在离体蟾蜍心脏恒压灌流装置的研制与应用

1辽宁省高等教育教学成果奖成果总结报告成果名称在/离体蟾蜍心脏恒压灌流装置的研制与应用成果完成人赵润英李大满陈魁敏郝伟成果完成单位沈阳医学院机能中心实验室申请等级二等奖申报时间2008.12.10成果科类10代码1001221学校网址辽宁省教育厅制2成果总结报告赵润英（沈阳医学院机能中心实验室）“在/离体蟾蜍心脏恒压灌流装置”是根据我院机能实验学综合性实验项目－“蟾蜍心脏功能实验”的实际需要，由机能中心实验室主任赵润英教授带领李大满、陈魁敏、郝伟等同志一道，历时一年半的时间，于2006年5月共同研制成功的，具有功能齐全、使用方便、节省空间、安全环保、美观大方等特点的机能学实验装置。该装置以其“四位一体”结构的创新性设计和完整的功能体现填补了国内空白，于2007年10月获得国家实用新型专利证书。我们在两年的时间里，对2个年级共40个本科班学生综合性实验项目－“在体蟾蜍心脏功能实验”进行了新旧实验装置使用情况的对比研究。结果显示：使用新装置的实验成功率从62%提高到95%，蟾蜍用量平均每年减少120只，营养液用量平均每年节省8，000ml。同时英文班学生在自行设计并付诸实施的16个探索性实验项目中，有4个项目应用了该装置，为学生进行探索性实验提供了良好装置和手段，对“机能实验学探索性实验的研究与实践”（学院教改课题）的研究起到了积极地推动作用。一、“在/离体蟾蜍心脏恒压灌流装置”研制的目的和背景“在/离体蟾蜍心脏恒压灌流装置”研制的目的是为机能实验学综合性实验项目－“蟾蜍心脏功能实验”提供一种良好的实验装置或实验手段，提高实验成功率和准确率，提高实验教学水平，节约实验成本（实验动物和实验材料）。我院于2000年本着优化组合、资源共享、高效运转的原则，将原机能学科教研室所属的生理、病理生理、药理三个实验室合并重组建立了机能中心实验室，并于2001年开展了辽宁省“十五”规划项目－“基础医学生理、药理与病理生理（三理）实验课整合的探索与实践”这一实验教学改革的研究。该项研究将生理、病生和药理学实验教学内容进行了有机融合，构建了以基础性（验证性）、综合性、探索性（设计性）实验为主要内容的、新的课程体系，建立了“机能实验学”这门基础医学领域全新、独立、系统、跨学科、多层次的综合性实验学科（2007年被评为我院唯一实验教学系列“院级精品课程”）。综合性实验是学生运用“三理”理论知识，对动物给药前的生理指标、给药后的药理作用和对病理模型的治疗作用进行观察和分析，这是最能反映机能学科“三理”实验整合特点的实验项目。探索性实验是指学生经过基础性、综合性实验的学习，在掌握了机能实验学基本知识和基本操作技能的基础上，实施的一种模拟科研过程的实验教学项目，旨在加强对学生进行综合运用知识能力，观察、分析和解决问题能力，科研和创新思维能力等综合素质的培养。“在/离体蟾蜍心脏功能实验”是各医学院校机能实验课综合性实验项目之一，但3却没有统一成熟的实验装置可供利用，绝大多数都是东拼西凑的，其根本的问题在于①散在的装置与其他多种物品（心脏恒压灌流装置、生物机能实验系统、计算机、打印机、手术器械、手术板、动物、药品等）摆放一起极易刮碰，而且多条管线纵横交错、杂乱无章；②装置的恒压状态难以准确控制；③改变后负荷及调整换能器方位的操作十分麻烦；④实验成功率低。而我们的旧装置①没有前负荷固定装置，只能把输液瓶挂在置于地面的医用滴流架上；②没有后负荷固定装置，只能把绑在铁块上的输出管放在堆砌的积木上；③张力换能器则固定在独立的三角支架上（见佐证材料之照片）。当时实验成功率低使学生产生了极大的不满情绪，同时也成了困扰任课教师的一大难题。解决这一问题迫在眉睫。