Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные методы исследования желудочной секреции 18
1.1. Роль исследования желудочной секреции в лечении кислотозависимых заболеваний 18
1.2. Обзор методов исследования кислотности желудочного сока 20
1.2.1. Титрационный метод 21
1.2.2. Фракционное зондирование 21
1.2.3. Беззондовое исследование желудочной секреции 23
1.2.4. Диффузионный метод исследования кислотности желудочного сока 25
1.2.5. Реогастрография 26
1.2.6. Внутрижелудочная рН-метрия (история развития) 27
1.2.7. Современные медицинские методы исследования рН верхних отделов ЖКТ 30
1.2.7.1. Кратковременная и экспресс рН-метрия 30
1.2.7.2. Мониторирование рН 31
1.2.7.3. Эндоскопическая рН-метрия 33
1.3. рН-метрия. Технические и метрологические аспекты 34
1.3.1. Определение рН 34
1.3.2. Стандартные буферные растворы 38
1.3.3. Потенциометрическое измерение рН 39
1.3.4. Электроды сравнения 42
1.3.5. Измерительные электроды 47
1.3.6. Спектрофотометрическое измерение рН 49
1.3.7. Индикаторные бумаги и тест-полоски 50
1.4. Внутрижелудочные рН-зонды 51
1.4.1. Основные требования к внутрижелудочным рН-зондам 51
1.4.2. Точности и диапазон измерения рН-зондов 52
1.5. Выводы 55
Глава 2. Разработка математической модели кислотообразующей функции желудка и технологий обработки внутрижелудочных рН-грамм 57
2.1. Анализ рН-грамм при кратковременной рН-метрии 57
2.1.1. Щелочной тест Ноллера и его использование в клинической практике . 57
2.1.2. Анализ рН-грамм при щелочном тесте 60
2.1.3. Анализ рН-грамм при ЩТ в приборе «Гастроскан-5М» 63
2.2. Анализ рН-граммы при щелочном тесте с использованием метода наименьших квадратов 68
2.2.1. Аппроксимация рН-грамм методом наименьших квадратов 68
2.2.2. Выбор метода поиска минимума функции нескольких переменных 70
2.2.3. Аппроксимация экспериментальных рН-грамм 72
2.3. Разработка модели кислотопродуцирующей функции желудка при щелочном тесте 77
2.3.1. Разработка модели щелочного теста 77
2.3.2. Сопоставление модели щелочного теста с экспериментальными данными 86
2.3.3. Аппроксимация рН-грамм с помощью модели ЩТ 89
2.3.4. Анализ результатов применения модели ЩТ 93
2.4. Выявление пиков во внутрижелудочных рН-граммах 97
2.5. Оценка кислотообразующей функции желудка при 24-часовой рН-метрии 2.6. Выводы 100
Глава 3. Экспериментальные исследования работы внутрижелудочного рН-зонда в рН неоднородной среде и диффузии ионов водорода в желудочном соке 102
3.1. Исследования работы внутрижелудочного рН-зонда в рН неоднородной
среде 102
3.1.1. Конструкция внутрижелудочных рН-зондов 102
3.1.2. Неоднородности рН в слизи и содержимом желудка 106
3.1.3. Исследование работы рН-зонда с использованием вольтамперных характеристик 111
3.1.3.1. Электрохимия сурьмяного электрода 112
3.1.3.2. Модель работы сурьмяного электрода в рН неоднородной среде 115
3.1.3.3. Измерение вольтамперных характеристик рН-зонда 117
3.1.4. Экспериментальное моделирование работы рН-зонда в рН неоднородной среде 124
3.1.5. Анализ результатов экспериментальных исследований 127
3.2. Исследование диффузии ионов водорода в желудочном соке 129
3.2.1. Роль диффузии ионов водорода как фактор риска развития язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки 129
3.2.2. Взаимосвязь подвижности ионов водорода и диффузионного потенциала 130
3.2.3. Экспериментальные исследования диффузионного потенциала желудочного сока 132
3.3. Выводы 137
Глава 4. Разработка программно-аппаратного комплекса для внутрижелудочнои рН-метрии и нового метода исследования желудочного сока на основе измерения диффузионного потенциала 139
4.1. Современные приборы для внутрижелудочной рН-метрии 139
4.2. Прибор для кратковременной рН-метрии «Гастроскан-5М» 143
4.3. Структура программно-аппаратного комплекса для исследования кислотообразования в желудке с помощью щелочного теста Но л л ера 147
4.4. Структура медицинских приборов для исследования диффузии ионов водорода в желудочном соке и оценки риска развития язвенной болезни 154
4.4.1. Лабораторная установка для исследования диффузии ионов водорода.. 156
4.4.2. Внутрижелудочное исследование диффузии ионов водорода 158
4.4.3. Способ и устройство для прогнозирования риска развития язвенной
болезни 161
4.5. Выводы 164
Заключение 165
Библиографический список литературы
- Обзор методов исследования кислотности желудочного сока
- Щелочной тест Ноллера и его использование в клинической практике
- Конструкция внутрижелудочных рН-зондов
- Прибор для кратковременной рН-метрии «Гастроскан-5М»
Введение к работе
Одними из наиболее распространенных заболеваний являются кислотоза-висимые заболевания желудочно-кишечного тракта (ЖКТ): язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, гастроэзофагеальная рефлюксная болезнь (ГЭРБ), хронический гастрит и др., которыми страдают в среднем около 10-20% взрослого населения [56, 72, 88, 116, 118, 154].
