Информативные показатели периферической электрогастроэнтерограммы в оценке функционального состояния желудка и тонкой кишки
На правах рукописи
ЛИ ЛИНА ГРИГОРЬЕВНА ИНФОРМАТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПЕРИФЕРИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОГАСТРОЭНТЕРОГРАММЫ В ОЦЕНКЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЖЕЛУДКА И ТОНКОЙ КИШКИ 03.00.13 - физиология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук
Москва – 2009 2
Работа выполнена в Государственном Учреждении Здравоохранения Научно-исследовательском институте скорой помощи им.
Н.В.Склифосовского Департамента здравоохранения г. Москвы НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:
доктор биологических наук, профессор, лауреат Государственной премии Попова Тамара Сергеевна ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:
кандидат медицинских наук Афонин Борис Васильевич доктор медицинских наук Чернова Татьяна Глебовна Российский государственный ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:
медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию
Защита диссертации состоится «08» октября 2009 г.
в _ часов на заседании диссертационного совета Д 002.111. при Государственном научном центре Российской Федерации – Институте медико-биологических проблем Российской академии наук по адресу 123007, Москва, Хорошевское шоссе, д.76-А.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ – ИМБП РАН.
Автореферат разослан «_» 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук Левинских М. А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
В настоящий момент Актуальность работы.
электрогастроэнтерография (ЭГЭГ) привлекает все большее внимание специалистов как метод неинвазивного исследования функционального состояния желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), отражающий функциональные изменения ЖКТ, позволяющий осуществлять длительные многократные исследования, в том числе в режиме суточного мониторирования (Ворновицкий Е.Г. и соавт., 2004;
Ступин В.А. и соавт., 2005;
Тропская Н.С. и соавт., 2005;
Афонин Б.В. и соавт., 2007;
Пономарева А.П., 2006;
Рачкова Н.С., 2007;
Смирнова Г.О. и соавт., 2009).
Начиная с 70-х годов, у нас в стране и за рубежом проведено большое количество исследований, касающихся регистрации электрической активности желудка и кишечника с поверхности тела человека и животных (Ребров и соавт.,1975-1997;
Борисов Ю.Ю.,1985;
Нотова О.Л.,1987;
Дрендель С.Д.,1988;
Закиров Д.Б., 1994;
Ворновицкий Е.Г. и соавт., 1998, 2004;
Тропская Н.С. и соавт., 2005;
Пономарева А.П. и соавт., 2007;
Рачкова Н.С. и соавт., 2007;
Chen J.D. et al., 1993-2006;
Kaneoke Y. et. al., 1995;
Yoshitomi S. et al., 1996;
Mintchev M.P. et al, 1996-2009;
Verhagen M.A. et al., 1999, Chang F.Y.et al., 2007;
Krusiec Swidergol B. et al., 2009;
Koenig J.B. et al., 2009). Результаты указанных исследований свидетельствуют о том, что сигналы, регистрируемые с поверхности тела человека и животных, достоверно отражают электрическую активность желудка и кишечника, а информативность результатов исследования определяется выбором адекватных методов обработки сигналов и физиологически значимых показателей ЭГЭГ.
Тем не менее, ЭГЭГ еще не получила широкого практического применения в связи рядом проблем. Они связаны, прежде всего, с выделением в исходном сигнале полезной информации и с отсутствием единого подхода к интерпретации ЭГЭГ. В настоящее время не разработаны ЭГЭГ признаки голодной периодической деятельности ЖКТ, недостаточно изучено влияние пищевого воздействия на весь спектр показателей ЭГЭГ, не исследованы возможности использования фармакологического воздействия для оценки функционального состояния ЖКТ. Вышеперечисленные проблемы существенно затрудняют определение физиологического значения ЭГЭГ показателей и информативности метода в целом.
Цель работы - Целью настоящей работы является исследование информативности различных показателей периферической электрогастроэнтерограммы в оценке функционального состояния желудка и тонкой кишки.
Задачи работы:
1. В условиях эксперимента оценить соответствие электрогастроэнтерограммы истинной миоэлектрической активности ЖКТ на основе сравнения записей электрической активности с электродов, вживленных в желудок и тонкую кишку и с электродов, расположенных на поверхности тела.
2. Разработать алгоритм обработки ЭГЭГ с использованием автоматических методов детектирования и устранения артефактов.
3. Исследовать возможности выявления электрофизиологических проявлений голодной периодической деятельности ЖКТ методом ЭГЭГ.
4. Исследовать особенности изменения показателей ЭГЭГ в норме на фоне пищевого и фармакологического воздействия.
5. Изучить возможности использования ЭГЭГ для оценки функционального состояния желудка и тонкой кишки при нарушениях моторно-эвакуаторной функции ЖКТ.
6. Определить информативность показателей ЭГЭГ человека при различном функциональном состоянии ЖКТ.
Научная новизна Научная новизна результатов, полученных в настоящей, работе состоит в следующем:
Показаны особенности периферической ЭГЭГ по сравнению с электромиограммой (ЭМГ) с электродов, вживленных в различные отделы ЖКТ.
Разработан алгоритм обработки ЭГЭГ с использованием автоматических методов детектирования артефактов и подбора адекватных программных способов устранения для каждого типа артефактов.
Показаны особенности изменения показателей ЭГЭГ при различном функциональном состоянии ЖКТ: натощак, в условиях пищевого и фармакологического воздействия, при послеоперационном парезе желудка и кишечника в различные сутки с момента операции.
Выделены информативные показатели ЭГЭГ, позволяющие повысить диагностическую ценность ЭГЭГ в оценке функционального состояния желудка и тонкой кишки в нормальных и патологических условиях.
Обоснована необходимость комплексного подхода к оценке ЭГЭГ показателей, который позволяет проследить более специфические изменения ЭГЭГ показателей при различном функциональном состоянии ЖКТ и предложить развернутое описание картины его изменения.
Практическая значимость работы:
Разработанный алгоритм обработки ЭГЭГ с использованием автоматических методов детектирования артефактов и подбора адекватных программных способов устранения для каждого типа артефактов позволит существенно повысить качество ЭГЭГ сигнала.
