Электрическая активность поджелудочной железы при экспериментальном панкреонекрозе Трубачева Алла Васильевна

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Проблема раннего выявления объема и степени тяжести повреждения поджелудочной железы при панкреонекрозе (обзор литературы) 11

1.1 Медико-социальные аспекты острого панкреатита 11

1.2. Возможности визуальной и лабораторной диагностики панкреатита... 14

1.3. Современные методы интегральной оценки тяжести состояния пациентов с острым панкреатитом 40

1.4. Современные данные об электрической активности поджелудочной железы 50

Глава 2. Материалы и методы исследования 55

Глава 3. Электрическая активность поджелудочной железы в эксперименте 62

3.1. Параметры электрического сигнала поджелудочной железы в остром эксперименте 63

3.2. Характерные артефакты, установленные экспериментально 69

3.3. Методика оценки и стандартизации «сырого» электрического сигнала интактной поджелудочной железы 71

3.4. Влияние наркотических препаратов на электрические сигналы поджелудочной железы 72

3.5. Характеристика сигналов поджелудочной железы, зарегистрированных в хроническом эксперименте 77

3.6. Моделирование панкреонекроза и методика регистрации и оценки электрического сигнала при развитии панкреонекроза 91

3.7. Электрическая активность поджелудочной железы после повреждения ее этиловым спиртом

3.8. Влияние трипсина на электрическую активность поджелудочной железы 112

3.9. Электрическая активность поджелудочной железы при моделировании панкреонекроза ядом гадюки 123

3.10. Электрическая активность поджелудочной железы при моделировании панкреонекроза жидким азотом 133

3.11. Электрический сигнал при механическом повреждении ткани поджелудочной железы 143

3.12. Характерные изменения электрического сигнала при различных повреждениях поджелудочной железы и развитии панкреонекроза 155

3.13. Взаимосвязь площади некроза поджелудочной железы с проявлением ее электрической активности 161

Глава 4. Практическое использование данных об электрической активности поджелудочной железы, полученных в эксперименте 167

Глава 5. Обсуждение результатов исследования 180

Выводы 196

Теоретические и практические рекомендации 198

Список литературы 199

• Современные методы интегральной оценки тяжести состояния пациентов с острым панкреатитом
• Современные данные об электрической активности поджелудочной железы
• Методика оценки и стандартизации «сырого» электрического сигнала интактной поджелудочной железы
• Электрический сигнал при механическом повреждении ткани поджелудочной железы

Введение к работе

Актуальность проблемы. Проблема диагностики и лечения больных острым панкреатитом остается актуальной на протяжении многих десятилетий, и, несмотря на значительные успехи, невозможно утверждать, что стало доступным управление течением заболевания, а главное - прогнозировать исход в ранние сроки (Савельев B.C., 2008). О сложности диагностики патологии поджелудочной железы, особенно ее осложнений, а также развития последствий в период реконвалесценции свидетельствует значительное число используемых диагностических методов, при этом разрабатываются все новые и новые способы диагностики (Багненко С.Ф. и соавт., 2012). Это объясняется неудовлетворенностью практических врачей уже существующими методами, однако специфичность, диагностическая ценность и доступность остаются актуальными для многих лечебно-профилактических учреждений (Гальперин Э.И., 2007; Дапюк А.И., 2013).

Существующие методы оценки функционального состояния поджелудочной железы и прогнозирования исхода острого панкреатита не удовлетворяют понятию «мониторинг», поскольку между отдельными диагностическими процедурами состояние поджелудочной железы может существенно меняться (Сандаков П.Я., 2013). Использование наиболее информативных диагностических методов, таких как компьютерная томография, с контрастным усилением и ядерно-магнитно-резонансная компьютерная томография, может представлять у наиболее тяжелой группы пациентов с синдромом полиорганной недостаточности значительные трудности (Затевахин И.И.; 2007; Amano Н., 2010; Werner J., 2012).

Наличие патологического процесса в поджелудочной железе требует непрерывной регистрации, но на сегодня отсутствуют доступные методы подобного контроля. Более того, постоянно наблюдать за активностью процесса в поджелудочной железе в настоящее время практически невозможно (Маев И.В. 2009; Botoi G., et al., 2011).

В последние годы в связи с возможностью компьютерной обработки
электрофизиологических сигналов вновь получают распространение

электрофизиологические методы диагностики, позволяющие изучать процессы, происходящие в органах и тканях, в норме и патологии путем исследования

протекающих в них биоэлектрических процессов (Шмидт Р., 2006). Исследование клеточного потенциала, или электрической активности секретирующего органа, давно обсуждается и поддается доказательной стандартизации.

Степень разработанности темы исследования. Как известно, функциональное состояние органа проявляется специфическим рабочим эффектом (сокращение, секреция и т.п.), рядом общих неспецифических физико-химических изменений: интенсивностью обменных процессов, теплообразованием, биоэлектрической активностью и др. (Мухина И. В 2007, Покровский В. М., 2003).