Достижения фармакотерапии последних лет позволяют в короткие сроки добиваться успеха при лечении кислотозависимых заболеваний ЖКТ. Однако, для качественной-диагностики и подбора индивидуальных схем лечения этих заболеваний необходима информация о наличии и выраженности кислотообра-зования в желудке, а так же о возможной резистентности больного к действию лекарства [81, 88]. В настоящее время оценка секреторной функции желудка с использованием рН-метрии является наиболее информативной и совершенной. Внутрижелудочная рН-метрия рассматривается как самый физиологичный метод, поскольку не влияет на условия работы желудка, не стимулирует его сек-реторную функцию, не провоцирует возникновение рефлюксов. Сегодня рН-метрия приобрела статус классического клинического метода, включенного в программы обучения студентов медицинских специальностей [57, 147].
В соответствии со сложившейся практикой, закрепленной в нормативных документах, под термином «внутрижелудочная рН-метрия» понимается рН-метрия всех верхних отделов ЖКТ, включая пищевод и двенадцатиперстную кишку.
Актуальность работы:
Внутрижелудочная рН-метрия включена в методические рекомендации по лечению кислотозависимых заболеваний Российской гастроэнтерологической ассоциации [55, 56], Научного общества гастроэнтерологов России [154] и гастроэнтерологических ассоциаций других стран, например, Американской гастроэнтерологической ассоциации [190] и Британского гастроэнтерологическо-
9 го общества [192, 193]. Внутрижелудочная рН-метрия входит в стандарты медицинской помощи больным язвой желудка и двенадцатиперстной кишки, га-строэзофагальным рефлюксом, хроническим гастритом, дуоденитом, диспепсией, больным с термическими и химическими ожогами пищевода, с другими болезнями пищевода (пищевод Баретта), утвержденные Минздравсоцразвития России [128, 129, 130, 132, 134]. Приборы для рН-метрии включены в табельное оснащение городских поликлиник и поликлиник при городских больницах [133]. Учитывая г социальную важность этого направления, Минздравсоцразвития России приказом от 25 августа 2005 г. № 539 «О мерах по совершенствованию организации гастроэнтерологической помощи населению Российской Федерации» [131] установило, что к 2010 г. кабинеты и отделения гастроэнтерологии должны быть оснащены приборами для внутрижелудочной рН-метрии, а врачи-гастроэнетрологи должны уметь проводить рН-метрию верхних отделов пищеварительного тракта.-Приказом Минздравсоцразвития России от 29 августа 2006 г. № 615 «О мерах по совершенствованию организации гастроэнтерологической помощи детскому населению Российской Федерации» [135] установлено, что приборами для внутрижелудочной рН-метрии должны быть оснащены отделения детской гастроэнтерологии и кабинеты врача-педиатра, оказывающего гастроэнтерологическую помощь детям.
Растущая потребность во внутрижелудочной рН-метрии в российском здравоохранении связана с тем, что российская медицинская практика в этой области существенно отстает от медицинских стандартов развитых стран. Например, в соответствии с рекомендациями Британского гастроэнтерологического общества [192] только для диагностики ГЭРБ требуется примерно 125-130 суточных исследований рН в год на 100 тыс. чел. По приблизительным оценкам [100], в России для диагностики ГЭРБ в год на 100 тыс. чел. проводится в среднем 2 суточных исследования. Даже в Москве проводится только 11 суточных исследований на 100 тыс. чел. Выполнение мероприятий, принятых перечисленными выше приказами Минздравсоцразвития России, позволит ликвидиро-
10 вать сложившийся недостаток в количестве выполняемых исследований внут-рижелудочного рН. При этом медицинская промышленность должна обеспечить соответствующий количественный рост и качественное'улучшение в лечебно-профилактических учреждениях (ЛПУ) парка приборов для внутрижелу-дочной рН-метрии.
В последние 10-15 лет в России и за рубежом внутрижелудочную рН-метрию проводят в основном с использованием компьютерных систем, которые позволяют не только измерять уровень рН, но и рассчитывать параметры, характеризующие кислотообразующую функцию желудка [88, 223].
рН-метрию проводят с помощью трансназального или перорального рН-зонда, измеряющего кислотность в исследуемых отделах ЖКТ. Временные зависимости рН (рН-граммы) записываются регистрирующими устройствами и затем анализируются визуально или с помощью компьютерных программ. Точность измерения кислотности - 0,2 рН. Существуют различные эмпирические критерии, с помощью которых по рН-граммам судят об интенсивности-кисло-тообразования в желудке. В некоторых случаях эти критерии введены формально и вызывают дискуссии. Поэтому неоднократно отмечалась актуальность выявления физически обоснованных взаимосвязей между уровнем рН и кислотообразованием в желудке [31, 36], однако задача оставалась не решенной. В то же время, компьютерная техника, используемая в приборах для внут-рижелудочной рН-метрии, позволяет при анализе рН-грамм использовать достаточно сложные модели и алгоритмы, что было недоступно ранее. Еще одним фактором, который необходимо учитывать при количественном анализе рН-грамм, является влияние на показания рН-зонда резких неоднородностей рН вблизи стенок желудка. Ранее работа внутрижелудочного рН-зонда в рН неоднородной среде никем не исследовалась.
Это делает актуальным разработку новых более информативных технологий анализа результатов исследования внутрижелудочной кислотности, которые могут быть реализованы в компьютерных приборах.
Цель работы:
Разработка новых технологий обработки рН-грамм и структуры компьютерных программно-аппаратных комплексов для внутрижелудочной рН-метрии, повышающих достоверность и клиническую ценность исследования для диагностики кислотозависимых заболеваний ЖКТ.
Для осуществления этой цели были поставлены следующие задачи:
Проведение анализа современных методов внутрижелудочной рН-метрии, применяемых для диагностики кислотозависимых заболеваний, технологий анализа рН-грамм, и приборов используемых для этих целей.