Оценка информативности показатели ЭГЭГ при различном функциональном состоянии ЖКТ и комплексный подход к интерпретации ЭГЭГ позволяют повысить диагностическую ценность метода ЭГЭГ и создают условия для более широкого его использования в клинической практике для оценки функционального состояния желудка и тонкой кишки, в том числе для осуществления его динамического мониторинга.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Периферическая ЭГЭГ адекватно отражает электрическую активность желудка и тонкой кишки как в отношении изменения амплитуды базисного электрического ритма (БЭР), так и интенсивности генерации потенциалов действия (ПД).
2. Применение автоматических способов детектирования и устранения артефактов с использованием встроенного генератора частот и индивидуального подбора программных способов устранения для каждого типа артефактов существенно повышает качество ЭГЭГ сигнала.
3. Наличие специфических изменений спектральных показателей ЭГЭГ, являющееся электрофизиологическим признаком голодной периодической деятельности ЖКТ, является определяющим критерием нормальной электрической активности ЖКТ.
4. Информативность амплитудных показателей ЭГЭГ определяется характером изменения функционального состояния ЖКТ. При изменениях генерализованного характера значимой является динамика показателей, отражающих общий уровень функциональной активности ЖКТ: суммарной энергии спектра и средней энергии в диапазоне БЭР различных отделов ЖКТ, одинаково направленная на всех рассматриваемых частотах. При изменениях, сопровождающихся перераспределением активности между различными отделами ЖКТ, более информативными являются относительные амплитудные показатели.
5. Изменения показателей, отражающих ритмичность электрической активности, отличаются значительным разнообразием и специфичностью в соответствии с конкретным состоянием ЖКТ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Шестой и Двенадцатой Российской Гастроэнтерологической Неделе (Москва, 2000, 2006) и на II Российском конгрессе по патофизиологии с международным участием (Москва, 2000).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 6 научных работах, из них 1 статья в центральной печати, в журнале, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов исследования, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы. Текст работы изложен на 125 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц и 27 рисунков. Список литературы содержит 155 источников, из них 63 отечественных и зарубежных источника.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Экспериментальная часть работы включала в себя 5 серий хронических экспериментов на собаках. В указанных сериях для сравнительного анализа электромиограмм и периферических электрогастроэнтерограмм было использовано 558 записей (496 записей ЭМГ и 62 ЭГЭГ), полученных в 43 экспериментах, проведенных на предварительно оперированных беспородных собак мужского пола массой 15-25 кг.
Клиническая часть состояла из 2-х серий исследований у 17 здоровых добровольцев, у которых в анамнезе не выявлялось патологии со стороны ЖКТ, и одной серии исследований у 10 больных с послеоперационным парезом кишечника. У каждого из добровольцев вначале проводилось исследование натощак в течение 1-1,5 часа и затем осуществлялась вторая запись в течение 1-1,5 часов на фоне тест-воздействия. В первой серии у добровольцев использовалось стандартное пищевое воздействие, во второй серии у 10 добровольцев - фармакологическое воздействие церукалом.
Церукал принимался внутрь по 1 таблетке (10 мг), которая запивалась водой. У 10 больных проводили регистрацию фоновых записей ЭГЭГ на 1, 3, 5 и 7-8 сутки после операции на фоне пищевой депривации. В сериях с использованием пищевого воздействия в последующий анализ были включены 10 человек (4 мужчин, 6 женщин, средний возраст 29,0±4,45), исследования у которых являлись наиболее информативными. В остальных 2-х сериях с целью повышения достоверности получаемых данных из 10 человек были отобраны по 8 человек. В серии с церукалом у здоровых лиц принимали участие 2 мужчин и 6 женщин, средний возраст 30,13±2,17. В послеоперационном периоде было обследовано 3 мужчин и женщин, средний возраст 48,5±14,47.
Экспериментальные и клинические исследования были одобрены комиссией по биомедицинской этике при НИИ СП им. Н.В.
Склифосовского. У добровольцев было получено информированное согласие на участие в исследованиях.
Электромиографию с вживленных электродов и периферическую ЭГЭГ в экспериментальных условиях выполняли на аппаратурном комплексе «Гастроинтестинальный монитор» НИИ космического приборостроения, Москва. Записи производились в широкой полосе 0,03 – 100 Гц, в низкочастотном 0,03-5 Гц (базисный электрический ритм ) и высокочастотном 5-100 Гц (потенциалы действия) диапазонах. Электроды для регистрации ЭГЭГ фиксировали у собак на правой передней и задней лапах, электрод заземления – на левой задней конечности.
Программное обеспечение для регистрации и математической обработки ЭМГ и ЭГЭГ в экспериментальных условиях разработано в лаборатории автоматизированных систем управления лечебно диагностическим процессом НИИ СП им. Н.В. Склифосовского канд.физ.мат.наук В.А. Васильевым, канд.физ.мат.наук С.Д. Дренделем и канд.биол.наук Я.Б. Азаровым. Регистрацию и математическую обработку периферической ЭГЭГ в клинических условиях проводили при помощи программно-аппаратного комплекса фирмы Medisense (Израиль).
Регистрирующие электроды накладывали на правое предплечье и правую голень, электрод заземления фиксировали на левой голени. Другой канал записи использовался для регистрации сигналов со встроенного генератора частот для автоматического выявления артефактов.
Математическая обработка ЭГЭГ осуществлялась при помощи спектрального анализа с использованием алгоритмов быстрого преобразования Фурье. Для обработки ЭМГ с вживленных электродов применялись также алгоритмы линейной и нелинейной фильтрации.
Достоверность различия средних значений параметров у одного и того же объекта исследования вычислялась по t-критерию Стьюдента (p0,05).
Различия средних значений показателей в одной и той же группе обследуемых (групповых средних) до и после воздействий, а также в различные сутки после операции определялись при помощи W-критерия Уилкоксона (p0,05). Сравнительный анализ ЭМГ с вживленных электродов и периферических ЭГЭГ проводился при помощи корреляционного анализа с вычислением коэффициентов корреляции по Пирсону (r) и по Спирмену (RS). Результаты исследований представлены как средние арифметические значения стандартное отклонение (Ms).