Поджелудочная железа - сложный секреторный орган, морфофункциональной основой которого является гранулоцит, мембранный потенциал которого составляет -30-70 мВ (Покровский В. М., 2003). Оптимальной для возникновения секреторных потенциалов является поляризация мембран до -50 мВ. Экспериментально установлено, что все клетки поджелудочной железы электроактивны, а электрическая активность клеток отражает их секрецию (Maki, L. W 1995, Harel, Tamar, et al., 2007). Все исследования по изучению электрической активности различных клеток поджелудочной железы являются теоретическими предпосылками для применения электрографического метода по изучению функции поджелудочной железы в условиях целого органа, как в норме, так и при патологии.

Экспериментально определена возможность регистрации сигнала в норме из целого органа на различных животных и установлено, что в норме электрическая активность всей железы может изменяться в зависимости от функционального состояния органа и под воздействием различных фармакологических средств (Harel, Tamar, et al., 2007).

В настоящее время функциональное состояние поджелудочной железы в условиях острого поражения ее паренхимы является одним из наименее изученных вопросов клинической панкреатологии, а работы, отражающие методы регистрации функции поджелудочной железы в режиме реального времени, единичны (Dulce М., 2012). В литературе не встречаются публикации по исследованию функции поджелудочной железы в режиме реального времени при панкреонекрозе. Также отсутствуют сведения о характере электрической активности поджелудочной железы при панкреонекрозе.

Изложенное выше побудило провести экспериментальное исследование по разработке и апробации системы наблюдения, оценке нарушений функции поджелудочной железы при моделировании острого панкреатита, возможности прогнозировать течение панкреатита и гибель органа по изменениям ее электроактивности.

Цель исследования - изучить электрическую активность поджелудочной железы и разработать технологию мониторинга электроактивности при экспериментальном панкреонекрозе.

Задачи исследования:

1. Разработать в эксперименте систему биполярной регистрации и оценки
электрической активности поджелудочной железы в норме и при панкреонекрозе.

1. Разработать в экспериментах на животных методику оценки электрического сигнала поджелудочной железы, определить границы нормативных значений его параметров в норме и выбрать оптимальную методику исследования ее электрической активности при панкреонекрозе.

2. На основе характеристики электрической активности поджелудочной железы у животных при различных рационах кормления экспериментально доказать адекватность разработанного метода для оценки функционального состояния поджелудочной железы.

4. Выявить особенности изменений электрической активности поджелудочной железы при моделировании панкреонекроза воздействием различных патогенных факторов.

5. Разработать технические требования и создать прибор для синхронной регистрации электрической активности поджелудочной железы с различных ее участков.

6. Выявить в эксперименте характер электрической активности поджелудочной железы при синхронной регистрации сигнала с различных участков железы в условиях развития деструктивного панкреатита.

Научная новизна

Впервые выделено три типа электрической активности поджелудочной железы при развитии панкреонекроза: I тип характеризуется резким повышением ее амплитуды сразу же после повреждения, а затем отмечается периодическое повышение амплитуды

на фоне практически плоской (низкоамплитудной) электрограммы поджелудочной железы; II тип проявляется медленным нарастанием электрической активности в течение 3 часов и резким ее повышением на протяжении последующего наблюдения; III тип характеризуется снижением амплитуды электрического сигнала, частоты проходящих пиков, вплоть до полного отсутствия электрической активности после повреждения в течение всего периода регистрации сигнала.

Впервые установлено, что при «патологической активности» поджелудочной железы ее электрическая активность значительно возрастает после повреждения и по частоте, и по амплитуде вне зависимости от механизма повреждения ткани железы, что обусловлено массивным некрозом клеток. «Патологическая активность» является критерием тяжести развивающегося некроза.

Впервые установлено, что независимо от природы патогенного фактора, моделирующего панкреонекроз, регистрируется однотипная электрическая активность поджелудочной железы, позволяющая связывать изменения сигнала с повреждением и гибелью секретирующих клеток, а не с действием фармакологических препаратов.

Впервые разработана методика регистрации электрического сигнала, оценивающего функциональное состояние поджелудочной железы. Отмечено, что электрическая активность поджелудочной железы при голодании и после кормления имеет существенные различия, особенно при употреблении белковой и углеводной пищи.

Впервые установлено, что по изменению электрической активности поджелудочной железы после ее повреждения можно прогнозировать исход панкреонекроза в зависимости от типа электроактивности поджелудочной железы. I и II тип электрической активности имеет неблагоприятный прогноз. III тип служит критерием формирования ограниченной некротической деструкции и имеет более благоприятный исход.

Разработан «Способ дифференциальной диагностики форм острого панкреатита в эксперименте» и получен патент № 2482793 от 27. 05. 2013 г. По результатам исследования создан многоканальный прибор для регистрации сигнала с поджелудочной железы - измеритель потенциалов поджелудочной железы «ИП ИНГГ» и разработана методика автоматической обработки полученных данных.

