Особенности регистрации электрической активности желудка и кишечника с поверхности тела пациента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности регистрации электрической активности желудка и кишечника с поверхности тела пациента

В.Г. Ребров

Сократительная деятельность желудка и кишечника существенно нарушается при многих заболеваниях как органов пищеварительной системы, так и других органов и систем организма, используемые же в клинической и научной практике методы ее регистрации несовершенны: например, такие, как баллонно-тензографические, требуют введения зонда в просвет органа, что само по себе вызывает изменения моторной функции, а рентгенологические - небезопасны для пациента, особенно при необходимости повторных исследований. В связи с этим разработка и совершенствование неинвазивных методов исследования, преимущественно электрофизиологических, и в настоящее время остаются актуальной проблемой [4].

Один из таких методов - компьютерная периферическая электрогастроэнтерография, являющаяся результатом дальнейшего совершенствования электрогастрографии, разработанной в 60-е годы М.А. Собакиным и соавт., и принципиально отличающаяся от нее тем, что:

1. позволяет регистрировать электрическую активность не только желудка, но одновременно и различных отделов кишечника;

2. электроды прибора максимально удалены от желудка и кишечника - располагаются на конечностях, что позволяет получать более стабильные и сравнимые результаты;

3. автоматически выделяет с помощью спектрального анализа (на компьютерах класса IBM) гармонические составляющие, отражающие моторную деятельность желудочно-кишечного тракта;

4. дает "машинное" заключение о характере этой деятельности в норме, при патологии и в процессе динамического наблюдения [6,7].

Известна высокая стабильность формирования сократительных волн (перистальтических волн, или волн давления). Так, в желудке за 1 мин образуются 3-4 перистальтические волны, которые в антральном отделе распространяются к привратнику в виде циркулярных сокращений. Получены достаточно убедительные сведения о том, что наряду с этими сокращениями в фундальном отделе желудка формируются более медленные, непрерывные волны, подобные изменению тонуса, охватывающие этот отдел желудка с частотой 1 - 2 волны в минуту, преимущественно при преобладании жидкой пищи.

Помимо этого, важнейшей составной частью сократительного процесса желудка (как и кишечника) является волнообразно изменяющийся электрический (биоэлектрический) потенциал. Этот электрический сигнал в научной литературе называют по-разному: генераторный потенциал, медленные волны, основной электрический ритм, базальный электрический ритм. В настоящее время общепризнано, что описываемый электрический потенциал создается гладкомышечной тканью и определяет время и локализацию кольцеобразных пропульсивных сокращений, антральную перистальтику, т.е. является генератором перистальтики. Необходимо отметить, что в межпищеварительный период, в отсутствие пищи в желудке, электрические сигналы не всегда сопровождаются "видимыми" мышечными сокращениями. Мышца может реагировать или не реагировать сокращениями на какой-либо отдельный электрический сигнал. Этим достигается определенная "экономичность" расходования энергоресурсов мышечной тканью желудка и кишечника [2,3].

В тонкой кишке, начиная с двенадцатиперстной, формируются циркулярные сокращения мышечной ткани с частотой 10-12 в минуту (по некоторым данным, до 15 волн в минуту), которые волнообразно распространяются в дистальном направлении. В подвздошной кишке частота сокращений может быть 6-8 в минуту. Распространение тонкокишечных сокращений определяется электрическим феноменом, аналогичным основному электрическому ритму желудка, причем электрический импульс исходит из точки - водителя ритма, расположенной около луковицы двенадцатиперстной кишки. Частота, скорость и направление движения электрического потенциала являются физиологическими константами, т.е. стабильными величинами для организма. Отклонение частоты ритма от средней величины не превышает 10 % [8].

Вне пищеварения возникающая в начальных отделах двенадцатиперстной кишки волна перистальтики или сопряженная с ней волна электрического потенциала распространяется по тонкой кишке в дистальном направлении своеобразными циклами продолжительностью 100-200 мин (мигрирующий миоэлектрический комплекс). Когда группа мигрирующих сокращений достигает конца подвздошной кишки (баугиниева заслонка - илеоценальный клапан), в двенадцатиперстной кишке появляется новая группа сокращений [5,9]. Этот феномен определяет наличие периодов относительной активности и относительного покоя отдельных участков тонкой кишки и имеет значение при оценке результатов исследования электрической активности кишечника. Помимо этого, в тонкой кишке могут регистрироваться и так называемые тонические сокращения в виде волн частотой 1-2 в минуту.