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Результаты экспериментальных исследований:
Для сравнительного анализа ЭМГ и ЭГЭГ были разработаны специальные алгоритмы с применением спектрального анализа и методов линейной и нелинейной фильтрации. В результате обработки ЭМГ и ЭГЭГ были получены их усредненные производные, которые затем подвергались корреляционному анализу (Рис. 1).
В большинстве случаев наблюдалась корреляция динамики средней энергии спектра ЭГЭГ как с изменением амплитуды БЭР, так и с интенсивностью генерации потенциалов действия. При этом имел место значительный разброс значений коэффициентов корреляции. В диапазоне желудка корреляция наблюдалась в 69% случаев (r, RS от 0,41 до 0,72), в диапазоне ДПК - в 53% (r,RS от 0,11 до 0,42). В диапазоне тощей кишки на частотах ее различных сегментов корреляция отмечалась в 67%-59% (r, RS от 0,16 до 0, 55), а в диапазоне подвздошной кишки - в 66% (r, RS от 0,14 до 0,78). На частотах желудка корреляция была более высокой, чем на частотах тонкой кишки. Такой результат представляется закономерным, поскольку ЭМГ отражает локальную электрическую активность на уровне вживления электродов, а сигнал, регистрируемый с поверхности тела суммарную электрическую активность различных отделов ЖКТ (Пономарева А.Н. и соавт., 2007;
Смирнова Г.О. и соавт., 2009;
Liang J. et al., 1997), параметры функционирования которых могут отличаться существенной вариабельностью, в особенности на протяженных участках, образуемых тонкой кишкой.
Желудок (натощак) Тощая кишка (натощак) ЭГЭГ (Еср ) ЭМГ (А БЭР) ЭГЭГ (Ecp) ЭМГ (интенсивн.ПД) А Б Желудок (пища) Подвздошная кишка (пища) ЭГЭГ (Ecp) ЭМГ( А БЭР) ЭГЭГ (Еср) ЭМГ (интенсивн. ПД) В Г Подвздошная кишка (церукал) Желудок (церукал) ЭГЭГ (Еср) ЭМГ (интенсивн. ПД) ЭГЭГ (Еср ) ЭМГ (А БЭР) Е Д Рис 1. Сравнение динамики амплитудных показателей ЭГЭГ и ЭМГ:
средней энергии спектра на частотах БЭР рассматриваемого отдела ЖКТ (Еср.), средней амплитуды БЭР (А БЭР), интенсивности генерации потенциалов действия (интенсивн. ПД) у здоровых собак (А,Б – на фоне пищевой депривации;
В,Г - после приема пищи;
Д,Е- на фоне энтерального введения церукала).
Анализ конфигураций производных ЭМГ и ЭГЭГ позволил выявить не только сходства, но и отличия между сигналами, регистрируемыми с вживленных электродов и с поверхности тела. Первое отличие выражалось в синхронном смещении максимумов на производных ЭМГ и ЭГЭГ друг относительно друга (Рис. 1Г), что свидетельствовало в пользу сходства ЭМГ и ЭГЭГ. Второе отличие выражалось в наличии на одной из кривых максимумов, отсутствующих на другой кривой (Рис. 1Е), что являлось проявлением различий между локальной и суммарной электрической активностью ЖКТ. Наличие дополнительных максимумов на ЭГЭГ наблюдалось также при наличии артефактов.
Способы борьбы с артефактами: их предотвращение и устранение.
Использование различных способов детектирования и устранения артефактов существенно повышало достоверность исходного ЭГЭГ сигнала (Рис. 2).
Результаты визуального контроля активности объекта исследования показали, что причиной подавляющего большинства артефактов являлась двигательная активность обследуемого, в том числе глотательные движения и моргание. Автоматическое детектирование артефактов в большинстве случаев позволяло выявить артефакты, связанные с движением. При этом автоматический способ оказался эффективным при его сочетании с результатами визуального контроля.
Эффективность способов устранения артефактов зависела от их типа.
При отсутствии в зоне артефактного участка полезной информации оптимальным способом являлась линейная аппроксимация, заключающаяся в замене сигнала в зоне артефакта его средним значением (Рис. 2).
Рис 2. Пример удаления артефакта при помощи замены сигнала в зоне артефакта его средним значением.
a) Исходный сигнал и сигнал с удаленным артефактом;
b) Спектры мощности сигнала без артефактов, исходного сигнала и сигнала с удаленным артефактом.
При наличии полезной информации эффективной оказалось комбинация фильтрации с линейной аппроксимацией. На рисунке проиллюстрировано влияние пичкового артефакта на энергетический спектр сигнала и динамика картины спектра после его устранения.
Возможности выявления электрофизиологических признаков голодной периодической деятельности ЖКТ методом ЭГЭГ.
У большинства здоровых добровольцев после пищевой депривации наблюдались характерные изменения картины спектра ЭГЭГ, которые были отнесены к электрофизиологическим проявлениям голодной периодической деятельности ЖКТ (Рис 3. А-Г). Указанное выражалось в чередовании различных типов спектра, соотносившихся по данным литературы с различными фазами голодной периодической деятельности ЖКТ (Нотова О.Л., 1987).
Во всех других случаях, каковыми являлись состояние после приема пищи, фармакологических средств, послеоперационный парез желудка и кишечника, указанные признаки отсутствовали. Таким образом, наличие электрофизиологических признаков ГПД являлось специфичным проявлением нормальной ЭГЭГ после пищевой депривации.
А 0-600 с Б 1700-2300 c Г 4500-5100 c В 2550-3150 с Рис 3. А. Б. В. Г. Десятиминутные спектры ЭГЭГ, зарегистрированные натощак у здоровой испытуемой Л., 30л.. Спектры расположены в той же временной последовательности, что и сама запись ЭГЭГ.