Теоретическая и практическая значимость

Выделено три типа электрической активности поджелудочной железы при развитии панкреонекроза при любом повреждении поджелудочной железы.

Определено понятие «патологической активности», которая отражает патогенез некротической деструкции. Установлено, что «патологическая активность» является критерием тяжести развивающегося некроза.

Установлено, что оптимальной экспериментальной моделью для изучения электрической активности поджелудочной железы при панкреонекрозе является введение трипсина в ткань поджелудочной железы, а оптимальным анестетиком для проведения экспериментальных исследований по изучению электрической активности поджелудочной железы является пропофол, так как он не изменяет ее электрическую активность.

Разработан метод регистрации функционального состояния секретирующих клеток поджелудочной железы по изменению ее электроактивности в норме и при остром экспериментальном панкреатите.

Разработана базовая методика оценки электрического сигнала поджелудочной железы и базовый алгоритм расчета сигнала, установлено, что показатель СКА/с достоверно отражает изменения электрической активности поджелудочной железы, а графическое отражение СКА/с сигнала каждые 10 минут (интерференционная кривая) и каждый час регистрации (курсовая динамика) наглядно представляют изменения электрической активности поджелудочной железы и могут быть применены в дальнейшем для оценки сигнала поджелудочной железы в эксперименте.

На основании полученных в эксперименте совместно с сотрудниками ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздрава России, ФБГУН «Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука» СО РАН (Новосибирск) разработаны технические требования и создан многоканальный регистратор электрических потенциалов поджелудочной железы.

Проведенное экспериментальное исследование электрической активности поджелудочной железы послужило теоретическим базисом для разработки и внедрения метода электрографии поджелудочной железы для исследовательских целей и в клиническую практику. Исследование 14-04-01349А «Разработка метода и методики

диагностики в режиме реального времени функционального состояния поджелудочной железы» поддержано грантом РФФИ от 26.12. 2013 г. В настоящее время продолжаются экспериментальные исследования электрической активности поджелудочной железы в условиях некротической деструкции на вновь созданном приборе.

Методология и методы исследования. В работе представлены результаты двух этапов экспериментальных исследований электрической активности поджелудочной железы в норме и при моделировании панкреонекроза, проведенных на лабораторных животных (64 кошки и 23 мини - свиньи). Результатом первого этапа исследования было установление закономерностей электрической активности поджелудочной железы в норме и при моделировании панкреонекроза. Полученные данные стали основой для создания специального программно - аппаратного комплекса, позволяющего проводить исследования на более высоком уровне. На втором этапе исследования продолжено изучение электроактивности поджелудочной железы и разработана методика автоматической оценки сигнала, выделены достоверные математические параметры (диагностические критерии), отражающие изменения электроактивности и сопоставлены результаты обеих этапов исследования. Для первичной оценки полученных данных использовали программное обеспечение комплекса «БОСЛАБ», программу MS Office Excel, а также разработанное авторское программное обеспечение. Статистическую обработку данных проводили при помощи статистических программ, STATISTICA 6, BIOSTAT 2008.

Положения, выносимые на защиту:

1. Электрическая активность поджелудочной железы позволяет оценить ее функциональное состояние и зависимость от рациона животного и времени, прошедшего после приема пищи.

2. При моделировании панкреонекроза выявляется три типа электрической активности поджелудочной железы.

3. Длительное снижение электрической активности, особенно после периодов патологического повышения, свидетельствует о массивном повреждении и гибели клеток поджелудочной железы.

4. Регистрирующаяся «патологическая активность» отражает механизмы развития некротической деструкции в поджелудочной железе и может служить

дополнительным критерием тяжести развивающегося некроза и фактором неблагоприятного прогноза заболевания.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов обусловлена достаточным объемом выборки, а также использованием адекватных аналитических методов статистической обработки полученных данных.

Результаты исследования доложены на IV межрегиональной конференции «Актуальные вопросы хирургии», посвященной памяти академика РАМН Л.В. Полуэктова (Омск, 2010); VII Всероссийской конференции хирургов с международным участием (Красноярск, 2012); VII международной научно-практической конференции «Перспективы развития науки и техники» (Przemysl, Польша, 2011); межрегиональной конференции «Актуальные вопросы хирургии» (Новокузнецк, 2011), межрегиональной конференции «Фундаментальные и клинические аспекты критических состояний» (Омск, 2013, 2014). Результаты исследования используются учебном процессе при преподавании патофизиологии и хирургии 3, 5 курсов лечебного, медико-профилактического, педиатрического факультетов на кафедре факультетской хирургии и кафедре патологической физиологии с курсом клинической патофизиологии Омского государственного медицинского университета и Новосибирского государственного медицинского университета.