Разработка математической модели динамики рН при щелочном тесте Ноллера, позволяющей выявлять взаимосвязь между скоростью кислото-образования в желудке, щелочным временем и другими параметрами рН-граммы.
Разработка автоматизированного метода анализа рН-грамм при выполнении щелочного теста.
Исследование работы рН-зондов в рН неоднородной среде желудка.
Исследование подвижности ионов водорода в желудочном соке и возникающих диффузионных потенциалов.
Разработка структуры программно-аппартного комплекса для проведения внутрижелудочной рН-метрии и дополнительной оценки скорости диффузии ионов водорода в желудочном соке.
Научная новизна:
1. Впервые установлено, что динамику рН в теле желудка при щелочном тесте Ноллера можно описывать математической моделью: дифференциальным уравнением первого порядка, связывающим изменения концентрации ионов водорода и бикарбоната натрия со скоростью поступления тестового раствора и скоростью кислотообразования в желудке. Аналитическое решение этого урав-
12 нения показало, что щелочное время пропорционально количеству тестового раствора и обратно пропорционально скорости кислотообразования.
Разработаны методы анализа внутрижелудочных рН-грамм с помощью аппроксимации экспериментальных данных зависимостями, определяемыми математическими моделями, и поиска минимума-среднеквадратического отклонения аппроксимирующей функции в многомерном пространстве параметров моделей.
Впервые проведены исследования работы сурьмяного измерительного электрода внутрижелудочного рН-зонда в среде с неоднородным рН. С помощью измеренных вольтамперных характеристик рН-зонда в растворе бикарбоната натрия и в желудочном соке рассчитана зависимость показаний рН-зонда от соотношения площадей контакта с этими жидкостями. С помощью экспериментального моделирования одновременного контакта рН-зонда с раствором бикарбоната натрия-и желудочным соком полученазависимость показаний рН-зонда от рН желудочного сока.
4. Впервые экспериментально обнаружено отсутствие аномальной под
вижности ионов* водорода в желудочном соке, такой* как в обычных водных
растворах соляной кислоты. Пониженная подвижность ионов водорода в желу
дочном соке, влияющая на скорость обратной диффузии ионов водорода в сли
зистую оболочку желудка и двенадцатиперстной кишки, является еще одним,
ранее не известным, фактором защиты от агрессивного воздействия соляной
кислоты.
Практическая значимость:
1. Разработаны технологии обработки рН-грамм в компьютерных приборах для внутрижелудочной рН-метрии, основанные на математической модели динамики рН при щелочном тесте Ноллера, позволяющие выявлять взаимосвязь между скоростью кислотообразования в желудке, щелочным временем и другими параметрами рН-граммы. Получаемая из рН-грамм дополнительная
13 информация о кислотообразующей функции желудка повышает клиническую ценность внутрижелудочной рН-метрии.
2. Разработана структура программно-аппаратного комплекса, которая позволяет повысить диагностическую информативность данных внутрижелудочной рН-метрии.
3.Разработан новый метод исследования желудочного сока на основе измерения рН и диффузионного потенциала, позволяющий оценивать риск развития язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки.
4. Разработаны структура новых медицинских приборов для контроля за риском развития язвенной болезни, основанных на одновременном исследовании рН и подвижности ионов водорода в желудочном соке.
Внедрение:
Разработанные в настоящей диссертации технологии обработки рН-грамм
и структура программно-аппаратного комплекса использованы при модерниза
ции компьютерного прибора «Гастроскан-5М», выпускаемого ведущим произ
водителем приборов для внутрижелудочной рН-метрии в России ЗАО НПП
«Исток-Система». :;>-
Положения, выносимые на защиту:
Математическая модель динамики рН при щелочном тесте Ноллера, впервые показавшая количественную взаимосвязь между скоростью кислото-образования в желудке, щелочным временем и другими параметрами рН-граммы в теле желудка.
Алгоритмы компьютерного анализа внутрижелудочных рН-грамм на основе их аппроксимации математической моделью динамики рН при щелочном тесте Ноллера методом наименьших квадратов и поиска минимума среднего квадратического отклонения в многомерном пространстве параметров, связанных с кислотообразованием в желудке.
Два взаимно дополняющих подхода к исследованию работы сурьмяного внутрижелудочного рН-зонда в среде с неоднородным рН. Первый подход основан на измерении вольтамперных характеристик рН-зонда. Второй - на экспериментальном моделировании контакта рН-зонда с жидкостями с разным рН. Первый подход позволяет более детально изучить зависимость от соотношения площадей контакта с жидкостями, второй - зависимость от концентрации соляной кислоты в желудочном соке.
Результаты экспериментальных исследований, обнаруживших отсутствие аномальной подвижности ионов водорода в желудочном соке, такой как в, обычных водных растворах соляной кислоты.
Структура* программно-аппаратного комплекса на базе отечественного прибора- «Гастроскан-5М», выпускаемого НПП «Исток-Система», которая позволяет повысить диагностическую, информативность данных внутрижелудоч-ной рН-метрии.
Структура медицинских приборов для одновременного исследования рН и оценки скорости диффузии ионов водорода в желудочном соке больных в целях контроля за риском развития язвенной болезни.
Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях:
4-я Научно-техническая конференция «Медико-технические технологии на страже здоровья», Турция, г. Анталия, 07-13 октября 2002.
6-я Научно-техническая конференция «Медико-технические технологии на страже здоровья», Греция, г. Ираклион, 10-17 октября 2004.
V Всероссийская конференция «Информационные технологии* в медицине - 2004», Москва, ВВЦ, 16-19 марта 2004.
7-я Научно-техническая конференция «Медико-технические технологии на страже здоровья», Греция, г. Салоники, 02-09 октября 2005.
V Конференция гастроэнтерологов Южного федерального округа, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный медицинский университет, 27-28 апреля 2006.