Оценка количественных показателей периферической электрогастроэнтерограммы у здоровых добровольцев Для выбора информативных показателей в оценке функционального состояния желудка и тонкой кишки были использованы практически все имеющиеся на сегодняшний день ЭГЭГ показатели и добавлены еще два новых параметра, отражающих координированность работы различных отделов ЖКТ. Все показатели были условно разделены на 3 группы, представленные в Таблице 1. Первую группу составляли показатели, отражающие общий уровень, функциональной активности ЖКТ, вторую группу - отражающие ритмичность электрической активности ЖКТ и третью группу – отражающие ее координированность.
Таблица 1. Показатели ЭГЭГ использованные для оценки функциональ ного состояния желудка и тонкой кишки I группа II группа III группа Общий уровень Ритмичность Координированность функциональной электрической электрической активности ЖКТ активности желудка активности различных и кишечника отделов ЖКТ 1.Суммарная энергия 4. Доминирующая 7. Наличие ЭГЭГ спектра на частотах же- частота на частотах признаков голодной лудка и тонкой кишки каждого отдела ЖКТ периодической Еs Fi деятельности 2.Энергия спектра на 5. Показатель 8. Соотношение показа частотах каждого из вариабельности телей средней энергии отделов ЖКТ доминирующей смежных отделов ЖКТ Ei частоты ЕЖЕЛ/ЕДПК;
ЕДПК/ЕТОЩ, Var F ЕТОЩ/ЕПОДВЗД 3.Вклад различных 6. Показатель 9. Проксимо-дисталь отделов в суммарную амплитудной ный индекс энергию спектра вариабельности Ei/Еs ЕЖЕЛ+ДПК/ЕТОЩ.+ПОДВЗД Var Е Показатели ЭГЭГ у здоровых добровольцев оценивали после пищевой депривации и на фоне пищевого и фармакологического воздействий, что позволяло рассмотреть различные состояния ЖКТ человека в норме.
При анализе динамики спектральных показателей ЭГЭГ у здоровых добровольцев на фоне пищевой депривации было выявлено два варианта изменений. Первый вариант соотносился по времени с переходом от серии спектров, соответствующих фазе ритмической активности к спектрам, соответствующим фазе покоя (III и I типы спектров). Особенностью указанного типа являлось существенное изменение средней энергии спектра всех частотных диапазонах с одинаковой направленностью указанных изменений, что приводило в результате к значимому изменению суммарной энергии спектра на частотах желудка и тонкой кишки. Второй вариант динамики был сопряжен с переходом от спектров, отражающих период активности проксимальных отделов ЖКТ к спектрам, соответствующим активности его дистальных отделов (спектры III и II типа). Данный вариант отличался отсутствием существенного изменения суммарной энергии спектра, вместо которого наблюдалось перераспределение энергии спектра в различных отделах, что приводило к значимому изменению относительных амплитудных показателей, в частности, Еi/Es и проксимо-дистального индекса. Таким образом, использованные показатели позволили количественно формализовать изменения картины спектра ЭГЭГ человека на фоне пищевой депривации, впервые описанные Нотовой О.Л в 1987 г.
Оценка влияния пищевого воздействия на показатели периферической электрогастроэнтерограммы у здоровых добровольцев У 10 здоровых испытуемых проводилось исследование влияния пищевого воздействия на показатели ЭГЭГ, результаты которого представлены в Таблицах 2, 4 и 5. При оценке динамических спектральных кривых после приема пищи отсутствовали характерные изменения картины спектра, являющиеся ЭГЭГ признаками голодной периодической деятельности. Пищевое воздействие приводило к статистически достоверному повышению суммарной энергии спектра (в среднем в 2,88±1,57 раз) и средней энергии спектра на всех частотах (p0,05), что отражено в Таблице 2. При этом величина прироста в различных частотных диапазонах была неодинаковой. В среднем максимальный прирост наблюдался на частотах подвздошной кишки (4,43±3,18), минимальный – на частотах ДПК (2,20±1,35). Прием пищи сопровождался снижением амплитудной вариабельности также на всех частотах, в 90 % случаев на желудке и в 70% - 60% - на частотах тонкой кишки.
Пищевое воздействие также оказывало влияние на различные амплитудные индексы (Таблицы 4, 5). Было отмечено снижение удельного вклада частот ДПК в 80% случаев и повышение вклада тощей и подвздошной кишки в 60% и 80% случаев, соответственно, со статистически значимым повышением группового среднего вклада частот подвздошной киши. В диапазоне желудка определенной закономерности не выявлено. Указанные изменения сопровождались снижением проксимо дистального индекса. Динамика координационных индексов заключалась в повышении величины соотношения EЖ/EДПК и снижении величины соотношений EДПК/EТ и EТ/EП.
Частотные параметры ЭГЭГ также претерпевали изменения на фоне пищевого воздействия (Таблица 2). Доминирующая частота повышалась в диапазоне желудка у 6 добровольцев (60%) и снижалась на частотах ДПК и тощей кишки также в 6 из 10 случаев. На частотах подвздошной кишки определенной тенденции не отмечалось.
Полученные данные, касающиеся средней энергии и доминирующей частоты в диапазоне желудка, согласуются с результатами многочисленных предшествующих исследований, рассматривающих частоты желудка, и дополняют их в отношении динамики показателей на частотах кишечника (Нугаева Н.Р.,1999;
Выскребенцева С.А. и соавт., 2002;
Смирнова Г.О. и соавт., 2009;
Pfaffenbach B. et al., 1995;
Simonian H.P. et al., 2004).
Таблица 2. Стандартные показатели ЭГЭГ здоровых добровольцев натощак и на фоне пищевого воздействия:
Частотн ЕПИЩ / Амплитудная Доминирующая Частотная ый ди- EФОН вариабельность частота вариабельность апазон VAR Е F Гц VAR F натоща после нато- после натоща после к еды щак еды к еды n=10 n=10 n=10 n=10 n=10 n= 2,82 ± 0,923 ± 0,638 ± 0,0508 ± 0,0525 ± 0,184 ± 0,179 ± Желудка 1,64 *** 0,403 0,255* 0,003 0,002** 0,029 0, 2,20 ± 0,963 ± 0,759 ± 0,1993 ± 0,1986 ± 0,043 ± 0,047 ± ДПК 1,35** 0,626 0,439 0,005 0,002** 0,014 0, Тощей 3,38 ± 1,053 ± 0,818 ± 0,1643 ± 0,1640 ± 0,045 ± 0,044 ± кишки 2,27*** 0,672 0,474 0,002 0,002** 0,004 0, Подвзд. 4,43 ± 0,959 ± 0,797 ± 0,1298 ± 0,1294 ± 0,073± 0,070 ± кишки 3,18 *** 0,474 0,519 0,002 0,002** 0,006 0, * изменения среднего значения показателя в рассматриваемой группе являются статистически достоверными по W-критерию Уилкоксона (р0,05);
** изменения показателя являются статистически достоверными более чем у 80% обследованных лиц по Т-критерию Стьюдента (р0,05);
***изменения показателя являются статистически достоверными более чем у 80% обследованных лиц по Т-критерию Стьюдента (р0,05) и в среднем в группе по W-критерию Уилкоксона (р0,05).