Современные методы интегральной оценки тяжести состояния пациентов с острым панкреатитом

Методы лучевой диагностики острого панкреатита. Дифференциальная диагностика острого панкреатита не всегда точна [10, 20, 43]. На современном этапе развития медицины для улучшения диагностики острого панкреатита и его разнообразных форм используется комплекс инструментальных методов, включающий ультразвуковое исследование (УЗИ), лапароскопию, компьютерную томографию (КТ), транскутанные пункции зон некроза различной локализации под контролем УЗИ и КТ, эндоскопическую ретроградную панкреатохолангиографию [83, 87, 122]. Однако ни один из этих методов не дает надежного диагностического результата [102, 107, 109, 114].

Ультразвуковое сканирование - доступный и не инвазивный метод визуальной диагностики по сравнению с другими инструментальными методами, что рекомендует его в качестве скрининг-метода при подозрении на острый панкреатит [10, 11, 140]. Устанавливаются новые возможности ультразвука, расширяются границы его клинического применения [11, 43, 83, 86, 90]. Результаты этих методов обследования в динамике заболевания позволяют достигать четкой верификации клинико-морфологических форм острого панкреатита [10, 11, 107]. Новые возможности УЗИ открыло в диагностике заболеваний поджелудочной железы, т.к. дает представление о состоянии паренхимы, протоков и сосудов железы [10, 11, 107, 182].

Информативность ультразвукового метода основана на отражении ультразвука от жидкостных сред, мягких и плотных тканей, разность в акустической сопротивляемости которых превышает 1% [10, 11, 107]. УЗИ позволяет достоверно оценить также особенности сосудов, протоков, выявить наличие полостей, конкрементов и жидкости [10, 11]. Достоинствами ультразвуковых исследований являются безопасность, достаточная специфичность в выявлении деструктивных форм острого панкреатита, возможность многократного использования с целью динамического контроля [10, 11, 107, 122, 134], высокая достоверность в обнаружении холелитиаза [122, 140, 182]. Возможна ранняя диагностика очагов некроза, свободной жидкости в серозных полостях, острых жидкостных скоплений, инфильтратов, секвестров, кист, абсцессов и забрюшинной флегмоны [10, 11 140]. УЗИ позволяет поставить точный диагноз в 40-86% случаев, но не всегда может достоверно определить клинико-морфологическую форму острого панкреатита и оценить состояние забрюшинной клетчатки [107, 109].

Характерным ультразвуковым признаком острого панкреатита является увеличение размеров железы (переднезадний размер головки -более 3 см, тела - более 2 см), нечеткость, неровность ее контуров, снижение эхогенности паренхимы железы [107, 140]. При отеке паренхимы поджелудочной железы исчезает четкая граница между тканью железы и селезеночной веной [107, 123, 124].

В ранние сроки заболевания значимым эхографическим признаком деструктивных изменений поджелудочной железы является размытость и неровность контуров на фоне отека паренхимы, забрюшинного пространства и малого сальника [107, 124]. Симптом характерен для распространенных форм панкреатита [10, 11, 107, 124]. Типичен феномен "подчеркивания" неровных контуров железы при появлении свободного экссудата в сальниковой сумке [107]. Снижение эхогенности характеризует выраженный отек тканей и чаще встречается при распространенном панкреонекрозе [10, 11, 107]. Смешанная эхогенность характерна для панкреонекроза, протекающего на фоне хронических диффузных изменений поджелудочной железы и зависит от площади поражения деструктивным процессом паренхимы органа, чередования очагов некроза и кровоизлияний с неизмененной тканью [10,11, 107,124].

Ведущий признак панкреонекроза - неоднородность эхоструктуры, зависящая от распространенности процесса [10, 20, 100, 107]. Прогрессирование деструкции приводит к появлению в структуре железы гиперэхогенных включений, расположенных, в подкапсульной области, которые увеличиваются как в числе, так и в размерах [10, 11]. После они окружаются гипоэхогенной зоной, приобретая вид свободно лежащих секвестров [107].

Осложнениями панкреонекроза являются жидкостные скопления в сальниковой сумке и забрюшинной клетчатке [107, 140]. При локализации процесса в головке поджелудочной железы поражение забрюшинной клетчатки носит правосторонний характер [123], а локализация патологического процесса в теле и хвосте железы выявляет левостороннее поражение [123]. В динамике при прогрессировании деструктивного процесса точность ультразвуковой диагностики достигает 90% [123].

При УЗИ определяются сроки появления инфильтрата в забрюшинной клетчатке и его распространенность [107, 123]. УЗИ картина инфильтрата весьма разнообразна и зависит от вовлеченности в него забрюшинной жировой клетчатки и окружающих органов [10,11].

УЗИ имеет и лечебную ценность, поскольку позволяет не только распознавать изменения в поджелудочной железе и забрюшинной клетчатке, но и выполнять под его контролем пункционную аспирацию и дренирование некоторых жидкостных образований [83, 107]. Под контролем УЗИ возможна чрезкожная аспирация материала для окраски по Грамму и посева на культуру, а также является надежным методом выявления гнойных осложнений панкреонекроза в послеоперационном периоде [107].