Согласно результатам измерения внутрипросветного давления, в толстой кишке сегментирующие (перистальтические) сокращения генерируются с частотой 1-2 в минуту с продолжительной, до 50% времени исследования, фазой покоя, когда моторная активность почти не регистрируется. Данные об электрической активности толстой кишки разноречивы, поэтому нельзя считать ее окончательно установленной. В исследованиях с регистрацией электрического потенциала со стороны слизистой оболочки точечными электродами зарегистрированы ритмы с частотой 3, 6, 10 волн в минуту, однако, возможно, при таком методологическом подходе прибор регистрирует распространяющийся по тканям электрический потенциал желудка и тонкой кишки [10].

Следует считать наиболее вероятным, что в период активности, а он относительно непродолжителен, при использовании соответствующей методики регистрации в толстой кишке можно выделить электрический ритм с частотой 1-2 волны в минуту.

Ряд исследователей показали, что электрическая активность желудка и кишечника и механическая деятельность этих органов в виде сокращений мышечной стенки и образования волн давления взаимообусловлены и отражают разные стороны сократительной деятельности: первая является показателем процессов возбуждения гладкой мускулатуры, выражающихся колебаниями суммарной величины биопотенциала в единицу времени (функциональное состояние мышечного слоя органа), вторая - наличия реализованных, координированных сокращений мышцы с изменением давления в просвете желудка и разных отделов кишечника [1]. Таким образом, регистрируя электрический потенциал, можно оценить характер моторной (сократительной) деятельности желудка и кишечника.

Общепризнано, что генерируемые желудком и кишечником электрические сигналы, как и потенциалы сердца, распространяются по всему телу, которое по электрофизиологическим критериям является объемным проводником, и подчиняются известным физическим законам. С учетом генетической заданноcти частоты формирования электрического сигнала в желудке и отделах кишечника можно считать, что при выделении этого сигнала с поверхности тела мы получим информацию о функциональном состоянии данного органа. Так, гармоническая составляющая с частотой 3-4 волны в минуту отражает деятельность желудка, гармоники с частотой от 5 до 12 (реже 15) - моторную активность тонкой кишки, более медленные волны - 1-2 в минуту обусловлены тоническими сокращениями желудка, тонкой кишки и в период активности толстой кишки ее перистальтикой.

Наиболее удобный способ выделения и регистрации описываемых электрических сигналов -- спектральный анализ с помощью специального прибора, взаимосвязанного с компьютером класса IBM. Оптимальным по техническим характеристикам оказался электрогастроэнтерограф ЭГЭА-01 (АО "Масар-мат-Наука"). Прибор состоит из следующих функциональных блоков: усилителя электрического сигнала; аналогово-цифрового преобразователя; энергонезависимого запоминающего устройства; интерфейса, обеспечивающего совместную работу прибора с компьютером; системы управления и калибровки.

Частотно-временной (спектральный) анализ осуществляют с помощью специальной программной системы, включающей в себя ряд программ: ввода, преобразования, накопления и записи на диск результатов исследования; спектрального анализа; статистического анализа результатов; получения выходного документа и "машинного" заключения.

Принципиальной особенностью разработанного нами метода является возможность регистрации потенциала непрерывно следующими друг за другом одноминутными (можно продолжительностью 2-5 мин) отрезками времени, когда в связи с динамичностью регистрируемого процесса каждая гармоническая составляющая представляется в виде волнообразной кривой неправильной формы, отражающей изменение потенциала во времени. В результирующем документе она может быть выражена в виде графика или цифрового ряда, в котором каждая величина соответствует определенной точке этой кривой в системе координат и выражается в микро- или милливольтах. Этот прием позволил значительно повысить информативность метода и использовать новые диагностические критерии при оценке характера электрического потенциала.