二、“在/离体蟾蜍心脏恒压灌流装置”的研制过程面对“三理”整合后的综合性实验项目－“蟾蜍心脏功能实验”成功率低，学生满腹怨言、教师满腹牢骚的困难局面，加之市场上没有成熟的现成装置可供购买的现实，赵润英主任提出了走自主研发的道路，自行研制一种能够满足实验功能需要，操作简单灵活，能够节省摆放空间、安全环保的“蟾蜍心脏功能实验”装置的想法，该想法得到了上级主管部门－基础医学院张忠、王杰、吴敏范等领导的大力支持，同时还得到了广大授课教师的广泛赞同。在进行了深入调研（查阅了大量文献资料，考察了中国医科大学、南方医科大学、广州医学院等多所医学院校的机能学实验室实验装置的使用情况）以后，根据“蟾蜍心脏功能实验”的原理，在保证使用功能的前提下，首先提出了“保证功能、操作简单灵活准确、节省空间、安全环保”的理念，确定了“新装置”“四位一体”结构的原则，即把固定构件、灌流系统、描记系统和手术板等四种结构有机地融合为一体。这种构想，得到了我院药理教研室王俊平教授、南方医科大学机能中心金春华教授等专家的认可。其次经反复筛选最终选择有机玻璃作为装置的主材，并将制造业中螺接”与“胶结”的工艺技术运用其中，最终研制出“在/离体蟾蜍心脏恒压灌流装置”，并使其创新性、实用性、示范性得到了充分体现，为开展机能实验教学综合性和探索性实验提供了先进的、科学的、有效的手段和方法，从根本上解决了“蟾蜍心脏功能实验”实验成功率过低的难题。在此期间，李大满、陈魁敏和郝伟同志全程参与了“在/离体蟾蜍心脏恒压灌流装置”的研制工作，从选材到尺寸设置、从技术到工艺、从制作到组装，期间经历了了太多的思考、试验、成功与失败，付出了大量的汗水和辛劳。三、各界对成果的评价及成果的与推广“在/离体蟾蜍心脏恒压灌流装置”研制成功并投入使用后，任课教师再也不用为“蟾蜍心脏功能实验”成功率过低、学生怨声载道而烦恼了，认为我们“真是干了一件大好事”。学院院长肖纯凌教授在看了我们的这项研究成果后，说：“这种做法值得提倡，搞自主研发，既实用又省钱”。4在2007年9月国家教育部对我院教学水平评估、2007年12月辽宁省教育厅对机能中心实验室复评、2008年5月辽宁省实验教学示范中心评审期间，部分专家专门考察了这套装置及装置的应用情况，给予了高度的评价，并充分肯定了它的示范性和推广价值，一再鼓励我们要将成果市场化，以取得一定的经济效益和社会效益。另人欣慰的是长春医学专科学校基础部主任和鞍山师范大学附属卫生学校药理教研室主任在参观我院机能中心实验室时，对该套装置产生了浓厚的兴趣，目前两所学校正与我院国有资产处就购买“在/离体蟾蜍心脏恒压灌流实验装置”这一专利产品的事宜进行洽谈。由于新装置的应用性研究刚刚结束不久，现正忙于对数据进行统计分析处理及撰写论文等，专利产品的推广工作已提到议事日程，2009年3月后将全面展开。四、“在/离体蟾蜍心脏恒压灌流装置”的创新点1.装置“四位一体”结构的独特设计在满足使用功能的前提下，将固定构件、灌流系统、描记系统和手术板等集“在/离体蟾蜍心脏恒压灌流实验装置”于一身，形成“四位一体”的独特结构，不仅美观大方，更主要的是它在较大程度上节省了使用空间，避免了散在装置多条管线纵横交错、杂乱无章的局面，避免了无意刮碰造成插管脱落的现象，提高了实验成功率。2.装置“恒压”控制系统的独特设计过去在“蟾蜍心脏功能实验”实验中，使装置保持恒压状态是比较困难的。研制者巧妙地运用带有茂非氏管的医用输液器代替输入管，这样只要流速不变，便可保持恒压状态，简便易控。3.装置中“螺接”与“胶结”技术的应用首度将制造业中“螺接”与“胶结”的技术运用于装置的制作过程，并通过二者的有机结合，使各种固定构件的操作更加简单、灵活、准确，例如只要轻轻扭转后负荷固定构件的旋钮便可通过输出管在立柱上的滑动来改变后负荷，或轻轻扭转换能器固定构件的旋钮便可随意改变换能器的方向。