Многими авторами отмечено, что основные и дополнительные эхографические признаки заболеваний поджелудочной железы непостоянны, неспецифичны, их интерпретация носит субъективный характер и характеризуется поздним появлением (спустя 1 сутки) [10, 11, 42, 107, 109, 123]. На первой недели заболевания все отделы железы удается визуализировать всего у 45% пациентов, к 11-му дню заболевания осмотру доступна вся железа в 80% случаев [109, 123]. УЗИ, проведенное неоднократно на первой неделе заболевания, информативно у 66% пациентов с ограниченным панкреонекрозом и в 55% случаев с распространением на забрюшинную клетчатку [123]. Достоверность ультразвуковой визуализации повышается с увеличением продолжительности заболевания [123]. При ограниченной форме заболевания информативность УЗИ в течение первой недели заболевания не превышает 80%, а через 11-14 суток от начала заболевания достигает 95% [122]. Точность исследования при распространенных формах панкреонекроза в эти же сроки составляет 75% и 90% соответственно [123].

Отмечается низкая диагностическая ценность УЗИ при развитии пареза желудочно-кишечного тракта, что наблюдается в 25-30% случаев острого панкреатита [107]. Визуализировать в послеоперационном периоде железу удается у 85% пациентов [10, 107]. Главными причинами неудач при исследовании органов брюшной полости и забрюшинного пространства, особенно в ранние сроки после операции, являются: экранизация их воздухсодержащими органами, а также наличие послеоперационного газа в брюшной полости, операционной раны, дренажных трубок и повязок, выраженного метеоризма желудочно-кишечного тракта [10, 11, 107, 123, 140]. Методы измерения параметров гемодинамики в висцеральных сосудах, плотности поджелудочной железы и забрюшинной клетчатки позволяет повысить специфичность, чувствительность и точность УЗИ при панкреонекрозе [90, 134, 140]. Интраоперационные способы УЗИ позволяют оценить жизнеспособность поджелудочной железы во время операции [43].

В дифференцировании интерстициального панкреатита и панкреонекроза диагностическая значимость УЗИ существенно ниже, чем компьютерной томографии [19, 165, 206].

Компьютерная томография - является самым чувствительным (точность диагностики достигает 90%) методом диагностики острого панкреатита и его осложнений и используется на протяжении более 20 лет, [10, 139 157, 215]. Зона некротического поражения поджелудочной железы определяется с первых 24-48 часов от начала заболевания [132, 157, 227]. На 4-5-е сутки заболевания зона некроза обозначается четко, что свидетельствует об окончательном формировании некроза [107, 139, 157]. В динамике некротический очаг претерпевает различную трансформацию в зависимости от процессов расплавления, отторжения, секвестрации, инфицирования и организации с формированием множества морфологических изменений в различные сроки от начала заболевания [10, 11,157].

Установлены компьютерно-томографические признаки острого панкреатита разных вариантов течения [157]. До 1992 г. не выделено точных критериев, позволявших верифицировать легкое и тяжелое течение острого панкреатита. Это не позволяло описать компьютерно-томографические синдромы различных форм острого панкреатита [157, 162]. P.A. Clavien et al. (1988) подразумевали под тяжелым панкреатитом развитие осложнений или летальный исход, L. Kivisaari et al. (1984) и W. Mayer (1987) - наличие некрозов, а P. A. Puolakkainen (1989) - фульминантное течение [157].

J.H. Ranson определял тяжелыми случаи, острого панкреатита заканчивающимися летальным исходом и/или сопровождающимися развитием местных или системных осложнений, и/или требовали более 7 суток пребывания в отделении реанимации и интенсивной терапии [157]. P. A. Clavien et al. (1988) основными компьютерно-томографическими признаками острого панкреатита тяжелого течения считали наличие признаков парапанкреатита в течение первых суток, a L. Kivisaari et al. (1984) - отсутствие участков накопления контрастного вещества в ткани поджелудочной железы [10, 11]. Разработана диагностика различных осложнений панкреатита: формирование истинных и ложных кист, обширные парапанкреатиты, псевдоаневризмы, кровотечения из аррозированных сосудов, тромбозы артерий и вен [11].

Определения некоторых осложнений были выработаны на согласительном конгрессе в г. Атланта в 1992 г. [123]. В их основу положены компьютерно-томографические признаки осложнений:

1. Острое скопление жидкости - скопления жидкости, не имеющие стенок из фиброзной, либо грануляционной ткани, располагающиеся внутри или около поджелудочной железы и развивающиеся в ранний период заболевания. Такие скопления с течением заболевания могут либо полностью регрессировать, либо привести к формированию псевдокисты.

2. Псевдокиста - ограниченное скопление жидкости, окруженное капсулой из фиброзной или грануляционной ткани. Формирование псевдокисты происходит через 3-4 недели после начала заболевания.

3. Панкреатогенный абсцесс - отграниченное скопление гноя в брюшной полости либо забрюшинном пространстве, обычно расположенное рядом с поджелудочной железой. Абсцесс содержит минимальное количество продуктов некроза поджелудочной железы и обычно формируется на 3-й неделе развития заболевания.