Так, положительные экстремумы кривой или величины, их выражающие, условно названы нами максимумами, а временной промежуток между максимумами в минутах - интервалом. Основной объем исследований биоэлектрической активности желудка и кишечника проводили непрерывно следующими друг за другом интервалами продолжительностью 12 мин в количестве 3-8 в зависимости от поставленной клинической задачи. На протяжении 1993-1995 гг. подобным образом нами проведено 724 исследования у 43 здоровых добровольцев и 148 больных (у каждого больного проводили от 3 до 7 исследований). Обследовали больных с различной патологией желудка и кишечника, в том числе после оперативных вмешательств, а также апробировали прибор и методику при клинических испытаниях лекарственных препаратов сложного химического строения, преимущественно природного происхождения.

Этот объем исследований позволил всесторонне оценить как технические особенности нового метода, так и разработанные нами критерии оценки электрической активности желудка и кишечника, основные параметры которых представлены ниже.

"Средняя величина потенциала" (мкВ) - среднее арифметическое от суммы величин электрических потенциалов, зарегистрированных в каждый из непрерывно следующих друг за другом отрезков времени. Данный показатель рассчитывают по каждой из гармоник и выражают в микро- или милливольтах. В желудке он может иметь величину от 100-200 мкВ натощак до 150-250 мкВ после еды, в кишечнике - 10-70 и 20-90 мкВ соответственно. Волны с частотой 1-2 в минуту, условно названные медленными, или тоническими, изменяются в норме в более широком диапазоне - от 250 до 600 мкВ. Этот показатель характеризует электрическую активность желудка и кишечника, косвенно отражая глубину перистальтических движений. Увеличение средней величины потенциала желудка по сравнению со статистически рассчитанной нами нормой свидетельствует о нарушении функции желудка, его повышенной возбудимости, что характерно для таких заболеваний, как язвенная болезнь двенадцатиперстной кишки, хронический гастродуоденит, стеноз выходного отдела желудка, тиреотоксикоз и др. Уменьшение показателя под влиянием лечения подтверждает положительный эффект проводимой терапии. Низкие величины потенциала регистрируют после оперативных вмешательств, при гипотиреозе, воздействии некоторых лекарственных препаратов. Повышение его в подобных случаях свидетельствует о постепенном восстановлении функции желудка.

Аналогичным образом изменяются и средние величины биопотенциала кишечника. "Медленные" волны значительно снижаются при упорных запорах и увеличиваются при положительном эффекте лечения.

"Вариация величины потенциала" (мкВ) - средняя ошибка среднего арифметического, которую получают при вычислении средней величины потенциала. В норме в желудке она имеет величину менее 20-25 мкВ, в кишечнике - менее 8 мкВ, "медленные" волны - 50-60 мкВ. Данный показатель характеризует неравномерность электрических волн желудка, кишечника и может быть обусловлен нарушением глубинных процессов регуляции сократительной деятельности желудочно-кишечного тракта. Он увеличивается натощак, при воздействии токсичных веществ, перитоните, после оперативник вмешательств и уменьшается при восстановлении функции желудка и кишечника.

"Время активности" (проценты) - показатель, определяемый путем деления количества отрезков времени, на которых зарегистрированы максимумы (С), на время исследования (Т) и умножения полученного частного на 100 % (процентное соотношение продолжительности периодов активности и покоя желудка или кишечника). В желудке время активности, как правило, составляет 30-40 %, в кишечнике - 20-30 %. Данный показатель характеризует одну из основных физиологических функций желудочно-кишечного тракта - его периодическую деятельность. Он возрастает во время еды, под воздействием стимулирующих лекарственных препаратов, при гормональных влияниях, например при тиреотоксикозе, и уменьшается после резекций желудка или кишечника и при воспалительных процессах в брюшной полости, косвенно отражая их выраженность. "Время активности" может служить критерием оценки степени восстановления функции желудка или кишечника после операций, в период реконвалесценции. Нами установлена обратная зависимость "времени активности" и величины потенциала желудка или кишечника: чем выше регистрируемый потенциал, тем меньше "время активности".

