体外羟基化代谢产物

高效液相色谱法分析苯并芘大鼠肝脏线粒体的代谢产物 本实验建立了一种用高效液相色谱法分析苯并芘及其在大鼠肝脏线粒体中的六种代谢产物的分析方法。使用乙腈、水梯度洗脱作为流动相，紫外探测器分析得到苯并芘的羟基化代谢产物以及苯并芘酮，包括3-羟基苯并芘、9-羟基苯并芘、苯并芘4,5-二氢二醇、苯并芘-7,8-二氢二醇、9，10-二羟基-9，10-二氢苯并芘、苯并芘二酮。其中苯并芘二酮含量最低。该实验结果对于推断细胞CYP1A1酶在体内体外模型中对于苯并芘增毒和解毒作用奠定了重要的基础。 前言：苯并芘是苯与芘稠合而成的一类多环芳烃，苯并芘和其他多环芳烃主要是有机物的不完全燃烧或热解生成，并且在环境中普遍存在。除了污染空气的吸入，摄入的主要途径有吸烟和饮食以及一些职业的摄入如煤、焦炭、沥青的燃烧以及煤焦油的使用。苯并芘能够导致细胞毒性、致畸致突变的毒性以及致癌的毒性。动物实验长期暴露于苯并芘中可导致动物的皮肤、胃、肺组织的癌变。苯并芘在作用于DNA之前需要代谢活化，这也是苯并芘发挥毒性很重要的代谢步骤。细胞色素P450（CYP）酶和环氧化物酶是主要的苯并芘的活化酶,首先CYP酶将苯并芘氧化为环氧化物然后在环氧化物水解酶的作用下生成二氢二醇，CYP同工酶将其进一步的活化为活性成分苯并芘-7,8 - 二氢二醇-9,10 - 环氧化物（BPDE），其可作用于DNA，其优先在鸟嘌呤残基上形成加合物，该加合物是BPDE在体内体外试验中于DNA主要的加合物。在CYP酶中，CYP1A1和B1认为是BaP代谢活化中重要的酶，但是CYP1A1在体内排毒的作用较大于其活化BaP的作用。为了解释这些发现，BaP的体内体外代谢与解毒作用应该进一步进行评价，定性和定量分析BaP在CYP同工酶和环氧化物酶下的所有代谢产物，以及这些致癌物与DNA加成物的评价也很有必要。本实验优选色谱条件使得BaP在大鼠肝脏线粒体内的代谢产物能够很好的分离以及通过紫外检测器灵敏的检测。苯并芘在生物体内的代谢步骤：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/09/201409291248_516273_2360169_3.jpg材料和方法试剂甲醇（色谱级）乙腈（色谱级），苯并芘 ,NADP+,葡萄糖-6-磷酸，二喹啉甲酸，葡萄糖-6-磷酸脱氢酶微粒体的制备微粒体来自于10只SD大鼠的肝脏，预先用苏丹I处理。微粒体蛋白质浓度通过二辛可宁酸蛋白质测定法测定，牛血清蛋白作对照。CYP同工酶的含量通过示差光谱测定。孵化体系：用于研究BaP代谢的孵化体系包含有100mM磷酸钠缓冲液（pH7.4），NADPH生成体系（1毫NADP+，10mL D-葡萄糖-6 - 磷酸，1U/mL的D-葡萄糖-6-磷酸脱氢酶）,0.5mg的微粒体蛋白质，50μM的BaP（溶于5μl甲醇），总体积为500微升。通过加入50μl的NADPH生成体系来启动反应的发生。孵育体系通过未加入酶体系或无NADPH生成体系或无的BaP来控制。孵化在敞开的试管中进行（37℃），20分钟后，取5μl 1mM的非那西丁乙醇溶液加入作为内标物。BaP的代谢物用乙酸乙酯（2×1毫升）萃取两次，并蒸发至干。将样品溶解在25μl的甲醇，通过HPLC分离。BaP代谢物的HPLC分析：安捷伦液相1200高效液相色谱仪配紫外可见检测器，色谱柱为diamonsil 4.6﹡150﹡5u色谱条件：所用的色谱条件如下表： 时间流动相A(乙腈)流动相B（水）流速00%100%0.6ml/min3530%70%4060%40%4580%20%50100%0%我们还对代谢产物进行了质谱

4-羟基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮的 代谢产物是啥http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509231413_567309_1834473_3.png 英文名称是4-hydroxy-2,5-dimethyl-3(2H)-furanone CAS号是3658-77-3分子结构式是C6H8O3

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前言 代谢产物的鉴定在药物代谢研究过程中意义重大，如何准确地鉴定代谢产物的结构一直是广大药物代谢研究工作者致力攻克的难题。代谢产物的鉴定之所以难主要有以下几点原因：1.代谢产物在生物样品(血浆、尿液、胆汁、粪便等)中浓度极低。2.代谢产物容易受生物样品中内源性物质的干扰。3.代谢产物的不稳定性。4.仪器的灵敏度不够，等等。目前鉴定代谢产物的方式多为通过HPLC与质谱检测器进行联用推测代谢产物的结构，但该方法存在缺陷，如对同分异构体束手无策等。