8-я Научно-техническая конференция «Медико-технические технологии на страже здоровья», Греция, о. Родос, 24 сентября - 01 октября 2006.
XXXIII Юбилейная сессия, посвященная 40-летию ЦНИИ Гастроэнтерологии и VII Съезд Научного общества гастроэнтерологов России «Болезнь и возраст», Москва, Домгученых, 20-23 марта 2007.
VI Конференция гастроэнтерологов Южного федерального округа, Ессентуки, 26-27 апреля 2007.
9-я Научно-техническая конференция «Медико-технические технологии на страже здоровья», Италия, о. Сицилия, 5-12 октября 2007.
Объем и структура работы:
Диссертация изложена на 190 страницах, включает введение, обзор современных методов исследования желудочной секреции, разработку математической* модели кислотообразующей функции желудка и технологий обработки внутрижелудочных рН-грамм, описание экспериментальных исследований работы внутрижелудочных рН-зондов в рН неоднородной среде и подвижности ионов водорода в желудочном соке, разработку программно-аппаратного комплекса для внутрижелудочной рН-метрии и нового метода исследования желудочного сока на основе измерения диффузионного потенциала и заключение. Литературный указатель включает 238 источников информации. Работа иллюстрирована 22 таблицами и 75 рисунками.
По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, включая патент на изобретение: способ и устройство для прогнозирования риска развития язвенной болезни. 4 работы, помеченные знаком *, опубликованы в изданиях, включенных в перечни ВАКа (2001-2005) и (октябрь-декабрь 2006 года).
Публикации:
Ракитин Б.В., Ракитин А.Б. Выявление пиков во внутрижелудочных рН-граммах // Медико-технические технологии на страже здоровья. Сб. докл. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - С. 70.
Ракитин Б.В., Ракитин А.Б. Обработка внутрижелудочных рН-грамм при щелочном тесте // Медико-технические технологии на страже здоровья. Сб. докл. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.' Баумана, 2004. - С. 79-80.
Ракитин А.Б., Ракитин Б.В. Оценка кислотообразующей функции желудка при 24-часовой рН-метрии // V Специализированная выставка и Всероссийская конференция «Информационные технологии в медицине — 2004», 16-19 марта 2004, Москва. Тезисы докладов. -М.: АРМИТ, 2004. - С. 106-107.
Ракитин А.Б., Ракитин Б.В. Стандартизация обработки внутрижелудочных рН-грамм при щелочном тесте // V Специализированная выставка и Всероссийская конференция «Информационные технологии в медицине - 2004», 16-19 марта 2004, Москва. Тезисы докладов. - М.: АРМИТ, 2004. - С. 128-129.
Михеев А.Г., Ракитин А.Б., Ракитин Б.В. Модель кислотопродуцирующей функции^желудка при щелочном тесте // Медико-технические технологична страже здоровья. Сб. докл. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - С. 106-107.
*Михеев А.Г., Невский Д.И., Ракитин А.Б., Ракитин Б.В. Исследование динамики рН при щелочном тесте // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. Спецвыпуск. 2006. - С. 44-46. Принята к печати 17 февраля 2006 г.
Невский Д.И., Ракитин А.Б., Ракитин Б.В. Исследование работы рН-зонда в неоднородной среде // Медико-технические технологии на страже здоровья. Сб. докл. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - С. 26-28.
Ракитин Б.В., Невский Д.И., Ракитин А.Б. Диффузионный потенциал и подвижность ионов водорода в желудочном соке // Медико-технические техно-
17 логии на страже здоровья. Сб. докл. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана,
2006. - С. 24-26.
9. *Невский Д.И., Ракитин А.Б., Ракитин Б.В. Исследование работы внутриже-лудочного рН-зонда в среде с неоднородным рН // Медицинская техника. —
2007. - №2. - С. 17-19: Принята к печати 05.05.2006 г.
Ю.Ракитин Б.В., Невский Д.И., Ракитин А.Б. Подвижность ионов водорода в желудочном соке // Тезисы VII съезда Научного общества гастроэнтерологов России, посвященного 40-летию ВНИИ гастроэнтерологии — ЦНИИ' гастроэнтерологии, Москва, 20-23 марта 2007 г. — М.: Анахарсис, 2007. — С. 19-20.
П.Михеев А.Г., Невский Д.И., Ракитин А.Б., Ракитин Б.В'. Динамика рН в.теле желудка при щелочном тесте // Тезисы VII съезда Научного общества гастроэнтерологов-России, посвященного 40-летию ВНИИ гастроэнтерологии — ЦНИИ гастроэнтерологии, Москва, 20-23 марта 2007 г. - М.:. Анахарсис, 2007.-С. 91-93.
12.*Ракитин Б.В., Невский Д.И., Ракитин А.Б. Исследование подвижности ионов водорода в желудочном соке // Изв. вузов. Єев.-Кавк. регион. Естеств. науки. Спецвыпуск «Проблемы гастроэнтерологии Юга России». 2007. - С. 63-64. Принята к печати 29 ноября 2006 г.
ІЗ.Невский Д.И., Ракитин А.Б., Ракитин Б.В. Анализ внутрижелудочных рН-грамм при щелочном тесте // Медико-технические технологии на страже здоровья. Сб. докл. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. - С 44-46.
14.Ракитин Б.В., Невский Д.И., Ракитин А.Б., Трифонов М.М. Способ и устройство для прогнозирования риска развития язвенной болезни. Патент РФ на изобретение № 2318217, G01N 33/84, 2008.
15.*Невский Д.И., Ракитин А.Б., Ракитин Б.В. Анализ внутрижелудочных рН-грамм при щелочном тесте // Медицинская техника. - 2008: - №1. - С. 23-27.