Частотная вариабельность повышалась на фоне приема пищи в диапазоне ДПК у 7 добровольцев, снижалась на частотах подвздошной кишки у 6 человек, в то время как на частотах желудка и тощей кишки одинаково часто встречались как повышение, так и снижение этого показателя.
Результаты, касающиеся частотной вариабельности в диапазоне желудка, не совсем согласуются с ожидаемым снижением этого показателя, отмеченным различными исследователями по данным ЭГГ на фоне приема пищи (Нугаева Н.Р., 1999;
Выскребенцева С.А. и соавт., 2002). Однако они позволяют выдвинуть предположение о том, что частотная вариабельность в большей степени по сравнению с остальными показателями зависит от индивидуальных особенностей функционирования ЖКТ, в связи c чем она может оказаться более чувствительным маркером дисфункций со стороны желудка и тонкой кишки.
Оценка влияния фармакологического воздействия на показатели периферической электрогастроэнтерограммы у здоровых добро вольцев.
У 8 добровольцев проводился анализ показателей периферической электрогастроэнтерограммы до и после перорального приема церукала.
При анализе влияния церукала на амплитудные показатели ЭГЭГ наблюдались различные типы реакции, заключавшиеся в повышении, снижении, а также в отсутствии существенных изменений значения указанных параметров. При этом как повышение, так и снижение средней энергии наблюдалось практически с одинаковой частотой, за исключением диапазона подвздошной кишки, в котором преобладало повышение средней энергии по сравнению с другими типами реакции в соотношении 5:2:1 (у 5 человек - повышение, у 2 - снижение, у 1 - отсутствие реакции).
Динамика средней энергии ЭГЭГ у здоровых добровольцев на фоне церукала была заметно сглажена независимо от ее направленности при сравнении с пищевым воздействием, а также с процессом разрешения пареза кишечника у больных.
При рассмотрении амплитудных индексов наиболее частым являлось снижение доли частот ДПК в суммарной активности (у 6 из добровольцев) и координационного индекса ЕДПК/ЕТОЩ (у 5 из 8). В одинаковом соотношении наблюдалось повышение и снижение ЕЖЕЛ/ЕДПК и ЕТОЩ/ЕПОДВЗД.
Амплитудная нестабильность характеризовалась практически равновероятной направленностью изменений, кроме частот тощей кишки, на которых отмечался перевес в сторону повышения показателя (4:2:2).
Более четкие закономерности были выявлены в отношении частотных параметров. У большинства испытуемых церукал вызывал снижение доминирующей частоты в диапазоне желудка (2:5:1). На частотах ДПК и тощей кишки снижение доминирующей частоты преобладало над ее повышением (1:4:3 и 1:3:4, соответственно). В диапазоне тонкой кишки характерным являлось значительное количество случаев отсутствия изменения доминирующей частоты (на частотах тощей кишки - у 50% испытуемых, на частотах ДПК и подвздошной кишки - у 37,5%). Наименее свойственным для церукала являлось повышение доминирующей частоты.
Наиболее распространенной реакцией у добровольцев на фоне церукала являлось снижение частотной вариабельности, которое не зависело от направленности изменения амплитудных параметров. На частотах желудка и ДПК снижение наблюдалось в 5 из 8 случаев (2:5:1 в обоих случаях), на частотах тощей кишки – у 6 из 8 добровольцев (2:6:0). В диапазоне подвздошной кишки снижение частотной вариабельности имело место у половины испытуемых, преобладая вдвое по сравнению с ее повышением (2:4:2). Повышение частотной вариабельности, также как и в случае доминирующей частоты, являлось менее характерным.
Сравнительно более высокий процент наличия изменений частотной вариабельности в диапазоне тощей кишки на фоне церукала по сравнению с самим показателем доминирующей частоты свидетельствует в пользу выдвинутого выше предположения о более высокой чувствительности этого параметра к изменению функционального состояния ЖКТ.
Таким образом, наиболее значимым при воздействии церукала являлось повышение средней энергии на частотах подвздошной кишки, снижение процентного вклада частот ДПК в суммарную энергию со снижением координационного индекса ЕДПК/ЕТОЩ, снижение доминирующей частоты в диапазоне желудка в сочетании со снижением частотной вариабельности на частотах желудка, ДПК и тощей кишки.
Повышение доминирующей частоты и частотной вариабельности во всех рассматриваемых частотных диапазонах не фоне церукала являлось менее характерным.
Различная направленность изменения амплитудных показателей миоэлектрической активности желудка и тонкой кишки под действием церукала и их сглаженность согласуется с данными литературы о модулирующем действии метоклопрамида (церукала) в зависимости от исходного уровня активности (Фишер А.А., Борисов Ю.Ю., 1985).
Различные варианты реакции на воздействие церукалом свидетельствует о вариабельности значений ЭГЭГ параметров у практически здоровых лиц.
При этом снижение амплитудных показателей может указывать на исходное их повышение, а повышение – на их исходное снижение.
Сравнительный анализ влияния пищевого воздействия и фармакологического воздействия церукалом на показатели ЭГЭГ.