本实验前期通过专业的分离技术，得到某代谢产物M1，为重要的Ⅱ相代谢产物，该代谢产物因为量少(6mg)无法完全通过核磁鉴定，本文通过核磁给出的结构信息结合酶水解巧妙地鉴定了该代谢产物的结构，涉及保密，只给出有差别的部分结构信息。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/12/201112280311_341823_2160661_3.jpg1.试剂 色谱甲醇(Fisher)，去离子水(Eyela Still Ace, SA-2100 E1, 日本）,三氟乙酸(TFA,Dima)，β葡萄糖苷酶(Sigma)。2.液相色谱条件 Shimadzu HPLC system, 由LC-10ATVP 泵, SPD-10AVP 紫外检测器, 以及CTO-10ASVP 柱温箱组成, 工作站为浙江大学N3000工作站。 色谱柱：Ultimate XB-C18柱(5μm, 4.6x250mm) 流动相：A通道：甲醇，B通道：水(0.05% TFA) 流 速：A通道0.500mL/min；B通道0.500mL/min 柱 温：30℃ 检测波长：275nm 进样量：20μL3.样品准备 对照品溶液的配置：取各纯品0.5mg，加入1mL50%甲醇水溶液，涡旋1mL，微孔滤膜过滤。水解过程：取代谢产物M1 0.5mg，溶于1mL水中，加入适量葡萄糖水解酶，37℃孵育2h，加入2mL的乙酸乙酯萃取，萃取2次，合并萃取液，45℃减压浓缩至干，用1mL50%甲醇水溶液溶解，进样分析。 4.结果与讨论http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/12/201112280325_341830_2160661_3.jpg图1.代谢产物M1水解前的分析图谱(tR=8.951min)http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/12/201112280315_341825_2160661_3.jpg图2.代谢产物M1水解后的分析图谱(tR=8.958min为剩余的未水解的M1，tR=14.720min为水解产物)http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/12/201112280325_341831_2160661_3.jpg图3.已知化合物C1的分析图谱http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/12/201112280325_341832_2160661_3.jpg图4.已知化合物C2的分析图谱http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/12/201112280326_341833_2160661_3.jpg图5.水解产物与C1和C2合并进样分析图谱1.代谢产物M1只有6mg，理论上核磁是可以鉴定的，但基于一些原因，核磁谱图结果不理想，只能通过别的方法鉴定。但是从图1来看，代谢产物M1的纯度是很高的，如果用面积归一化法来计算的话，其含量至少在95%以上，但作者在此给大家透露点信息，代谢产物不同于植物中的化学成分，即使在色谱图上显示单一的色谱峰，但绝对纯度不一定很高，往往有未知的内源性成分如影子一样伴随着它，作者推测这可能是核磁图谱测试不理想的原因之一。2.机缘巧合的是，代谢产物M1两种水解产物均作为已知化合物被作者分离得到，并准确鉴定，因此剩余的实验就显得顺理成章。3.化合物C1和C2在结构上很相似，仅仅是葡萄糖醛酸基的位置不同，因此其表现在色谱行为上的差别也很小，如图5所示，二者没有达到基线分离。4.从各分析图谱可以看出，相同化合物的保留时间重现性非常高，且峰形之正太有目共睹，体现了Ultimate XB-C18柱的优越性能，保证了代谢产物结果鉴定的准确性。具体参数如：理论塔板数、分离度、对称因子等在此不一一列举。5.在整个分析过程中系统压力为19.4MPa左右，波动不超过0.2，换算为PSI也仅为2800左右，在流动相比例为50%的情况下，如此低的压力给测试者营造了“轻松的”实验氛围，避免了系统压力高产生的漏液报警的烦恼。6.一句话小结：本实验运用酶水解结合HPLC分析，成功鉴定了代谢产物M1的结构。

