[ad_1]
По мере того, как пища движется по пищеварительному тракту, сокращающиеся мышцы вдоль тракта обеспечивают плавное прохождение пищи. Потеря этой подвижности может привести к кислотному рефлюксу, неспособности пищи выйти из желудка или запорам.
Нарушения моторики обычно диагностируются с помощью катетера, содержащего датчики давления, которые могут воспринимать сокращения желудочно-кишечного тракта. Исследователи Массачусетского технологического института в настоящее время разработали новое устройство, которое может предложить более дешевую и простую в производстве альтернативу существующей диагностике нарушения моторики ЖКТ, вдохновленную конструкцией древней технологии инков, кипу — набора узловатых шнуров, используемых для передачи информации.
В ходе испытаний на животных исследователи Массачусетского технологического института и их сотрудники из Brigham and Women’s Hospital продемонстрировали, что их простое устройство, силиконовая трубка, наполненная жидким металлом и многократно завязанная, производит измерения, аналогичные тем, которые производятся с помощью современной диагностической техники. , известный как манометрия высокого разрешения.
«Это действительно простая и недорогая установка, однако мы можем проводить измерения, для которых обычно требуются устройства стоимостью в тысячи долларов и гораздо более сложный инструмент», — говорит Джованни Траверсо, сотрудник компании Karl van Tassel. Развитие карьеры Ассистент профессора машиностроения в Массачусетском технологическом институте, гастроэнтеролог в Brigham and Women’s Hospital и старший автор исследования.
Ученые Массачусетского технологического института Кеванг Нан и Сахаб Бабаи являются ведущими авторами исследования, которое опубликовано сегодня в Природная биомедицинская инженерия.
Диагностика нарушения моторики
Сокращения желудочно-кишечного тракта имеют решающее значение для продвижения пищи по всему тракту, и прерывание этих сокращений в любой момент может вызвать проблемы со здоровьем. Золотой стандарт диагностики манометрии можно использовать для измерения того, правильно ли работают мышцы желудочно-кишечного тракта, чтобы генерировать эти волны.
«Манометрия с высоким разрешением может измерять давление и скорость, с которой распространяются сократительные волны, но эти системы довольно дороги, в диапазоне десятков тысяч долларов, и они требуют обслуживания и стерилизации между пациентами», — говорит Траверсо.
Траверсо (выросший в Перу) и Нэн думали, что технология инков кипу может помочь в разработке более простой диагностики. Устройства кипу, состоящие из цветных шнуров, завязанных разными способами, использовались инками и другими древними цивилизациями Анд для записи информации и отправки сообщений до того, как была изобретена письменность.
«Наша цель состояла в том, чтобы сделать устройство, сравнимое с существующими коммерчески доступными датчиками давления на основе катетера, но в то же время снизить стоимость и упростить его производство и развертывание», — говорит Нэн.
Исследователи начали с простого катетера из силикона, который они заполнили эвтектикой галлия-индия, жидким металлом, нетоксичным в небольших количествах, и запечатали его с обоих концов. В развязанном состоянии эта трубка может реагировать на изменения давления, но недостаточно чувствительна для обнаружения изменений давления в желудочно-кишечном тракте.
Однако, когда они установили узлы через определенные интервалы вдоль трубки, исследователи обнаружили, что катетер стал гораздо более чувствительным к изменениям давления и мог обнаруживать давление примерно до 200 миллиметров ртутного столба, что примерно соответствует самому высокому давлению, наблюдаемому в пищеварительном тракте человека. .
Эта повышенная чувствительность связана с тем, что узлы удлиняют поперечное сечение трубки, облегчая ее сжатие, как показали исследователи с помощью численных моделей. Кроме того, когда трубка завязана узлом, три или четыре секции трубки укладываются одна на другую, что еще больше повышает ее чувствительность к изменениям давления.
Исследователи также показали, что чувствительность к давлению может варьироваться в зависимости от типа узла и того, насколько крепко он завязан. Для использования в желудочно-кишечном тракте исследователи использовали узлы, расположенные на расстоянии около 1 сантиметра друг от друга, чтобы соответствовать расстоянию между датчиками давления в манометре, но, по словам исследователей, их можно было бы разместить ближе друг к другу для других применений.
В тестах на животных исследователи использовали датчик, вдохновленный кипу, для измерения давления в пищеводе при проглатывании пищи. Они также измерили рефлекс, известный как ректоанальный тормозной рефлекс (RAIR). В обоих тестах новые устройства генерировали измерения давления, аналогичные манометрическим методам золотого стандарта.
Более простая альтернатива
Исследователи также показали, что устройства могут выдерживать высокие температуры и могут обрабатываться в автоклаве, обычном медицинском инструменте, используемом для стерилизации предметов с помощью тепла и давления. Это дает им преимущество перед существующими манометрическими катетерами, которые нельзя помещать в автоклав и которые необходимо подвергать химической дезинфекции. Кроме того, устройства настолько недороги в изготовлении, что их можно выбрасывать после каждого использования, если автоклавы недоступны.
«Они очень быстро строятся и очень дешевы», — говорит Нэн. «Еще одна причина сделать гастроинтестинальные манометры дешевыми и одноразовыми — способствовать децентрализованной диагностике. Здесь дешевизна облегчает доступность за счет снижения стоимости, а одноразовость еще больше способствует общественному признанию, устраняя затраты на обслуживание и уменьшая сложности во время использования».
Датчики, вдохновленные кипу, могут быть полезны в местах, где нет доступа к современным технологиям манометрии, а также в более промышленно развитых районах в качестве менее дорогой и простой в использовании альтернативы манометрии.
«Я думаю, что этот вид диагностики можно широко применять как в развивающихся, так и в развитых странах», — говорит Траверсо. «Следующим шагом является определение потенциальных партнеров, которые помогут нам в их производстве, а затем их тестирование на пациентах».
Другие авторы статьи включают Уолтера Чана, директора Центра моторики желудочно-кишечного тракта в Brigham and Women’s Hospital; Йоханнес Куосманен, технический сотрудник Массачусетского технологического института; Вивиан Фейг, постдокторант Массачусетского технологического института и Brigham and Women’s; Юэ Луо, аспирант Массачусетского технологического института; Шрия Шринивасан, постдоктор Массачусетского технологического института и Brigham and Women’s; Кристина Паттерсон, студентка Массачусетского технологического института; и Ахмад Муджтаба Джебран, технический сотрудник Массачусетского технологического института и Brigham and Women’s.
Исследование финансировалось Департаментом машиностроения Массачусетского технологического института.
[ad_2]
Source