При сравнительном анализе влияния пищевого воздействия и церукала на картину ЭГЭГ у здоровых добровольцев были выявлены некоторые сходства, заключающиеся в повышении средней энергии спектра на частотах подвздошной кишки, снижении индекса соотношения ЕДПК/ЕТОЩ, тенденции к снижению доминирующей частоты в диапазоне ДПК и тощей кишки и тенденции к снижению частотной вариабельности в диапазоне подвздошной кишки.
Вместе с тем, был выявлен ряд отличий, обусловленных существенными различиями между физиологическими процессами, запускаемыми естественным пищевым стимулятором моторной активности ЖКТ и ее фармакологическим модулятором, церукалом. В частности, воздействие церукала на частотах желудка ДПК и тощей кишки не характеризовалось предпочтительным ответом в сторону повышения или снижения средней энергии, в сравнении с доминированием существенного повышения средней энергии на всех частотах после приема пищи. В тех случаях, когда на фоне церукала повышение все же наблюдалось, оно было менее выраженным, чем при пищевом воздействии.
Повышение у подавляющего большинства здоровых испытуемых индекса ЕЖЕЛ/ЕДПК при приеме пищи указывает на то, что осуществление координации моторно-эвакуаторной функции в процессе пищеварения включает в себя повышение градиента мощности электрической активности между желудком и ДПК для обеспечения необходимого градиента давления (Чернякевич С.А., 1998;
Григорьев П.Я. и соавт., 2003;
Smout A.J.P.M. et al., 1992). В то же время, отсутствие в 50% случаев повышения коэффициента ЕЖЕЛ/ЕДПК на фоне приема церукала и распространенное в литературе мнение о повышении церукалом антродуоденальной координации не представляются взаимно противоречащими, поскольку, по последним данным, антродуоденальная координация определяется не сколько амплитудными параметрами электрической активности желудка и ДПК, а в большей степени синхронизацией их электрической активности (Тропская Н.С., 2009).
После приема церукала наблюдалась тенденция к снижению доминирующей частоты в диапазоне желудка, в то время как на фоне пищи доминирующая частота в этом диапазоне повышалась. Характер изменения частотной вариабельности также различался при пищевом и фармакологическом воздействии, в особенности на частотах ДПК, где изменения носили противоположный характер. Возможность выявления подобных различий является свидетельством информативности ЭГЭГ в оценке функционального состояния ЖКТ, что подтверждает мнение ряда специалистов (Ступин В.А. и соавт., 2005;
Пономарева А.П., 2007;
Kaneoke Y. et.al.,1995). С другой стороны, выявленные особенности влияния церукала на электрическую активность ЖКТ обуславливают возможность использования отдельных фармакологических препаратов в качестве тест воздействия для более детальной оценки функционального состояния ЖКТ в нормальных и патологических условиях.
Изучение возможности оценки электрической активности желудка и тонкой кишки человека методом периферической ЭГЭГ при нарушениях моторно-эвакуаторной функции ЖКТ.
У 8 больных с парезом кишечника оценивалась динамика электрической активности с 1-3 на 5-8 сутки после операции. При исследовании динамики спектральной картины ЭГЭГ проявления различных фаз голодной периодической деятельности не выявлялись.
Вместо последовательного перемещения спектрального максимума из частот более проксимальных отделов ЖКТ к частотам более дистальных его отделов отмечались отдельные всплески активности, появляющиеся в произвольном порядке, что свидетельствовало о нарушении координации электрической активности ЖКТ.
Отношение Еср на 5-8 сутки после операции к Еср на 1-3 сутки после операции 0, 0,6 0, 0,4 0,285 0,257 0, 0, ТОЩ П ЖЕЛ ДПК ЖЕЛ ДПК ТОЩ ПОДВЗД Рис. 4. Отношение средней энергии ЭГЭГ на 5-8 сутки после операции к средней энергии на 1-3 сутки после операции Таблица 3. Показатели, отражающие ритмичность ЭГЭГ больных с парезом кишечника в раннем послеоперационном периоде Амплитудная Доминирующая Частотная Частот- вариабельность частота F вариабельность ный ди- VAR (Е) (Гц) VAR (F) апазон 1-3 сутки 5-8 сутки 1-3 сутки 5-8 сутки 1-3 сутки 5-8 сутки (n=8) (n=8) (n=8) (n=8) (n=8) (n=8) M±s M±s M±s M±s M±s M±s 0,862 ± 0,868 ± 0,053 ± 0,055 ± 0,216 ± 0,216 ± Желудка 0,559 0,188 0,004 0,006** 0,083 0, 0,924 ± 1,012 ± 0,200 ± 0,197 ± 0,053 ± 0,047 ± ДПК 0,499 0,281 0,003 0,003*** 0,003 0,006* Тощей 1,038 ± 0,938 ± 0,165 ± 0,164 ± 0,046 ± 0,045 ± кишки 0,449 0,400 0,002 0,002** 0,006 0, Подвзд. 1,113 ± 1,020 ± 0,1291 ± 0,1294 ± 0,070 ± 0,073 ± кишки 0,747 0,253 0,0036 0,0034** 0,008 0, На 5-8 сутки в сравнении с 1-3 сутками после операции у всех больных наблюдалось статистически значимое снижение суммарной энергии спектра, со снижением средней энергии спектра на частотах желудка и тощей кишки у 7 из 8 больных и снижением на частотах ДПК и подвздошной кишки – у всех 8 больных, что подтверждалось снижением средних в группе больных значений указанных показателей (р0,05). При этом минимальное снижение Еi отмечено на частотах тощей кишки (Рис.
4). У 7 из 8 больных снижение средней энергии на частотах ДПК сочеталось с повышением амплитудной вариабельности ритма на этих частотах. У 5 больных наблюдалось повышение амплитудной вариабельности на частотах желудка, у 5 больных – на частотах подвздошной кишки.
На 5-8 сутки у 65,2% больных наблюдалось снижение доли частот ДПК, и у такого же процента - повышение вклада частот тощей кишки. В отношении изменения доли частот желудка и подвздошной кишки определенной тенденций изменений не наблюдалось.