五、成果的创新性、先进性、科学性、整合性、示范性“在/离体蟾蜍心脏恒压灌流装置”合理地将固定构件、灌流系统、描记系统和手术板等进行规模整合，形成“四位一体”的结构是国内外前所未有的，体现了它的创新性；巧妙地将制造业中“螺接”和“胶结”的工艺技术融入固定构件的制作环节，大大增加了其操作的灵活性、准确性，并体现了它的先进性。而有机玻璃、玻璃、木板等材料的选择更使这两种独具匠心的设计锦上添花，不仅经济实用、安全环保，还具有造型独特、美观大方的特点。该装置用带有读数的有机玻璃立柱代替堆砌的木块来反应后负荷的变化，误差小；用旋钮代替三角支架来调整换能器的方位，十分灵活；用带有茂非氏管的医用输液器5来代替原来的输入管，只要滴速不变，便可保持装置的恒压状态，简单易行。该装置的各项性能指标在完全满足实验要求的同时，体现了它的科学性。通过“在/离体蟾蜍心脏恒压灌流装置”在“蟾蜍心脏功能实验”的应用，体现了观察分析给药前的生理表现、给药后的药理作用、对病理模型的治疗效果这一“三理”实验教学内容整合性的特点，实现了整合的目标。目前，全国各医学院校尚没有成熟用于“蟾蜍心脏功能实验”的实验装置。“在/离体蟾蜍心脏恒压灌流装置”的研制成功，及其应用于我院机能实验教学的成功经验，无疑对其他医学院校开展机能实验学“蟾蜍心脏功能实验”具有一定的示范性。六、应用情况从2006年8月至2008年7月的两年间，我们将“在/离体蟾蜍心脏恒压灌流实验装置”广泛应用于2004、2005级六年制英文本科4个班，2005、2006级各专业五年制普通本科36个班学生综合性实验项目－“蟾蜍心脏功能实验”和2004、2005级六年制英文本科4个班探索性（设计性）实验项目中，并进行了新旧装置使用情况的对比观察，统计结果显示：使用新旧装置的实验成功率分别为95%和62%（见表１），蟾蜍平均用量分别为20只/班和26只/班，任氏液平均用量分别为100ml/组和150ml/组。仅“在体蟾蜍心脏功能实验”一项每年可为学院节省动物经费360元、节约营养液8，000ml（见附表），成为我院“共产党员工程”中“建立节约型实验室”活动的重要组成部分。附表：表1新旧装置在“蟾蜍心脏功能实验”中应用情况统计使用新装置使用旧装置班级/年级层次时间（年/月）实验实验成功率（％）年级/班级层次时间（年/月）实验实验成功率（％）成功组数开出组数成功组数开出组数1/04六年制英文本科20079－127887.5＊2/04六年制英文本科20079－1248501/0520089－1288100＊2/0520089－125862.51－11/05五年制普通本科20073－7808890.9＊13－19/05五年制普通本科20073－7305653.51－9/0620083－7657290.1＊10－18/0620083－7417256.9＊P﹤0.01同年级、同时间、不同班级应用新旧装置实验成功率比较。6表2“蟾蜍心脏功能实验”材料使用情况统计使用新装置使用旧装置班级/年级层次时间（年/月）蟾蜍用量（只）蟾蜍平均用量（只/班）任氏液平均用量（ml/组）班级/年级层次时间（年/月）蟾蜍用量（只）蟾蜍平均用量（只/班）任氏液平均用量（ml/组）1/04六年制英文本科20079－121819.91002/04六年制英文本科20069－122725.81501/0520089－12202/0520079－12241－11/05五年制普通本科20073－721413－19/05五年制普通本科20089－122091－9/0620083－718710－18/0620073－6232