4. Панкреонекроз - диффузная, либо очаговая зона нежизнеспособной ткани поджелудочной железы, которая, как правило, сочетается с некрозом парапанкреатической жировой клетчатки [123].

Современные данные об электрической активности поджелудочной железы

Использование микроэлектродов с регистрацией внутриклеточного сигнала позволило установить, что разные клетки поджелудочной железы имеют разные характеристики активности [161, 182], а ацинарные клетки характеризуются низкоамплитудными частыми потенциалами, напоминающими «шум» [166]. Экспериментально установлено, что клетки поджелудочной железы электроактивны, а электрическая активность клеток отражает их секрецию [193, 207, 230, 233]. Все исследования по изучению электрической активности различных клеток поджелудочной железы являются теоретическими предпосылками для применения электрографического метода по изучению функции поджелудочной железы в условиях целого органа, как в норме, так и при патологии.

Интересная статья опубликована Н. Tamar et al. [233]. Авторами проведены эксперименты на различных животных (крысах, собаках и мини-свиньях) по изучению электрической активности поджелудочной железы в норме, как отдельных островков, так и целого органа in vivo. В результате проведенной работы создан прибор, позволяющий регистрировать электрический сигнал с 50 каналов различных участков железы. Дополнительно контролировались параметры уровня глюкозы крови, кетовые тела, газы крови, частота дыхания и ЭКГ [233].

Вывялены особенности сигнала поджелудочной железы, периодичность, амплитуда, продолжительность пиков, а также форма волны сигнала при функционировании различных клеток островков Лангерганса. Установлено, что амплитуда сигнала при секреции А-клеток выше, а пики более продолжительные по времени, чем при электрической активности В-клеток [233]. Выявлены характерные изменения электрической активности поджелудочной железы под действием различных доз глюкозы, вводимой животным внутривенно. Определены изменения электрической активности поджелудочной железы после введения тольбудамида, диазоксида, различных доз фенобарбитала [233]. Интерес представляет изучение электрической активности островков Лангерганса под действием импульсов постоянного тока. Показана возможность стимуляции островков импульсами постоянного тока [233]. Возможности прибора позволяли выделять биоэлектрическую деятельность В-клеток поджелудочной железы. В эксперименте проводилась калибровка сигнала для выявления функционирования В-клеток. Изучены изменения электрической активности поджелудочной железы у животного после кормления в течение нескольких часов. Однако авторами не исследовалась электрическая активность поджелудочной железы при различных рационах животных в хроническом эксперименте. Не обнаружены такие данные и в доступной литературе, хотя для понимания характерных изменений электрической активности поджелудочной железы при патологии важно осмысление характера изменений электрической активности при всех вариантах нормы и стандартизация сигнала с учетом всех функциональных состояний нормы, что в исследовании не проведено.

Таким образом, экспериментально установлено, что все клетки поджелудочной железы обладают электрической активностью. Электрическая активность клеток связана с транспортом ионов и отражает функциональное состояние клетки [117, 144]. Электрическая активность клетки поджелудочной железы изменяется под действием различных фармакологических препаратов [233]. Экспериментально определена возможность регистрации сигнала в норме из целого органа на различных животных и установлено, что в норме электрическая активность всей железы может изменяться в зависимости от функционального состояния органа и под воздействием различных фармакологических средств [233].

Несомненно, что различные патологические процессы в поджелудочной железе приведут к изменению ее функционального состояния [93, 117] и ее электрической активности, тем более клеточная гибель [113]. Учитывая сложности диагностики и выработки тактики у пациентов с тяжелыми панкреонекрозом [107, 118, 123], ранняя диагностика клеточной гибели и вопросы функционирование железы в условиях панкреонекроза по изменяющейся электрической активности железы были бы полезны для неотложной панкреатологии.

Оценка возможности, разработка метода мониторирования функции поджелудочной железы и предсказание масштаба повреждения органа по изменениям электрической активности поджелудочной железы кажется перспективной для пациентов с тяжелым панкреонекрозом. Однако в литературе нет сведений о характере электрической активности поджелудочной железы при панкреонекрозе, поэтому целесообразно проведение экспериментальных исследований, основной целью которых было бы определение характерных изменений электрической активности при панкреонекрозе в эксперименте.

Учитывая недостаточность литературных данных о характере электрической активности в норме, исследование необходимо дополнить изучением электрической активности у животных на различном рационе, при использовании различных препаратов для наркоза. Это позволило бы стандартизировать сигнал с учетом всех функциональных состояний нормы и вывести границы нормы сигнала. Стандартизация сигнала нормы важна для понимания сигнала патологии.

Учитывая многочисленные данные об изменениях электрической активности поджелудочной железы, включая трипсин [233], характерными изменениями электрической активности при панкреонекрозе будут только те, которые будут обнаружены при любом виде повреждения поджелудочной железы. Все выше изложенное послужило основанием для проведения настоящего исследования и оформления результатов в виде докторской диссертации по научной специальности 14.03.03 - патологическая физиология.