Помимо изменения удельного вклада различных частот у больных также отмечалась динамика координационных индексов. У 75% больных на 5-8 сутки сравнению с 1-3 сутками после операции наблюдалось повышение координационных индексов ЕЖЕЛ/ЕДПК и ЕТОЩ/ЕПОДВЗД с повышением группового среднего указанных индексов, что отражено в Таблице 5. При этом значение ЕТОЩ/ЕПОДВЗД в динамике разрешения пареза кишечника повышалось значительно, в среднем - с 0,674±0,252 до 1,266±1,061, в то время как соотношение ЕДПК/ЕТОЩ, напротив, снижалось у 75% больных, в среднем - с 0,775±0,379 до 0,480±0,244.
У 75% больных на 5-8 сутки после операции наблюдалось снижение доминирующей частоты в диапазоне ДПК со статистически значимым снижением группового среднего (Таблица 3), и у 62,5% больных отмечено повышение доминирующей частоты в диапазоне тощей кишки. На остальных частотах определенной направленности динамики доминирующей частоты не отмечалось.
Частотная вариабельность снижалась у 75% больных на частотах желудка и ДПК, что сопровождалось статистически достоверным снижением среднего по группе значения в диапазоне ДПК. В диапазоне тощей и подвздошной кишки определенной тенденции не прослеживалось.
Таблица 4. Средние значения вклада различных частот в суммарную энергию спектра ЭГЭГ (Ei/Еs) у здоровых добровольцев и у больных с парезом кишечника в раннем послеоперационном периоде.
Частотный Здоровые Здоровые Больные Больные диапазон натощак после еды 1-3 сутки 5-8 сутки п/о п/о Желудка 71,07 ± 6,88 68,30 ± 6,42 72,59 ± 7,58 69,66 ± 9, ДПК 8,01 ± 3,14 6,13 ± 3,11 6,15 ± 3,05 5,52 ± 2, Тощей кишки 8,93 ± 3,31 9,52 ± 2,28 8,26 ± 2,48 12,81 ± 6, Подвзд. кишки 11,99 ± 2,82 16,06±3,65* 13,00± 3,99 12,01 ± 4, Таблица 5. Средние значения координационных индексов у здоровых добровольцев и у больных с парезом кишечника в раннем послеоперационном периоде.
Координац Здоровые Здоровые Больные Больные ионный натощак после еды 1-3 сутки 5-8 сутки индекс п/о п/о EЖ/ЕДПК 10,37 ± 4,92 13,76 ± 7,12 14,93 ± 8,08 17,40 ± 11, EДПК/ЕТОЩ 0,967 ± 0,390 0,655±0,318* 0,775 ± 0,379 0,480 ± 0, EТОЩ/ЕП 0,749 ± 0,248 0,603 ± 0,137 0,674 ± 0,252 1,266 ± 1, (EЖ+EДПК) / 4,12 ± 1,49 3,07 ± 0,89 4,005 ± 1,347 3,362 ± 1, (EТОЩ+EП) В целом, серии исследований, проведенные в настоящей работе у человека в нормальных и патологических условиях, показали, что изменения ЭГЭГ картины согласовались с физиологическими процессами, запускаемыми применявшимися тест-воздействиями у здоровых лиц, также как и с процессом восстановления моторно-эвакуаторной функции ЖКТ у больных с послеоперационным парезом кишечника. В условиях естественной, пищевой, стимуляции у здоровых лиц и при послеоперационном парезе кишечника у больных динамика ЭГЭГ адекватно отражала изменения функционального состояния ЖКТ генерализованного (системного) характера, обусловленные центральными нейроэндокринными стимулирующими (парасимпатическими) или тормозными (симпатическими) воздействиями (Калинин А.В. и соавт., 2006).
ЭГЭГ проявлениями системных изменений являлось значимое изменение параметров, отражающих общий уровень функциональной активности желудка и кишечника: суммарной энергии и средней энергии спектра в различных отделах ЖКТ, что, по-видимому, обусловило широкое использование указанных показателей для оценки состояния ЖКТ при парезах кишечника различного генеза (Закиров Д.Б., 1994;
Смирнов А.С. 2006;
Климович И.Н., 2007;
Магомедов М.С., 2008).
Характерным признаком системного воздействия являлась также одинаковая направленность изменений на частотах всех отделах ЖКТ, т.е.
единообразие изменений, которые обычно описываются в литературе как «повышение» или «угнетение» электрической активности ЖКТ (Ступин и соавт., 2005;
Пономарева и соавт., 2007;
Смирнова и соавт., 2009, Yoshitomi S. et al., 1996).
Наряду с изменениями генерализованного характера ЭГЭГ позволяла проследить также динамическую перестройку работы каждого из отделов ЖКТ на фоне пищевой депривации, а также вариабельность изменений ЭГЭГ параметров на частотах разных отделов ЖКТ на фоне фармакологического воздействия церукалом, модулирующим электрическую активность желудка и тонкой кишки (Фишер А.А., Борисов Ю.Ю., 1985). В указанных случаях более информативными являлись относительные амплитудные показатели и частотные параметры ЭГЭГ.
В настоящей работе рассмотрены различные варианты изменения функционального состояния ЖКТ, каждое из которых приводило к значимому изменению определенного набора показателей, которые были отнесены к информативным для данного конкретного состояния показателям. При каждом состоянии выраженность изменений одних и тех же показателей была различной. Очевидно, что выбор ЭГЭГ показателей, адекватно отражающих различные состояния ЖКТ, может быть осуществлен лишь при использовании всей совокупности существующих показателей, что является обоснованием комплексного подхода к интерпретации ЭГЭГ.
ВЫВОДЫ 1. Результаты экспериментальных исследований показали, что периферическая электрогастроэнтерография адекватно отражает электрическую активность желудка и тонкой кишки. Динамика средней энергии спектра ЭГЭГ коррелирует как с изменением амплитуды базисного электрического ритма ЭМГ, так и с интенсивностью генерации потенциалов действия.
2. Использование различных способов детектирования и устранения артефактов существенно повышает достоверность ЭГЭГ. При наличии в зоне артефактного участка полезной информации наиболее оптимальным способом устранения артефакта является комбинация фильтрации с линейной аппроксимацией, при отсутствии полезной информации эффективной является линейная аппроксимация.