Іб.Ракитин А.Б. Определение скорости кислотообразования в желудке по рН-грамме при щелочном тесте // Гастроэнтерология Юга России. Сб. статей. -Ростов-на-Дону: Изд-во АПСН СКНЦ ВШ ЮФУ, 2008 - С. 36-40.
Обзор методов исследования кислотности желудочного сока
Кислая природа желудочного сока впервые была установлена в 1752 г. R.A.S. Reamur [17], а идентификация в нем соляной кислоты произведена в 1824 г. W. Prout. Введение в практику метода определения соляной кислоты с помощью назогастрального зонда принадлежит Von Leube (1883) [17].
Кислотообразующую функцию желудка характеризуют количество и характер секреции соляной кислоты, определяемой в желудочном соке, в котором она может находиться в виде ионов водорода и хлора. Наиболее полное представление о кислотообразующей функции желудка можно получить, сравнивая показатели работы желез желудка в покое и после их возбуждения. В первом случае исследуется базальная секреция, во втором — секреция после применения стимуляции (пробный завтрак или лекарственный стимулятор). У здоровых людей отмечается значительное расхождение этих показателей, у больных может наблюдаться их сближение за счет увеличения базальной секреции либо-уменьшения ответа желез желудка после применения специального раздражителя [71].
Титрационный метод определения желудочной секреции относится к зондовым методам функционального исследования желудка. Способ заключается в извлечении желудочного содержимого толстым зондом натощак или через 45 мин после приема пробного завтрака [87]. Извлеченный сок в последующем подвергается титрованию с использованием красящих индикаторов. Титрационный метод дает возможность определить общий уровень кислотности. Определение кислотности желудочного содержимого производится или одномоментным способом с применением толстого зонда, или фракционно — тонким зондом.
Фракционный способ желудочного зондирования состоит из 2-х этапов: исследование не стимулированной, так называемой, базальной секреции и исследование динамики секреции после применения стимуляторов - пробных раздражителей.
Базальная секреция. Базальная секреция исследуется следующим образом. За 24 часа больному прекращают давать лекарства и после 14-часового голодания утром вводят тонкий желудочный зонд, проводя его под рентгенологическим контролем в антральный отдел желудка. Первую порцию, состоящую из полностью откачанного содержимого желудка, помещают в сосуд с надписью «натощак». Следующую порцию, полученную через 30 минут, не учитывают, так как не исключено влияние зонда на характер секреции. Затем каждые минут откачивают желудочный сок. Исследование продолжают в течение часа. Определяют концентрацию и количество кислоты и пепсина, получаемые в течение часа. Средняя напряженность секреции у здоровых мужчин составляет 79,4±2,3 мл/час, у женщин - 65,2±2,8 мл/час [145, 191].
Обнаружение значительного количества соляной кислоты в желудке натощак расценивают как следствие эмоционального возбуждения, или механического раздражения. Практически важно, что хотя на базальную секрецию влияют многие факторы, её величина у каждого человека относительно постоянна. По данным большинства авторов, базальная выработка кислоты у здоровых лиц не превышает 5-7 ммоль/час. По данным [13], количество желудочного содержимого натощак у совершенно здоровых людей может колебаться от Одо 180 мл, чаще всего от 0 до 50 мл. Кроме того, было показано, что это содержимое в ряде случаев может обладать значительной степенью кислотности,и переваривающей силой.
Стимулированная секреция. Для изучения секреторной функции, в первую очередь кислотообразующей, применяют различные методы стимуляции желудочной секреции, раздражители желудочных желез в виде так называемых пробных завтраков. В настоящее время существует больше 100 пробных завтраков [145].
.Концентрация соляной кислоты зависит в основном от двух факторов — образования соляной кислоты и ее разбавления. В" норме обкладочными клетками выделяется.соляная кислота концентрацией 160-170 ммоль/л, которая затем разводится щелочным секретом, а также связывается другими составными частями желудочного сока, слюны, содержимым двенадцатиперстной кишки, попадающими в желудок. В результате концентрация солянош кислоты падает до 20-40 ммоль/л. В зависимости от соотношения- указанных факторов меняется концентрация соляной кислоты. Даже у здоровых людей она может колебаться в широких пределах. Нормальные цифры кислотности, получаемые с помощью пробного завтрака Боаса-Эвальда следующие: у мужчин 20-40 (у
пожилых людей 10-20), у женщин 35 единиц с понижением цифр кислотности в пожилом возрасте. Различают: нормальную (40-60), повышенную (больше 60) и пониженную (меньше 40 единиц) кислотности.
Гистаминовая проба. A. Lambling и A.W. Кау предложили пробу с гис-тамином, являющимся специфическим возбудителем желудочных желез [208, 210].
После откачивания содержимого желудка натощак больному вводят подг кожно солянокислый или фосфорнокислый гистамин из расчета 0,1 мг [210], или 0,4 мг [208] на-10 кг веса (нередко ограничиваются.инъекцией 0,5 мл 0,1 % раствора гистамина). Затем примерно-в течение-2 часов каждые 15 минут полностью откачивают желудочный сок. В каждой порции определяют объем и кислотность полученного содержимого.
Количество желудочного сока,.выделившегося у здоровых людей .за 2 часа-после введения гистамина, колеблется от 150 до 250 мл. При заболеваниях желудка-оно может быть меньше 150 или больше 250 мл. Максимальные цифры кислотности определяются в,третьей порции, а через 2 часа от начала исследования они возвращаются к исходной величине. При проведении исследования по Лямблингу нормальное количество соляной кислоты составляет от 44 до 84 ммоль/л. Цифры свыше 84 ммоль/л характеризуют повышенную, ниже 44 ммоль/л - пониженную кислотность.