【作者】魏华 【摘要】：药物代谢动力学旨在通过测定生物样本中的药物或者代谢产物的浓度,定量描述药物进入体内以后的吸收、分布、代谢、排泄过程,进而阐明药物的药效或者毒性,为新药研究的代谢筛选和临床用药的疗效评价提供重要依据。丹参素为从唇形科植物丹参Salvia miltiorrhiza Bunge的干燥根中提取出的单体化合物,具有明显的药理活性。作为丹参的主要活性成分之一,有必要对丹参素进行药代动力学研究,探讨其体内过程。本文建立的LC-MS/MS法测定血浆、尿液、胆汁等多种生物样本中的丹参素钠浓度,满足临床前药代动力学研究对高灵敏度、高选择性检测的技术要求。此外,本文还进行了丹参素钠的体内、体外代谢研究,初步建立了体外代谢筛选研究平台,为进一步开展临床用药及剂型开发提供参考依据。 一、生物样品中丹参素钠定量分析方法的建立与确证 在临床前药代动力学研究中,定量分析方法的建立与确证占有举足轻重的地位,只有建立可靠、专一、灵敏、快速的生物样品分析方法,才能保证药代动力学研究的顺利进行。本文采用高灵敏度的LC-MS/MS方法检测生物样品中丹参素钠的浓度,生物样品以盐酸酸化后用乙酸乙酯提取其中的丹参素钠。色谱分析采用迪马Diamonsil C-18,5μm,200×4.6mm,柱温25℃;流动相组成为甲醇:水=80:20(含0.01‰甲酸),采用等梯度洗脱方式,流速0.80mL/min,3:2分流入质谱的流速为0.32mL/min,进样量20μl。质谱检测采用ESI离子源、负离子检测模式,选择MRM工作方式进行质谱分析。经完整的方法学确证,所有测定生物样品的线性、准确度、精密度、回收率、基质效应、稀释效应、稳定性等均满足生物样品的定量分析要求。该方法成功用于SD大鼠的药代动力学研究及尿液和胆汁的排泄研究。 二、丹参素钠在SD大鼠体内的临床前药代动力学研究 本试验设计SD大鼠单剂量尾静脉注射给药丹参素钠15mg/kg、30mg/kg、60mg/kg三个剂量组进行药代动力学研究。采用LC-MS/MS测定方法分别测定了给药后不同时间的体内丹参素钠血药浓度。按血浆样品预处理操作,测得数据代入相应样品随行标准曲线中求得含量。经非房室模型法估算药代动力学参数。结果表明,大鼠单剂量静注给药丹参素钠15mg/kg、30mg/kg、60mg/kg三个剂量组药代动力学药时曲线末端相消除半衰期(t1/2)分别为2.73h、2.37h、1.95h;AUC0～∞分别为15.29μg·h/mL、34.58μg·h/mL和58.49μg·h/mL,AUC与给药剂量基本呈正相关,相关系数r~2为0.9836。 SD大鼠单剂量尾静脉注射给药丹参素钠30mg/kg后,于给药后收集0～96h的尿液,按尿液样品预处理操作,测得数据代入相应样品随行标准曲线中求得含量。结果表明,丹参素钠在SD大鼠体内主要经尿液排泄,96h药物累积排泄量为46.99%。SD大鼠单剂量尾静脉注射给药丹参素钠30mg/kg后,于给药后0～24h取其胆汁,按胆汁样品预处理操作,测得数据代入胆汁样品随行标准曲线中求得含量。结果表明,丹参素钠在SD大鼠体内经胆汁排泄量少,24h内胆汁累积排泄量为给药剂量的0.82%。综上所述,丹参素钠在SD大鼠体内主要以原型药的形式直接由尿排出体外。 三、丹参素钠体内外代谢的初步研究 丹参素钠给药后大鼠胆汁和尿液样品的分析结果显示,其进入体内后,主要发生II相代谢反应,主要代谢物为:甲基化丹参素~-、硫酸酯结合物~-、甲基化硫酸酯结合物-、经尿液排出体外;胆汁中主要存在着甲基化丹参素。丹参素钠经在体肠灌流、原位肝灌流等实验后,主要产生甲基化代谢产物,说明这些器官组织中存在着参与其甲基化反应的酶。经过体外肝匀浆、肝微粒体、肾匀浆、肾微粒体温孵后,主要代谢产物为甲基化丹参素。丹参素钠在大鼠肝微粒体酶中代谢的酶动力学结果显示,它在大鼠肝微粒体酶中代谢的Vmax为185.19ng/(mL·min·mg)蛋白,Km为98940.74ng/mL,即5.0×10~(-4)mol/L,内在代谢清除率Clint为1.87×10~(-3)mL/(min·mg)蛋白。此外,本章还进行了丹参素钠在COMT单一酶中的酶促反应动力学研究。与肝微粒体酶相比,丹参素钠与COMT有较大的亲和力,Vm、Km与Clint均偏大:Vmax为243.90ng/(mL·min·mg)蛋白,Km为102156.1ng/mL,即5.16×10~(-4)mol/L,内在代谢清除率Clint为2.34×10~(-3)mL/(min·mg)蛋白。说明催化丹参素发生甲基化反应的主要酶是COMT。【关键词】：丹参素 LC-MS/MS 药代动力学 排泄 大鼠 代谢产物 肝微粒体 酶促反应动力学 COMT 【学位授予单位】：第二军医大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2010【分类号】：R96http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/08/201208210834_384889_2352694_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/08/201208210834_384890_2352694_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/08/201208210834_384891_2352694_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