8，活动模块3和拉伸模块4的下端可沿滑轨8平行滑动。

进一步的，弹簧6与活动模块3和拉伸模块4的滑动轨迹平行。

进一步的，测量模块5为平行于活动模块3和拉伸模块4的滑动轨迹的刻度尺。所述刻度尺优选为固定于底座1上。

本发明所提供的上述测量仪器与测量方法可用于测量小肠的拉伸应力变化。在以下的具体实施例中，将以小肠组织为例详细说明本发明的测量方法和测量仪器。本发明提供了一种拉伸应力装置，在拉伸小肠的同时，记录拉伸的距离变化和相应的作用力，绘制拉伸曲线。小肠损伤会造成曲线参数的变化，由此判断小肠的拉伸特性变化。

实施例2

选取一段小肠，将其两端分别固定于固定模块2和活动模块3上，固定后调整活动模块3和拉伸模块4，使小肠组织7和拉伸弹簧6皆处于无拉伸的自然伸展状态，记录小肠原始长度为A(cm)，弹簧原始长度为B(cm)。施加拉力拉动拉伸模块4，拉伸模块4带动弹簧6朝远离活动模块3的方向运动，并带动活动模块使小肠拉伸，分别记录活动模块3和固定模块2以及拉伸模块4和固定模块2之间的距离读数为x₁(cm)和x₂(cm)。已知弹簧劲度系数为k(N/cm)，由于弹簧的拉伸长度为(x₂-x₁)-B根据胡克定律，我们可以计算得到相应拉力为F＝k(x₂-x₁-B)。相应这时候小肠被拉伸的长度应变为σ＝(x1-A)/A*100％。改变拉力进行拉伸，以σ为横轴，F为纵轴绘制曲线，并对不同组的样本曲线进行比较，评估各组小肠的生理状态。

实施例3不同剂量化疗导致的不同程度的小肠损伤及长度-拉力应变曲线

在肿瘤的临床治疗中，5-氟尿嘧啶(5-FU)是最常用的化疗药物之一，本实例选取5-氟尿嘧啶化疗后小鼠的小肠作为研究对象，健康小鼠作为对照，观察化疗前后小鼠的小肠拉伸应力的变化。5-FU通过腹腔注射方法给药，并分为低剂量组和高剂量组。给药当天记为第0天，在第3天处死小鼠，将小肠从小鼠体内分离出来，用PBS或整理盐水冲洗去掉内容物之后，将肠腔中液体排空，并用吸水纸吸干多余PBS。

剪取欲观察部位的一段组织，使其两端分别固定到固定模块2和活动模块3上，调整两者之间的距离，使小肠处于自然伸展状态，记录其初始长度A(本实验中A＝5cm)，再调整弹簧使其处于无拉力状态(此处所选取弹簧原始长度B＝3cm，劲度系数k＝0.5N/cm)然后开始测量。缓慢拉伸，选取几个点记录拉伸的长度x1和x2，并计算所对应的长度应变σ＝(x1-5)/5*100％以及所需拉力F＝0.5*(x2-x1)N，绘制二维曲线。将正常小肠和经化疗后的小肠曲线对比，即可评估小肠的拉伸特性的变化。如图2所示，在长度被拉长至σ达到10％时，正常小肠组织需要1N的拉力，但是化疗后小肠由于细胞数量减少，造成肠壁细胞之间以及各层组织之间联系疏松，低剂量组需要0.6N左右的拉力，而高剂量组只需要0.2N左右的拉力即可达到同样的应变系数。

本发明的测量方法和测量仪器不仅可以用于测量小肠在各种药物或刺激作用下的拉伸应变，而且还可以用来测量大肠以及胃部组织的拉伸应变，但是因为胃是膨大的球形，因此应该将胃壁剪开取一定宽度的长条形，然后像小肠组织那样固定和检测。

Claims (13)

1.一种肠胃组织拉伸应力测量装置，其特征在于，包括：底座(1)、固定模块(2)、活动模块(3)、拉伸模块(4)和测量模块(5)；其中：固定模块(2)固定于底座(1)上，活动模块(3)位于固定模块(2)和拉伸模块(4)之间，活动模块(3)和拉伸模块(4)之间通过弹簧(6)连接，活动模块(3)和拉伸模块(4)可在底座(1)上滑动，测量模块(5)用于测量活动模块(3)和固定模块(2)之间的距离以及拉伸模块(4)和固定模块(2)之间的距离。

2.如权利要求1所述的肠胃组织拉伸应力测量装置，其特征在于，底座(1)上设有滑轨，活动模块(3)和拉伸模块(4)的下端可沿所述滑轨平行滑动。

3.如权利要求1所述的肠胃组织拉伸应力测量装置，其特征在于，弹簧(6)与活动模块(3)和拉伸模块(4)的滑动轨迹平行。

4.如权利要求1所述的肠胃组织拉伸应力测量装置，其特征在于，测量模块(5)为平行于活动模块(3)和拉伸模块(4)的滑动轨迹的刻度尺。

5.如权利要求4所述的肠胃组织拉伸应力测量装置，其特征在于，所述刻度尺固定于底座(1)上。

6.如权利要求1-5任一所述的肠胃组织拉伸应力测量装置，其特征在于，所述拉伸模块(4)呈倒T型。

7.一种使用如权利要求1-6中任一所述的装置测量肠胃组织拉伸应力的方法，包括步骤：

1)获取待测量肠胃组织(7)；

2)将待测量肠胃组织(7)的两端分别固定于固定模块(2)和活动模块(3)上，在拉伸模块(4)上施加拉力，使得待测量肠胃组织(7)的长度发生变化；

3)由测量模块(5)测量弹簧(6)的拉力F和待测量肠胃组织(7)在该拉力作用下的长度应变σ，F＝k(x₂-x₁-B)，σ＝(x₁-A)/A*100％，其中：

k为弹簧(6)的劲度系数，

A为待测量肠胃组织(7)无拉伸时的原始长度，

B为弹簧(6)无拉伸时的原始长度，

x₁为被拉伸后的活动模块(3)和固定模块(2)之间的距离，

x₂为被拉伸后的拉伸模块(4)和固定模块(2)之间的距离。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤2)中，使待测量肠胃组织(7)和弹簧(6)处于一条直线上。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述待测量肠胃组织(7)为小肠组织。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述待测量肠胃组织为经过冲洗去掉内容物之后的新鲜肠胃组织。

11.如权利要求7-10任一所述的方法，其特征在于，还包括步骤：将按步骤3)测得的正常肠胃组织的拉力F和长度应变σ分别作为纵坐标和横坐标绘制标准曲线。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，将按步骤3)测得的肠胃组织的拉力F和长度应变σ与所述标准曲线比对，评价肠胃组织的拉伸应力。

13.如权利要求1-6中任一所述的肠胃组织拉伸应力测量装置的用途，其特征在于，用于评价体外肠胃组织的拉伸应力。

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