"Количество максимумов" (макс/мин) - величина, показывающая количество максимумов по каждой из гармонических составляющих, выявленных в процессе исследования., Ее получают путем деления количества максимумов на продолжительность исследования. Во отношению к желудку эта величина равна 3,6-4,8 макс/мин, по отношению к кишечнику - 2,4-4,8 макс/мин. Увеличение количества максимумов свидетельствует о значительном повышении двигательной активности желудка и кишечника -- увеличении количества перистальтических волн, что может наблюдаться при разных заболеваниях (язвенная болезнь, гастродуоденит и др.), уменьшение - о выраженном торможении моторики, которое может быть обусловлено многими причинами, в том числе медикаментозным воздействием, наркозом, воспалительным процессом в брюшной полости.

"Величина интервала" (мин) - среднее арифметическое от суммы временных интервалов между максимумами. Фактически является величиной, обратной количеству максимумов. По отношению к желудку составляет 2,3-3,5 мин, по отношению к кишечнику - 2,5-3,8 мин.

"Степень аритмии" - величина, которая получается в процессе вычисления среднего арифметического величины интервала и является средней ошибкой среднего арифметического данного показателя. В норме по отношению к желудку она меньше 0,8, по отношению к кишечнику - меньше 0,6. Данный показатель характеризует ритмичность, или периодичность, электрической активности желудка и кишечника по каждой из гармоник. Он увеличивается или уменьшается при нарушениях глубинных нейрогуморальных регуляций моторики желудочно-кишечного тракта, а также при функциональных и органических изменениях в желудке или кишечнике. Уменьшение показателя в процессе лечения или после оперативных вмешательств является объективным показателем выздоровления. биопотенциал желудок кишечник сократительный

"Мощность сигнала желудка" (мкВ/мин) - сумма величин электрических потенциалов по гармоническим составляющим с частотой 3 и 4 волны в минуту, деленная на время исследования. Натощак "мощность сигнала желудка" составляет 60-200 мкВ, после еды - 120-250 мкВ. При использовании описанного выше прибора в качестве монитора этот показатель отражает динамику электрической и моторной деятельности желудка в процессе исследования; он может быть использован в сравнительных исследованиях до и после какого-либо воздействия, для наблюдения за состоянием желудка в ближайшем послеоперационном периоде.

"Мощность сигнала кишечника" (мкВ/мин) - сумма величин электрических потенциалов по гармоническим составляющим с частотой 5-15 волн в минуту, полученных в результате расчета одноминутных последовательных интервалов за все время исследования, деленная на время исследования. В норме натощак показатель равен 30-70 мкВ, после еды - 30-90 мкВ. Он характеризует суммарную активность кишечника в процессе динамического наблюдения, например после операций на органах брюшной полости или при необходимости оценки воздействия каких-нибудь лечебных или иных воздействий. Данный показатель может увеличиваться (при кишечной непроходимости, тиреотоксикозе) и уменьшаться (при парезе кишечника и др.). Его целесообразно использовать при мониторинге функции кишечника.

Анализ результатов проведенных нами исследований позволил сделать следующие обобщения.

1. Описываемый метод благодаря применению прибора в комплексе с компьютером позволяет достаточно точно и объективно регистрировать волнообразные колебания электрического поля поверхности тела человека в сверхнизкочастотном диапазоне - 1-15 волн в минуту, отражающие сократительную деятельность желудка и кишечника.

2. Приборный и программный комплексы обеспечивают необходимый режим исследования, по полученным результатам составляют как протокол, так и "машинное" заключение.

3. При обследовании больных после обширной резекции тонкой кишки, произведенной в связи с мезентериальным тромбозом (осталось лишь 20-25 см тощей кишки: подвздошная кишка и часть толстой были удалены), отмечено отсутствие гармонических составляющих электрического потенциала, характерных для данных отделов кишечника.

4. При проведении исследований с целью определить эффективность воздействия некоторых сборов лекарственных растений на моторную функцию желудка и кишечника получены данные, достаточно точно отражающие динамику сократительной деятельности этих органов в процессе фитотерапии.