/08/201208210834_384892_2352694_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/08/201208210834_384893_2352694_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/08/201208210835_384894_2352694_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/08/201208210835_384895_2352694_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/08/201208210835_384896_2352694_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/08/201208210835_384898_2352694_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/08/201208210835_384899_2352694_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/08/201208210835_384900_2352694_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/08/201208210836_384901_2352694_3.jpg

前言 药物代谢(drug metabolism)是研究药物在生物体内的吸收、分布、生物转化和排泄等过程的特点和规律的一门科学，即药物分子被机体吸收后，在机体作用下发生的化学结构转化。也是药物研发产业链中的重要环节，贯穿药物研究过程的始终。排泄是药物代谢研究过程中的一个重要环节，本实验涉及的是某黄酮成分在大鼠体内排泄的研究。1.Chemical and reagents 甲醇(色谱纯，天津大茂)，水(哇哈哈纯净水，杭州)，三氟乙酸(TFA, Dikma, USA)，其它试剂均为分析纯。2.animals Wista大鼠(220-250g，SPF级，由本校动物实验中心提供)3.HPLC analysis of two important metabolites Waters 高效液相色谱系统，由Waters Model 600 controller液相色谱，Millennium 32 工作站，Model Delta 600 泵，以及Waters 996 DAD检测器组成。 色谱柱：Ultimate XB-C18柱(5μm, 4.6x250mm) 流动相：A通道：甲醇，B通道：水(0.05%TFA) 梯度洗脱，具体流程未透露 流 速：1mL/min 柱 温：30℃ 检测波长：190-400nm扫描 进样量：20μL3.Sample preparation 大鼠灌胃给予该成分，剂量为30mg/200g，15min后用20%的乌拉坦溶液腹腔注射麻醉，行胆汁插管手术，缝合伤口，用规格为15mL的离心管收集12h内的胆汁，收集的胆汁过ODS，水洗脱，之后用甲醇洗脱，甲醇洗脱部分定溶到某体积，取一定体积过0.45μm微孔滤膜，HPLC分析，相同条件下与尿液中的代谢产物进行对照，确定该成分经大鼠灌胃后胆汁中排泄的代谢产物。4.Results and discussionhttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/10/201110042336_321120_2160661_3.jpgFig. 1. The HPLC chromatogram of blank bile.http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/10/201110042337_321121_2160661_3.jpgFig. 2. The HPLC chromatogram of bile sample(12h).http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/10/201110042338_321122_2160661_3.jpgFig. 3. The HPLC chromatogram of urine sample.讨论1. 首先要说明的是此部分实验是之前实验的续集，所以之前的实验请参考我以前发的体验贴，图3给出的是尿液中代谢产物的色谱图，从图中我们可以很明确地看到8个代谢产物的色谱峰，这8个色谱峰已经通过各种柱色谱手段分离得到，且结构已经用1D NMR和2D NMR以及MS等谱学手段进行了鉴定。讨论2. 