Методика оценки и стандартизации «сырого» электрического сигнала интактной поджелудочной железы

Проведенное исследование выявило три типа электрической активности после повреждения поджелудочной железы этиловым спиртом:

I тип электрической активности - резкое повышение ее активности сразу же после повреждения, а затем периодическое повышение активности на фоне практически плоской электрограммы поджелудочной железы.

II тип электрической активности - медленное нарастание электрической активности в течение 3 часов и резкое повышение ее на 4-м часу.

III тип электрической активности - снижение общей амплитуды сигнала и частоты проходящих пиков, вплоть до полного отсутствия электрической активности после повреждения в течение всего периода регистрации сигнала. Периодически электрическая активность в этих случаях повышалась единичными пиками с высокой амплитудой или проходила короткими импульсами.

Расчет основных показателей сигнала проводили отдельно и в часовых записях, и в десятиминутных фрагментах. Основные характеристики сигнала Характерной особенностью изменений сигнала после повреждения было уменьшение электрической активности, выражавшейся в снижении основной характеристики сигнала - СКА/с. В группе животных, которым повреждали поджелудочную железу спиртом в дозе 5-6 мл/кг, все значения СКА/с сигнала с высокой долей вероятности (критерий Манна-Уитни р 0,05) оказались значительно выше СКА/с сигнала после повреждения железы спиртом в дозе 3-4 мл/кг, что связано с периодами высокой электрической активности, совпадавшей с моментом гибели большого количества клеток.

Эти периоды нами названы «патологической активностью», потому что возникали после повреждения железы и в проведенных экспериментах нормы ранее не встречались. Характерной особенностью сигнала при «патологической активности» было превышение СКА/с сигнала выше ранее рассчитанной верхней границы нормы.

Показатели электрического сигнала поджелудочной железы после повреждения этиловым спиртом (10-минутная регистрация), Me (QL-QH) при р 0, Экспериментальная группа Кол-во записей Махамплит. Min амплит. Стандартное отклонение (СКА/с)

Общей закономерностью сигнала было уменьшение средних значений всех расчетных показателей сигнала «повреждения» по сравнению с нормативными значениями сигнала в 10-минутных фрагментах записи. При этом значительно ниже средние значения показателей сигнала оказались в группе животных с поврежденной поджелудочной железой этиловым спиртом в дозе 3-4 мл/кг (критерий Краскела-Уоллиса; р 0,05). При повреждении же железы спиртом в дозе 5,0-6,0 мл/кг отмечались более высокие средние значения показателей сигнала, что можно объяснить периодами патологического повышения активности.

Для каждого периода в 10 минут были построены графики (интерференционные кривые), отражающие изменения СКА/с сигнала отдельно для каждого часа регистрации. Большая часть графиков при повреждении находилась ниже нижней границе нормы, а при повышении активности нередко превышала ее верхнею границу (рис. 37). 40 60 время в минутах

График изменения показателя сигнала - СКА/с после повреждения поджелудочной железы этиловым спиртом каждые 10 минут (интерференционные кривые)

Сравнивая средние значения СКА/с в момент повышения активности в условиях нормы, рассчитанные в остром и хроническом эксперименте, со средним значением СКА/с в момент повышения активности при повреждении, отмечено ее достоверное повышение при повреждении (критерий Манна-Уитни, р=0,023). Сравнение этих же показателей в момент снижения активности в норме после повреждения достоверно меньше этого показателя при повреждении (критерий Манна-Уитни, р=0,025). При повреждении поджелудочной железы активность становилась выше, чем это зарегистрировано в норме и снижалась значительно ниже нормы (табл. 21). Рассчитано соотношение электрограмм, имевших низкие или высокие значения СКА/с после повреждения поджелудочной железы спиртом и в норме (таб. 21). Для чего, в группах повреждения, включая повреждение поджелудочной железы спиртом, и в экспериментах нормы отбирались записи, имевшие самые высокие и самые низкие значения СКА/с (СКА/с 36,74 мкВ/с - верхняя граница нормы показателя СКА/с, рассчитанная для золетила, СКА/с 2,06 мкВ/с - нижняя граница нормы показателя СКА/с, рассчитанная для пропофола).

Электрический сигнал при механическом повреждении ткани поджелудочной железы

Продолжено исследование по изучению электрической активности поджелудочной железы в условиях экспериментального панкреонекроза на разработанном приборе.

На первом этапе проводились измерения с игольчатыми электродами, изготовленными из платины, платино-родиевого сплава и из золота [40]. При этом регистрировались сигналы из тела (глубины) поджелудочной железы (ПЖ). Установлено, что по совокупности механических и электрофизических характеристик для решения поставленной задачи оптимальным является применение электродов со сплошными покрытием контактных поверхностей золотом. Электроды вкалывались в тело ПЖ и фиксировались путём пришивания к телу ПЖ нитью.