3. Наличие специфических изменений спектральных показателей ЭГЭГ на фоне пищевой депривации, являющееся электрофизиологическим признаком голодной периодической деятельности ЖКТ, представляет собой наиболее значимый критерий нормальной электрической активности желудка и тонкой кишки.
4.Влияние пищевого воздействия и фармакологического воздействия церукалом на показатели ЭГЭГ у здоровых добровольцев имеют определенные сходства и ряд отличий. Отличия от пищевого воздействия заключаются в вариабельности изменения амплитудных показателей и в специфических изменениях частотных показателей ЭГЭГ на фоне приема церукала.
5. Периферическая ЭГЭГ позволяет достоверно оценить функциональное состояние желудка и тонкой кишки при нарушениях моторно-эвакуаторной функции ЖКТ и положительную динамику ее восстановления в результате лечения.
6. Физиологическая значимость амплитудных показателей ЭГЭГ определяется характером изменения функционального состояния ЖКТ.
При изменениях генерализованного характера значимой является динамика показателей, отражающих общий уровень функциональной активности ЖКТ: суммарной энергии спектра и средней энергии в диапазоне БЭР различных отделов ЖКТ, одинаково направленная на всех рассматриваемых частотах. При изменениях, сопровождающихся перераспределением активности между различными отделами ЖКТ, более информативными являются относительные амплитудные показатели.
Изменения показателей, отражающих ритмичность электрической активности желудка и тонкой кишки, отличаются значительным разнообразием и специфичностью в соответствии с конкретным состоянием ЖКТ.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ Периферическая электрогастроэнтерография является информативным методом оценки функционального состояния желудка и кишечника в норме и при различных заболеваниях, влияющих его на моторно-эвакуаторную функцию. Информативность метода ЭГЭГ в оценке функционального состояния ЖКТ позволяет использовать его для изучения вариабельности функционального состояния ЖКТ у здоровых людей в покое и при различных нагрузках, а также для оценки состояния ЖКТ у больных с нарушениями моторно-эвакуаторной функции ЖКТ различной этиологии, в том числе в режиме динамического мониторинга.
Для повышения информативности метода ЭГЭГ и достоверности ее показателей следует использовать различные способы выявления и устранения артефактов, наиболее оптимальными из которых являются фильтрация и линейная аппроксимация.
Каждый из показателей ЭГЭГ может иметь различную информативность в зависимости от функционального состояния ЖКТ. Для объективной оценки функционального состояния ЖКТ необходимо применять комплексный подход с оценкой всего спектра показателей ЭГЭГ.
Показатели, которые в своей совокупности позволяют наиболее точно описать электрофизиологическую картину того или иного функционального состояния ЖКТ, следует считать наиболее информативными.
При оценке функционального состояния ЖКТ в качестве объективного критерия нормы могут быть использованы ЭГЭГ признаки голодной периодической деятельности.
При изменениях функционального состояния ЖКТ системного характера анализ ЭГЭГ следует начинать с показателей, отражающих общий уровень функциональной активности ЖКТ: суммарной энергии спектра и средней энергии в диапазоне БЭР различных отделов ЖКТ. При оценке динамики показателей ЭГЭГ на фоне пищевой депривации и на фоне фармакологического воздействия следует уделять особое внимание относительным амплитудным показателям.
Параметры, отражающие ритмичность электрической активности ЭГЭГ в связи с их специфичностью в соответствии с конкретным состоянием ЖКТ могут быть использованы для более точной дифференцировки различных состояний ЖКТ в нормальных и патологических условиях.
Церукал и другие прокинетики в связи с их модулирующим действием могут применяться для выявления вариабельности показателей ЭГЭГ у практически здоровых лиц. Особенности влияния церукала на электрическую активность ЖКТ обуславливают возможность его использования в качестве тест-воздействия для более детальной оценки функционального состояния ЖКТ в нормальных и патологических условиях.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Влияние прокинетиков на миоэлектрическую активность ЖКТ //Материалы II Российского конгресса по патофизиологии, Москва, 9- октября 2000 г. - М., 2000.- С.136 (соавторы Н.С. Тропская, В.А., Васильев, Т.С Попова, А.И Ишмухаметов, Н.Е Кудряшова).
2. К вопросу об информативности периферической электрографии // тезисы доклада на 6-ой Российской гастроэнтерологической неделе, Москва, 23-27 октября, 2000 г. - С.144 (соавторы Н.С Тропская, Н.Е Кудряшова, Т.С. Попова).
3. Влияние цизаприда на электрическую активность желудка и тонкой кишки при послеоперационном парезе у крыс // Материалы 4-го международного конгресса «Парентернальное и энтеральное питание» Москва - 2000 г.– М., 2000.- С. 80. (соавторы Н.С. Тропская, Г.И.
Соловьева, Л.Ф. Порядков, И.А. Бетуганов, Т.С. Попова).
4. Влияние цизаприда на электрическую активность желудка и тонкой кишки при забрюшинной гематоме в эксперименте // Материалы 4-го международного конгресса «Парентернальное и энтеральное питание» - Москва - 2000 г.- М.,2000.- С.7-8. (соавторы И.А. Бетуганов, Н.С. Тропская, Г.И. Соловьева, Л.Ф. Порядков, Т.С.
Попова).
5. Влияние метоклопрамида на электрическую активность желудка и тонкой кишки в раннем послеоперационном периоде // Материалы 8-й Российской гастроэнтерологической недели // Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии и колопроктологии. - Приложение №17. C.30. (соавтор Н.С. Тропская).
6. Теоретические предпосылки и экспериментальное обоснование использования электрогастроэнтерографии // Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии и колопроктологии.- 2005 г. - №5. C.82-88. (соавторы Н.С. Тропская, В.А. Васильев, Т.С. Попова, А.И.
Ишмухаметов, Я.Б. Азаров).
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ БЭР – базисный электрический ритм ДПК – двенадцатиперстная кишка ЖКТ – желудочно-кишечный тракт ПД – потенциалы действия ЭМГ – электромиография, электромиограмма ЭГЭГ – электрогастроэнтерография, электрогастроэнтерограмма Библиотека литературы по функциональной гастроэнтерологии:
www.gastroscan.ru/literature/