图1和图2 分别为胆汁空白和样品色谱图，从该结果可知，有5种主要的代谢产物（M1 M2 M5 M6和M7）以及少量的M8经胆汁排泄，主要是通过保留时间，和紫外吸收进行了指认。讨论3. 此外我们还发现，尿液中大量存在的代谢产物M3不经胆汁排泄。讨论4. 通过对该成分在大鼠尿液中的代谢和胆汁排泄研究，我们可以得出这样的结果，尿液的内源性成分多为极性较大成分，多集中在保留时间靠前的范围，而胆汁中的内源性物质极性较小，如图2中50min左右的成分。讨论5.该实验尚未发表，因此代谢产物的结构不便透露，待发表之后，具体的结果会和广大息友进行交流。讨论6.最后也是最重要的，Ultimate XB C18柱对该类代谢产物表现了良好的保留能力和分离性能，代谢产物因为其结构中会结合亲水基团，如硫酸基，葡萄糖醛酸基等使其极性增加，易于从体内排出，因此这些成分往往表现了比较差的色谱行为，如强酸性导致的拖尾现象，因此需要在流动相中加入酸或者其它试剂进行调节，本实验流动相均为甲醇：水（含0.05%TFA），在此条件下，这些代谢产物在Ultimate XB C18柱上表现了良好的色谱行为。

前言 药物代谢(drug metabolism)是研究药物在生物体内的吸收、分布、生物转化和排泄等过程的特点和规律的一门科学，即药物分子被机体吸收后，在机体作用下发生的化学结构转化。也是药物研发产业链中的重要环节，贯穿药物研究过程的始终。本实验涉及黄酮类成分在大鼠体内代谢的研究，大鼠灌胃给予药物，累积24h尿液，尿液经处理，运用各种色谱手段，分离得到目标代谢产物。在此过程中有一关键的因素时刻威胁着我们，即代谢产物的降解，因此要设法保证代谢产物的稳定，如低温保存样品，调节尿液的酸碱性，等等。 本实验利用Ultimate XB-C18对两个重要的代谢产物在尿液中的稳定性进行简单的考察。1.Chemical and reagents 甲醇(色谱纯，天津大茂)，水(哇哈哈纯净水，杭州)，三氟乙酸(TFA, Dikma, USA)，其它试剂均为分析纯。2.animals Wista大鼠(220-250g，SPF级，由本校动物实验中心提供)3.HPLC analysis of two important metabolites Waters 高效液相色谱系统，由Waters Model 600 controller液相色谱，Millennium 32 工作站，Model Delta 600 泵，以及Waters 996 DAD检测器组成。 色谱柱：Ultimate XB-C18柱(5μm, 4.6x250mm) 流动相：A通道：甲醇，B通道：水(0.05%TFA)=(20:80, v/v) 流 速：1mL/min 柱 温：35℃ 检测波长：190-400nm扫描 进样量：20μL3.Sample preparation 代谢产物M1和M2之前已制备分离得到，各取1mg，混合溶于2mL水中(M1和M2水溶性很强，也可溶于甲醇)，取20μL进样分析；剩余部分置于250mL锥形瓶中，加入新鲜收集的大鼠尿液10mL，室温放置24h，之后该混合溶液，过ODS亲水柱，先用水洗脱，弃去，再用甲醇洗脱，收集甲醇洗脱溶液，45℃浓缩并定容至2mL。取20μL进样分析。4.Results and discussionhttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/07/201107010000_302457_2160661_3.jpg图1. M1与M2纯品混合色谱图http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/06/201106302310_302433_2160661_3.jpg图2. M1与M2纯品混合色谱图(局部放大图10-20min)http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/06/201106302310_302434_2160661_3.jpg图3. M1与M2在尿液中放置24h后色谱图http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/06/201106302310_302435_2160661_3.jpg图4. M1与M2在尿液中放置24h后色谱图(局部放大图20-30min)5.conclusion 1. M1与M2在尿液中放置24h后发生了降解，在保留时间为25分钟左右，出现2个降解产物，其紫外吸收与M1和M2分别对应相似，M1紫外吸收(~271nm, ~310nm), M2紫外吸收(~273nm, ~343nm)。 2. 降解产物可能为M1与M2水解产物，因为M1与M2为极性较大的代谢产物，推测可能为葡萄糖醛酸或硫酸结合产物，其降解过程可能为水解脱掉葡萄糖醛酸基或硫酸基。 3. 这样的结果提示我们，在研究黄酮类成分的代谢过程中要注意样品的保存，在收集到尿液后要快速处理，或者在收集的过程中就进行预防，所采用的方法文献报道有加入乙醇或加酸调pH至5左右，可以防止该类代谢产物的降解。Acknowledgement感谢月旭公司提供Ultimate XB-C18柱。

