A method for injecting substances into the circulation to reach rapidly and to maintain a steady level

Abstract

The method which has been devised for rapidly obtaining a known concentration of a soluble substance in the bloodstream and maintaining this concentration steadily is based upon an accurate knowledge, and a mathematical analysis, of the rate at which such a substance leaves the vascular system after it is injected. It is assumed as a first approximation that there is a first, mainly intravascular, compartment into which the substance is injected. The substance then passes into a second, extravascular, compartment which is complex. The electrical model of the biological system is composed of one capacitor representing the first biological compartment and another representing the second compartment, with resistors regulating the flow of current between these capacitors, corresponding to movements of the injected substance. In biological experiments the rate at which the substance leaves the first comparment is measured. The rate is represented in the electrical model by the rate of fall of the voltage on a capacitor. For any given voltage to which the capacitor is charged it is possible to calculate the rate at which the current has to be supplied to maintain this voltage constant. From these results it is possible to calculate the rate at which the substance must be injected to maintain a raised concentration in the blood. The mathematical methods used in the work are described. as are details of the electronically controlled syringe which is used to inject the substance. Examples are given of the application of the method in physiological experiments in which a number of the constituents of blood plasma, with or without radioactive labelling, were used,

Sommaire

La méthode ayant été conçue pour atteindre rapidement une concentration déterminée d'une substance soluble dans la circulation et pour maintenir cette concentration est basée sur la connaissance précise de l'analyse mathématique de la vitesse à laquelle une telle substance quitte le système vasculaire après son injection. On assume à une première approximation, qu'il existe un premier compartiment, principalement intravasculaire, dans lequel la substance est injectée. La substance passe ensuite dans un second compartiment extravasculaire complexe. Le modèle électrique du système biologique est composé d'un condensateur représentant le premier compartiment biologique et d'un autre représentant le second compartiment, avec des résistances réglant le passage du courant entre ces condensateurs et correspondant aux mouvements de la substance injectée. Dans les expériences biologiques, on mesure la vitesse à laquelle la substance quitte le premier compartiment. Dans le modèle électrique la vitesse est représentéc par le taux de baisse du voltage dans le condensateur. Pour un voltage donné, il est possible de calculer la vitesse à laquelle le courant doit être fourni afin de maintenir le voltage constant. A partir de ces résultats, on peur calculer la vitesse à laquelle la substance doit être injectée afin de maintenir une concentration élevée dans le sang. Les méthodes mathématiques utilisées pour ces travaux sont décrites ainsi que les détails de la seringue à contrôle électronique servant à injecter la substance. On donne des exemples de l'application de la méthode dans des expériences physiologiques dans lesquelles certains constituants du plama sanguin contenant ou non des isotopes, ont été utilisés.

Zusammenfassung

Durch dieses Verfahren wird schnell eine bekannte Konzentration eines löslichen Stoffes im Kreislauf erhalten, dessen Konzentration konstant gehalten wird. Dieses Verfahren basiert auf der genauen Kenntnis und einer mathematischen Analyse der Geschwindigkeit, mit der eine solcher Stoff das Gefäßsystem verläßt. Als erste Annäherung wird angenommen, daß der Stoff als erstes in einen hauptsächlich intravaskulären Raum injiziert wird. Dann fließt er in einen zweiten, komplizierten extravaskulären Raum. Das elektrische Modell des biologischen Systems besteht aus einem Kondensator, der den ersten biologischen Raum darstellt und einem zweiten für den zweiten Raum, wobei Widerstände den Stromfluß zwischen diesen beiden Kondensatoren entsprechend der Bewegung des injizierten Stoffes regeln. In biologischen Experimenten wird die Geschwindigkeit, mit der der Stoff den ersten Raum verläßt, gemessen. Diese Geschwindigkeit wird beim elektrischen Modell durch die Geschwindigkeit des Spannungsabfalls eines Kondensators dargestellt. Bei einer bestimmten Spannung, mit der der Kondensator geladen ist, kann man die Geschwindigkeit berechnen, mit der der Strom zugeführt werden muß, damit diese Spannung konstant bleibt. Aus diesen Ergebnissen kann man die Geschwindigkeit berechnen, mit der der Stoff injiziert werden muß, um eine erhöhte Konzentration im Blut beizubehalten. Es werden die bei dieser Arbeit verwendeten mathematischen Methoden beschrieben, ebenso Einzelheiten der elektronisch gesteuerten Spritze, die zum Injizieren des Stoffes verwendet wird. Beispiele für die Anwendung des Verfahrens in physiologischen Experimenten, bei denen mehrere Bestandteile des Blutplasmas mit oder ohne radioaktive Markierung verwendet wurden, werden angeführt.