5. При использовании тестов с хорошо известным физиологическим эффектом получены данные, подтверждающие тот факт, что исследуемый электрический феномен обусловлен сократительной деятельностью именно желудочно-кишечного тракта:

· прием обычной воды в небольшой дозе - 30 мл возбуждает лишь умеренную перистальтику желудка и кишечника и на непродолжительное время;

· прием пищи (завтрак) способствует увеличению работы желудка, а затем кишечника не менее чем на 30-80 %, при этом отмечается хорошо известный в физиологии латентный период между приемом пищи и началом активной пищеварительной моторики;

· механическое раздражение кишечника (пальпация живота в окружности пупка) повышает активность кишечника на относительно непродолжительное время и вызывает его аритмичную, волнообразную деятельность; работа желудка в данной ситуации не изменяется;

· при введении больному атропина перистальтика желудка и кишечника уменьшается на 40-50 %, введение метоклопрамида приводит к ее увеличению на 20-30 %.

Этот факт дает основание утверждать, что описываемый метод исследования может быть использован при клинических испытаниях как лекарственных препаратов, так и других лечебных методов, влияющих на сократительную активность желудочно-кишечного тракта.

Целесообразны серийный выпуск прибора и последующее накопление экспериментального и клинического материала с целью расширения диагностических возможностей компьютерной периферической электрогастроэнтерографии.

Литература

1. Гальперин Ю.М., Ребров В.Г., Попова Т.С. и др. Характеристика двигательной активности желудка по данным накожной электрогастрографии и баллонной механографии // Физиол. журн. СССР. - 1976. - № 11. - С. 1667-1675.

2. Гастроэнтерология. В 3-х частях. Ч. 1. Пищевод, желудок: Пер. с англ. / Под ред. Дж. X. Барона, Ф.Г. Муди. - М.: Медицина, 1988. - С. 234-259.

3. Гастроэнтерология. В 3-х частях. Ч. 2. Тонкая кишка: Пер. с англ. / Под ред. B.C. Чадвика, С.Ф. Филлипса. - М.: Медицина, 1985. - С. 132-156.

4. Климов П.К. Функциональные взаимосвязи в пищеварительной системе. - Л.: Наука, 1976. - 272 с.

5. Лебедев Н.Н., Пальчиков В.Е., Чурин Б.В. Мигрирующие моторные комплексы в суточном цикле естественной жизнедеятельности // Физиология человека. - 1992. - Т. 18, № 3. - С. 128-143.

6. Ребров В.Г., Куланина Т.Н. Спектральный анализ потенциалов желудка и кишечника с поверхности тела// Сов. мед. - 1991. - № 2. - С. 21-23.

7. Собакин М.Л. Моторная деятельность желудка при пищеварении: Автореф. дис. ... д-ра мед. наук. - М., 1958.

8. Daniel E.E., Wachter B.T., Honnor A.J., Bogoch A. The relationship between electrical and mechanical activity of the small intestine of dog and man// Canad. J. Biochemical. Physiol. - 1980. - Vol. 38, Mb 7. - P. 777-801.

9. Soma S.K. Ciclic motor activity: Migrating motor complex // Gastroenterol. - 1985. - Vol. 89. - P. 894-913.

10. Soma S.K., Bardakjan B.L., Waterfall W.E., Kingma J.K. Human colonic electrical control activity (EGA) // Gastroenterol. - 1980. - Vol. 48, № 9. - P. 1526-1536.

Аннотация

Компьютерная периферическая электрогастроэнтерография основана на регистрации биопотенциалов поверхности тела, генерируемых желудком и кишечником, с помощью низкочастотного усилителя сигнала и последующего его спектрального анализа на ЭВМ класса IBM.

Результаты обследования 43 здоровых добровольцев и 148 больных с различной патологией желудка и кишечника, а также клинических испытаний лекарственных препаратов природного происхождения дало основание утверждать, что метод позволяет определить особенности сократительной деятельности желудочно-кишечного тракта как в норме, так и при патологии, его можно использовать для контроля эффективности лечения, оценки действия лекарственных препаратов и других лечебных средств на моторную активность желудка и кишечника, а также при клинических испытаниях новых медикаментозных препаратов.

Ключевые слова: электрогастроэнтерография, биопотенциалы поверхности тела, моторная активность желудка и кишечника.

Размещено на Allbest.ru