[align=center][size=16px][img=体外循环术中灌注流量的高精度自动控制,600,415]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310271116037597_5912_3221506_3.jpg!w690x478.jpg[/img][/size][/align][size=16px][color=#990000][b]摘要：在目前的体外循环手术过程中，需要灌注师快速而精确地操作使得血液流速调节到期望的目标值。基于国外文献报道的血流量自动控制方法和装置，本文提出了技术改进且国产化解决方案。通过本解决方案中增加的国产系列电控夹管阀、电控针阀和具有远程设定值功能的超高精度PID控制器，可以使得体外循环过程中的静脉和动脉血流量控制真正实现高精度的自动化控制，在满足临床应用和研究需求的同时，可降低灌注师的操作难度和医疗事故。[/b][/color][/size][align=center][size=16px][color=#990000][b]~~~~~~~~~~~~~~~~~[/b][/color][/size][/align][size=18px][color=#990000][b]1. 问题的提出[/b][/color][/size][size=16px] 体外循环（CPB）设备在心脏手术期间临时替代心肺功能，以维持体循环。心脏体外循环手术时，需要将手术病人静脉血从体内引出，通过体外循环机氧合后回输至体内动脉管道、静脉回流管、左心房引流管、心内吸引管、普通吸引管等管道，并维持血流量、静脉储库水平、氧气浓度、氧气血流量和血液温度，其中对血液流速的控制要求非常高，稍有错误就会导致循环障碍和大量空气栓塞，从而导致严重的医疗事故。[/size][size=16px] 在CPB具体操作过程中，需要灌注师快速而精确地操作三个装置（静脉侧阻隔器、动脉侧阻隔器和离心泵）来将血液流速调节到期望的目标值，不正确的操作会导致气栓并改变静脉储血水平而导致意外的血压波动，从而将患者置于危险之中。因此，需要开发一种有助于自动调节血液流速的装置以提高自动化控制水平和降低灌注师工作强度，为此文献[1]提出了一种体外循环过程中动脉侧血流量的自动控制方法和控制装置，其结构如图1所示。[/size][align=center][size=16px][color=#990000][b][img=体外循环血流量自动控制结构示意图,650,351]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310271117325921_65_3221506_3.jpg!w584x316.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#990000][b]图1 体外循环血流量自动控制装置结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 尽管文献[1]提出了一种体外循环过程中动脉侧血流量的自动控制方法和相应装置，但距离真正的临床应用还有一定差距，这些差距主要体现在以下几个方面：[/size][size=16px] （1）尽管文献[1]给出了静脉侧和动脉侧血流量调节用的手动和自动阻隔器的具体型号，但我们并未在阻隔器厂家官网上查到相应型号阻隔器的具体产品和相应技术参数。因此，为了真正实现临床应用还需进一步明确阻隔器产品，甚至是国产化替代。[/size][size=16px] （2）动脉侧血流量自动控制的目的是要自动调节动脉侧血流量的变化始终要与静脉侧血流量的变化保持快速同步和相同，但文献[1]给出的控制模型和控制策略过于复杂，较难真正的工程化实现。[/size][size=16px] 针对文献[1]技术方案存在的上述缺陷，本文提出了可真正实现临床应用的解决方案，能很好的解决上述问题，并可完全采用国产化相关产品予以实现。[/size][size=18px][color=#990000][b]2. 解决方案[/b][/color][/size][size=16px] 基于文献[1]所述的动脉侧血流量自动控制技术方案，我们进行了改进，并进一步明确和细化了相关所用部件，改进后的自动控制装置结构如图2所示。[/size][align=center][size=16px][color=#990000][b][img=改进后的体外循环血流量自动控制结构示意图,650,311]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310271118025749_1493_3221506_3.jpg!w690x331.