На втором этапе проводились измерения разности потенциалов с поверхности ПЖ. Дисковые электроды изготовлены из тонкого фольгированного стеклотекстолита, контактная площадка выполнена в виде золочёного кольца, в центре установлена игла из ковара, также ПЖ. Игла вкалывалась в тело ПЖ, и электрод фиксировался путём пришивания к телу ПЖ нитью. Проведя предварительную обработку полученных данных, мы установили, что показатели сигнала изменяются в зависимости от межэлектродного расстояния и места расположения электродов (на поверхности или глубине железы). Анализ проведённых экспериментальных работ 1 и 2 этапов выявил следующие ограничения электродной системы, состоящей их одиночных электродов: 1. Установка одиночных электродов занимает много времени; 2. Затруднена установка электродов на фиксированном расстоянии друг от друга (расстояние в каждом случае различно) и это затрудняет сравнение данных, полученных в разных экспериментах; 3. Величина сигналов из глубины и поверхности ПЖ существенно различается; 4. Для получения наиболее полной информации необходимо регистрировать сигналы, как с поверхности, так и из тела ПЖ; 5. Для уменьшения величины наводок от промышленной сети соединение электродов с измерителем потенциалов «ИП ИНГТ-16/USB» необходимо выполнять микрокоаксиальным кабелем.

Для устранения выявленных недостатков разработана, изготовлена и прошла экспериментальную проверку группа измерительных электродов, размещённая на гибкой печатной плате, что позволяет фиксировать межэлектродное расстояние, уменьшить случайный разброс регистрируемых данных и стандартизовать условия регистрации сигнала. Конструкция каждого электрода позволяет измерять электрический потенциал в одной области (диаметр 5 мм) на поверхности и в теле поджелудочной железы, соединение электродов с измерителем потенциалов «ИП ИНГТ-16/USB» выполнено экранированным двухжильным микрокоаксиальным кабелем.

Для регистрации, визуализации и первичной обработки полученных экспериментальных данных использовался модернизированный пакет специального программного обеспечения «АЦП-Медик».

При предварительной обработке экспериментальных данных вычислялись следующие параметры зарегистрированных сигналов: Min - минимальное значение амплитуды сигнала (мкВ); Мах - максимальное значение амплитуды сигнала (мкВ); Squer - площадь пика сигнала (мкВ). Average - среднее значение амплитуды сигнала (мкВ); Trend - тангенс угла наклона аппроксимирующей прямой сигнала; Error - стандартное отклонение от аппроксимирующей прямой сигнала (мкВ); MaxLin - максимальное отрицательное отклонение от аппроксимирующей прямой сигнала (мкВ); MinLin - максимальное положительное отклонение от аппроксимирующей прямой сигнала (мкВ); Ref_val = -Yii\yn \ среднее абсолютное отклонение от аппроксимирующей прямой сигнала; ErrSpl - среднее абсолютное отклонение от аппроксимирующего кубического сплайна сигнала; Power_Spl = Т,(У — Yspl)2, где Yspl - аппроксимирующий кубический сплайн сигнала - абсолютная мощность сигнала с аппроксимацией тренда кубическим сплайном; Abs. Squer = ТУ — Yl) , где Yl— линейная аппроксимация сигнала абсолютная площадь сигнала с линейной аппроксимацией тренда; N - количество пиков сигнала за время t. Average peak = — 2 ї \Лп где Ап амплитуда пика и N - их количество за время t -средняя амплитуда пиков сигнала; Мах(\Ап\) - максимальная амплитуда сигнала за время t. Возможности программы «АЦП-Медик»: 1. Размер файла зарегистрированной информации практически неограничен (при 6 часовом эксперименте составляет около 1,5 Гб). 2. Одновременная визуализация зарегистрированной информации по 16 каналам (в том числе и визуализация в реальном масштабе времени). 3. Сравнение 16 каналов в одном окне. 4. Использование линейных операций (сложение и вычитание) между различными каналами с визуализацией результатов операции позволяет оперативно изменять топологию измерительной цепи (выделять интересующую область измерения электрических сигналов на поджелудочной железе). 5. Выполнение спектрального анализа данных с возможностью выбора размера временного окна. 6. Графическое и текстовое представление вычисленных параметров. 7. Предоставляет возможность экспорта первичных данных, а также вычисленных параметров и результатов спектрального анализа в программы «Exel», «MatLab», «STATISTICA 6», «BIOSTAT 2008» для проведения последующей обработки.

На 6 лабораторных животных проведена продолжительная по времени регистрация сигнала поджелудочной железы в норме (6-8 часов в каждом эксперименте). Перед повреждением железы в каждом эксперименте регистрировали ее электрическую активность в течение от 30 минут до одного часа. Полученные данные принимали в качестве исходных данных нормы и в процессе исследования сравнивали с аналогичными данными, полученными при повреждении.

При повреждении поджелудочной железы вне зависимости от конструкции электродов при синхронной регистрации сигнала нами обнаружены типы электрической активности, установленные в ранних исследованиях. При синхронной регистрации одновременно регистрируются с различных отделов железы разные типы электроактивности (рис. 74).