Гистаминовая проба имеет ряд важных достоинств: гистамин можно точно дозировать, для исследования берется чистый желудочный сок. Из-за побочных явлений применение гистамина в ряде случаев противопоказано.
Кроме гистаминовой используются также пробы с пентагастрином, инсулином [205] и атропином, но они менее распространены [146].
Щелочной тест Ноллера и его использование в клинической практике
Основным функциональным тестом, используемом при кратковременной рН-метрии, является щелочной тест (ЩТ) или тест Ноллера [212]. Тест заключается в том, что во время внутрижелудочной рН-метрии пациенту через рот вводят в желудок 0,5-1 г бикарбоната натрия, растворенного в 30 мл дистиллированной воды.
В базальных условиях в теле желудка рН обычно ниже 2,5. В результате введения в желудок щелочи уровень рН увеличивается и в течение определенного времени сохраняются на одном уровне, а затем возвращаются к исходному. Иначе говоря, ЩТ позволяет «оттитровать» соляную кислоту желудочного сока непосредственно в полости желудка.
Время, за которое показатели рН возвращаются к исходным- величинам называется щелочным временем (ЩВ). Щелочное время определяется в минутах и является основным показателем, регистрируемым с помощью теста Ноллера [93].
При введении 0,5 г бикарбоната натрия щелочное время в теле желудка натощак в норме равно в среднем 17±3,2 мин и не превышает 25 мин. У больных хроническим гастритом щелочное время увеличивается в среднем в 1,5 раза [174]. Считается, что по величине щелочного времени можно, судить об интенсивности кислотовыделения в желудке, т.е. можно оценить количество соляной кислоты в секрете желудка в момент исследования [120].
Тест проводится в базальных и стимулированных условиях. В работе [123] отмечается, что после применения стимуляции в нормальных условиях щелочное время укорачивается вдвое. Критерии оценки- кислотообразующей функции желудка при щелочном тесте представлены в табл. 2.1 [84, 155].
А.С. Белоусов [12], используя щелочной тест, выделяет четыре основных типа секреции соляной кислоты у совершенно здоровых людей: возбудимый, тормозной, астенический и инертный. А.С. Белоусов, в качестве раздражителя использовал хлебный пробный завтрак (ПХЗ) Эвальда-Боаса, состоящий.из 50 г белого хлеба и 400 мл кипяченой воды. Щелочной тест с 0,5 г бикарбоната натрия, растворенного в 20 мл воды, проводился после ПХЗ.
Возбудимый тип характеризуется наличием натощак и после ПХЗ уровня рН в пределах 0,8-2,0 и щелочным временем 7-10 мин (рис. 2.1а).
Тормозной тип характеризуется высоким рН (6,0-8$) вжелудке натощак. После ПХЗ наблюдается снижение рН до 4,0-2,0; а иногда- до Л,Of Введение бикарбоната натрия вызывает резкое увеличение рН до 7,0-8,0. Этот уровень устойчиво сохраняется 25-40 мин и более. Полного восстановления исходного уровня рН не наблюдается в течении всего исследования — 2,5 часа (рис. 2.16).
Астенический тип отличается низким рН содержимого желудка натощак (3,0-1,0). После ПХЗ наступает период стабильно малого рН (1,0-0,8). Щелочное время равно 15-20 мин (рис. 2.1в).
Инертный тип характеризуется высоким рН в содержимом желудка натощак. После ПХЗ отмечается медленное постепенное уменьшение рН достигающего на 35-40-й минуте пищеварения 3,0-2,0. В дальнейшем устанавливается рН 1,0-0,8. Щелочное время равно 7-Ю мин (рис.2.1 г).
Важными диагностическими характеристиками при кратковременной рН-метрии являются средние значения уровней рН в различных отделах желудка в базальных условиях и после стимуляции (гистамином или пентагастрином). Исследуют кислотообразование в теле желудка и ощелачиваюшую функцию в антральном отделе желудка. Кислотообразование оценивается по критериям Е.Ю. Динара и Ю.Я. Лея (табл. 2.2).
Используются следующие критерии и алгоритмы оценки рН-граммы при кратковременной рН-метрии и щелочном тесте: 1) определение темпа (скорости) секреции водородных ионов (ТСВИ) после ЩТ Ноллера [168, 169]; 2) определение уровня рН и вычисление щелочной площади (ЩП) после проведения ЩТ [2, 22, 120, 121, 168].
1. ЩВ. Основным показателем, регистрируемым при проведении ЩТ Ноллера, является щелочное время - ЩВ: ЩВ = t4 - Ц (мин).
2. ТСВИ. Восстановление исходного уровня рН в желудке после ЩТ у разных людей происходит с различной скоростью, зависящей от темпа (скорости) выработки водородных ионов [Н+] париетальными клетками желудочных желез. Для количественной оценки этой скорости вводится параметр — темп (скорость) секреции водородных ионов после ЩТ Ноллера — ТСВИ. ТЄВИ определяют, как тангенс угла наклона касательной линии, проведенной на участке восстановления кислотности после ЩТ (рис. 2.3). ТСВИ характеризует реактивность желудочных желез, их энергетические ресурсы, количество активно функционирующих париетальных клеток. Динамика этого показателя при проведении курса лечения отражает происшедшие сдвиги в функциональном состоянии желудочных желез. ТСВИ определяют по формуле: ТСВИ = tga = pHl рНз (ед.рН I мин) t —t
3. ЩП. При избыточной кислотной продукции объем-кислого содержимого в желудке столь велик, что прием 1,0 г соды не всегда достаточен, для его полной нейтрализации и ощелачивания интрагастральной среды. У таких больных понятие щелочной тест является условным, так как в желудке сохраняется кислая среда. Уровень рН в теле желудка после приема 1,0 г бикарбоната натрия (рНщел) позволяет вычислить «щелочную площадь» - ЩП, которая является интегральным показателем рН-граммы. Величина ЩП зависит от величины всех ее основных параметров: исходного уровня рН (pHi), уровня рН после приема 1,0 г бикарбонат натрия (рНщел), продолжительности ЩВ и величины ТСВИ.