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#990000][b]图2 改进后的体外循环血流量自动控制结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 解决方案的改进内容之一是采用国产的电控夹管阀来代替文献[1]中所用的阻隔器，这种电控夹管阀可以通过0~10V的直流电压信号来改变加持力以调节管路导通口径的大小，从而实现对管路中的流体流量进行调节。由此可见，这种电控夹管阀可以很方便的被用来进行静脉侧和动脉侧血流量的手动或自动调节。[/size][size=16px] 尽管电控夹管阀和自动阻隔器可以用来对体外循环系统中的血流量进行调节，但存在的问题是会带来的非线性，这种非线性会对自动控制精度带来严重影响，这也是文献[1]控制模型非常复杂的主要原因。文献[2]对这种非线性进行了研究和描述，发现操作值与开度之间呈指数关系。[/size][size=16px] 为了解决管夹形式所带来的非线性问题，解决方案提出的改进内容之二是采用NCNV系列的电控针阀。NCNV系列电控针阀具有非常高的线性度，且具有快速的响应速度以及不同的孔径尺寸，常用于气体和液体介质的真空、压力和流量的精密调节。尽管采用电控针阀可以很好的解决夹管阀非线性所带来的控制精度问题，但电控针阀存在的重要问题是针阀需要接触所调节的流体介质，不能像夹管阀那样与流体介质不发生接触。[/size][size=16px] 为真正使动脉侧血流量能快速与静脉侧血流量保持同步和相同，本解决方案提出的重大改进是采用具有远程设定点功能的VPC2021系列高精度PID控制器，控制器的具体特性和功能如下：[/size][size=16px] （1）具有两个输入信号接收通道，其中主输入通道接收动脉侧流量计信号，并由主控输出通道输出控制信号对动脉侧电控夹管阀/针阀进行调节；而辅助输入通道接收静脉侧流量计信号，此接收到的静脉侧流量信号则作为动脉侧流量控制的设定值。通过这种辅助输入通道的这种远程设定值功能，可使得动脉侧的流量控制始终以静脉侧的流量为跟踪控制目标。[/size][size=16px] （2）控制器具有超高的测量精度和控制精度，其中24位AD、16位DA和0.01%最小输出百分比，并采用了无超调的PID控制模式，这非常适用于体外循环装置中的高精度血液流量控制。[/size][size=16px] （3）控制器具有RS485通讯接口，并执行标准的MODBUS协议。控制器自带测控软件，在计算机上运行软件可实现控制器参数设置、驱动运行、过程参数的采集、曲线显示和存储，无需再进行程序编写就可组成软硬件控制系统用于临床应用和研究。[/size][size=18px][color=#990000][b]3. 总结[/b][/color][/size][size=16px] 通过本解决方案中增加的国产系列电控夹管阀、电控针阀和具有远程设定值功能超高精度PID控制器，可以使得体外循环过程中的静脉和动脉血流量控制真正实现高精度的自动化控制，在满足临床应用和研究需求的同时，降低医疗事故和灌注师的操作难度。[/size][size=18px][color=#990000][b]4. 参考文献[/b][/color][/size][size=16px][1] Takahashi H, Kinoshita T, Soh Z, et al. Automatic control of blood flow rate on the arterial-line side during cardiopulmonary bypass[C]//2021 43rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society （EMBC）. IEEE, 2021: 5011-5014.[/size][size=16px][2] Takahashi H, Soh Z, Tsuji T. Steady-state model of pressure-flow characteristics modulated by occluders in cardiopulmonary bypass systems[J]. IEEE Access, 2020, 8: 220962-220972.[/size][align=center][size=16px][color=#990000][b][/b][/color][/size][/align][align=center][b][color=#990000]~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/b][/align][size=16px][/size]