Конструкция внутрижелудочных рН-зондов
В России в настоящее времяшыпускаются три: основныхвида рН-зондовс накожным хлорсеребряным электродом сравнения [104, 19; 187]:: — пероральные(для кратковременных исследований);. - трансназальные (для;суточныхисследований);. — эндоскопические:(длЯ ЭНДОСкопических исследований);
Внешний вид и конструкции рН-зондов показаны нал рис; 3; 1-33 3.5; и; 3:6; рІФ-зондьь состоят изі эластичной пластиковой трубки; на которой-установлены; от 1 до: 5 сурьмяных электродов; На. большинстве: рН-зондов сурьмяные: электроды представляют собой? цилиндрические кольца;. Отрезки; пластиковой? трубки и: цилиндрические: сурьмяные кольца соединены; друг с другом» с помощью металлических: втулок. Каждый" сурьмяный! электрод соединен с электрическим разъемом с помощью изолированных медных проводников, проходящих внутри пластиковой трубки. Отдельным проводом к электрическому разъему подсоединен накожный; электрод сравнения Главный? конструктор отечественных серийног выпускаемых в: настоящее время: рН-зондов - заслуженный изобретатель РФ F.А. Яковлев. Конструкция этих рН-зондов защищена: рядом патентов РФ [41, 62, 97, 180,-. 181, 182, 183, 184,. 185;. 186]; Известны технические решения отдельных узлов внутрижелудочных рН-зондов;[ Г, 26, 98; 114, 159; 160]; которые, однако, в выпускаемых внастоящее время рН-зондах, не используются.
Основные технические характеристики рН-зондов с хлорсеребряным накожным электродом сравнения приведены в табл. 3.1.
Зарубежные рН-зонды имеют примерно такую же конструкцию как на рис. 3.3, 3.5, 3.6. Основное отличие в том, что чаще всего вместо сурьмяного элемента изготовленного из слитка сурьмы используется напыление тонкого слоя сурьмы на металлическую подложку. Напыленная сурьма довольно быстро растворяется-при исследовании в ЖКТ и при стерилизации. Поэтому такие зонды являются полу одноразовыми и выдерживают не более 3-5 суточных. исследований в отличие от 30 исследований, гарантированных в отечественных рН-зондах (табл. 3.1). Основные зарубежные фирмы, \ выпускающие внутрижелудочные рН-зонды представлены в табл. 3.2.
Medtronic (США) www.medtronic.com 1. Одноразовые (SU) и многоразовые (MU) детскиеодноканальные диаметром 1,5 мм.2. SU и MU одно и двухканальные диаметром 1,8мм, расстояние между электродами 5, 10, 15, 18 и21 см.3. SU и MU одно и двухканальные диаметром 2,1мм с каналом для определения НПС, расстояниемежду электродами 5, 10, 15, 18 и 21 см.SU - с дистальным" электродом сравнения, MU - с накожным электродом сравнения.
Albyn Medical(Великобритания)"www.albvnmedical.com SU 1,8 мм и MU 2,0 мм одно и двухканальные сдистальным электродом сравнения, расстояниемежду электродами 5; 10 и 15 см. Наодноканальном зонде возможен канал дляопределения НПС.У MU зондов гарантируется 5 24 часовыхисследований.
Mediplus(Великобритания)www.mediplus.co.uk SU и MU 2,0 мм одно и двухканальные с дистальным электродом сравнения, расстояние между электродами 5, 10 и 15 см. На одноканальном зонде возможен канал для определения-НПС.
Star Medical (Япония) www.starmedical.co.ip SU 2,1 мм одно и двухканальные с дистальным электродом сравнения, расстояние между электродами 5, 10 и 15 см.
Menfis bioMedica(Италия)www.menfis.it SU и MU одно и двухканальные диаметром 2,1 мм,расстояние между электродами 5, 10, 15 см,возможен канал для определения НПС.SU - с дистальным электродом сравнения; MU - снакожным электродом сравнения-.SU со стеклянным измерительным электродом: 1,6-1,8 мм - одноканальные, 2,2 мм - двухканальные.
НПС — нижний пищеводный сфинктер
В работах [211, 231] на основе сравнительных исследований работы сурьмяных и стеклянных рН-электродов делается вывод, о том, что стеклянные
106
электроды дают более точные показания, однако на практике обычно используются более дешевые сурьмяные электроды [190].
Пероральные рН-зонды вводят в ЖКТ пациента через рот. Отечественные пероральные рН-зонды могут применяться совместно с современными отечественными ацидогастрометрами: «Гастроскан-5М» и «АГМ-03», а также с ранее выпускавшимися: «Гастроскан», «Гастроскан-5», «Гастротест», «Гастротест-МК-90», АГМ-01, АГМИ-01. За рубежом пероральные рН-зонды для кратковременной рН-метрии не выпускаются.
Трансназальный рН-зонд вводят в ЖКТ пациента через- нос. Отечественные трансназальные рН-зонды в основном предназначены для суточной внутрижелудочной рН-метрии в. составе приборов «Гастроскан-24», «Гастроскан-ЭКГ», «Гастроскан-ГЭМ» но могут использоваться и для кратковременной рН-метрии совместно с ацидогастрометрами «АГМ-03» и «Гастроскан-5М». Отечественные рН-зонды не совместимы с большинством зарубежных ацидогастрометров. В Белоруссии Минский Электромеханический Завод в 2006 году освоил производство внутрижелудочных рН-зондов, аналогичных рН-зондам, выпускаемым НІЖ «Исток-Система» и совместимых с приборами, выпускаемыми НЛП «Исток-Система».
Эндоскопический рН-зонд вводят в ЖКТ пациента через биопсийный канал эндоскопа с внутренним диаметром 2,2 мм и более. Отечественные эндоскопические рН-зонды обычно используют совместно с ацидогастрометром «АГМ-03» или «АГМ-01».
Прибор для кратковременной рН-метрии «Гастроскан-5М»
Структура программно-аппаратного комплекса исследования кислотообразующей функции желудка с помощью щелочного теста: 1 - измерительный электрод рН в теле желудка, 2 - накожный электрод сравнения
На рис. 4.8 разность потенциалов между измерительным электродом рН в теле желудка и накожным электродом сравнения измеряется микропроцессорным регистрирующим блоком (преобразователем вторичным) прибора «Гаст-роскан-5М» (рис. 4.3). Преобразованные в цифровую форму данные поступают в персональный компьютер, в котором происходит их обработка с помощью программного обеспечения прибора «Гастроскан-5М». Рассчитанные рН-граммы хранятся в базе данных и могут быть использованы для дальнейшего анализа. Эти рН-граммы, содержащие результаты щелочного теста, являются исходными данными для оценки параметров кислотообразующей функции желудка с помощью предлагаемых алгоритмов. Работа происходит в два этапа. На первом этапе производится аппроксимация рН-грамм щелочного теста с помощью трапециевидной функции, а на втором - с помощью модели щелочного теста.
На первом этапе диспетчером является «Алгоритм подбора 7 параметров трапециевидной функции» (А1). Он в последовательности, указанной в табл. 2.4, производит перебор параметров трапециевидной аппроксимирующей функции и передает в «Алгоритм расчета отклонений трапециевидной функции от рН-граммы» (А2) параметры трапециевидной функции, которые в данный?-момент фиксируются, а в «Алгоритм одномерного поиска минимума методом золотого сечения» (A3) передает диапазон изменения варьируемого параметра. Диапазон изменения берется из табл. 2.4. Работа алгоритма A3 описана в разделе 2.2.3. Он меняет варьируемый параметр в зависимости от качества получающейся аппроксимации. Делается 11 итераций методом «золотого сечения». Качество аппроксимации оценивается в алгоритме А2, который по формулам (2.1) и (2.2) рассчитывает величину отклонения аппроксимирующей функции от измеренной рН-граммы. Алгоритм A3 после нахождения величины варьируемого параметра, соответствующей наилучшей аппроксимации, передает величину параметра в алгоритм А1. Алгоритм А1 фиксирует полученный параметр и, повторяя описанные выше действия, варьирует следующий параметр из табл. 2.4. Процедура перебора всех параметров из табл. 2.4 повторяется 20 раз. В результате вычисляются 7 параметров трапециевидной функции (рис. 2.8), которые необходимы для оценки кислотообразующей функции желудка по формулам, приведенным разделе 2.1.3. Наибольший интерес для врачей представляют два параметра: базальный уровень рН и щелочное время Тщ. Блок-схема алгоритмов расчета параметров трапециевидной аппроксимации представлена на рис 4.9.
Второй этап происходит аналогично первому. Рассчитанные на первом этапе параметры трапециевидной функции используются на втором этапе в качестве исходных данных. На втором этапе диспетчером является «Алгоритм подбора 5 параметров модели ЩТ» (А4). Он в последовательности, указанной в табл. 2.6, производит перебор параметров модели ЩТ и передает в «Алгоритм расчета отклонений модели ЩТ от рН-граммы» (А5) параметры модели ЩТ, которые в данным момент фиксируются, а в «Алгоритм одномерного поиска минимума методом золотого сечения» (A3) передает диапазон изменения варьируемого параметра. Диапазон изменения берется из табл. 2.1. Работа алгоритма A3 описана в разделе 2.2.3. Он меняет варьируемый параметр в зависимости от качества получающейся аппроксимации. Делается 16 итераций методом «золотого сечения» по пункту 3 табл. 2.6. Качество аппроксимации оценивается в алгоритме А5, который по формулам (2.8)-(2.10), (2.12) и (2.13) рассчитывает величину отклонения аппроксимирующей функции от измеренной рН-граммы. Алгоритм A3 после нахождения величины варьируемого параметра, соответствующей наилучшей аппроксимации, передает величину параметра в алгоритм А4. Алгоритм А4 фиксирует полученный параметр и, повторяя описанные выше действия, варьирует следующий параметр из табл. 2.7. Процедура перебора всех параметров из табл. 2.7 повторяется 2 раза. Все описанные выше действия повторяются 8 раз для поиска минимума по начальным условиям параметра U в соответствии с пунктом 4 табл. 2.6. Этот поиск так же производится методом «золотого сечения» с помощью алгоритма A3. В результате вычисляются 5 параметров модели ЩТ в формулах (2.8)-(2.10), которые необходимы для оценки кислотообразующей функции желудка. Наибольший интерес для врачей представляют два параметра: скорректированное щелочное время Тс и удельная скорость кислотообразования U=u/V, где и — скорость выделения соляной кислоты, V - объем слизи в теле желудка. Блок-схема алгоритмов расчета параметров аппроксимации с помощью модели ЩТ представлена на рис 4.10.
Модель щелочного теста применяется только для-электрода, находящегося в теле желудка, и только при приеме бикарбоната натрия. Трапециевидная аппроксимация имеет более широкое применение. Она может использоваться для оценки рН-грамм в антральном и кардиальном отделах желудка, а так же для оценки действия на больного антацидных препаратов [14, 61].
