Основные направления развития электрогастроэнтерографии и восстановления координации сокращений пищеварительного тракта у больных хирургического профиля

Современная диагностика патологии желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) включает как использование проникающего излучения, так и инвазивное проникновение (эндоскопические техники), сочетающиеся с исследованием изменений органов пищеварительного тракта.

К сожалению, органная функция состояния пищеварительного тракта, включая биоэлектрические и биохимические процессы этой сложнейшей системы, что особенно актуально в хирургической практике, неотложных состояниях [1], остается «terra incognita» для исследователей.

Крайне злободневным вопросом, особенно в абдоминальной хирургии, видится нам патогенез острой кишечной непроходимости (ОКН), исходом которой является интоксикационный синдром, синдром энтеральной недостаточности и, в последующем, полиорганная дисфункция [1–5] Это диктует поиск методов, в основе которых лежит физиологическая деятельность исследуемых органов и систем организма, в том числе их биоэлектрическая и биохимическая активность [6]. Особо следует указать на возможность клиницистам, посредством электрофизиологических методик, не только проводить контроль и наблюдение, но и своевременную коррекцию на ранних этапах патофизиологических механизмов развития звеньев синдрома ОКН.

Достоинства неинвазивных электрофизиологических методов функциональной диагностики очевидны, но из-за трудностей при интерпретации получаемых данных в повседневной клинической практики они мало реализуемы. Исключением является только электрокардиография и подобную методику применения непрерывно расширяют и модифицируют (физическими нагрузками или лекарственными средствами). В полной мере преимущества неинвазивных электрофизиологических методов, проявляются только при дополнении их каким-нибудь дозированным воздействием. В частности, при изучении ЖКТ применяются стандартный завтрак [3, 7, 8] с короткими сериями электростимуляции, вибрации или переменного магнитного поля [1, 9–15]. Объединение диагностики и физиологически обоснованных воздействий, позволяет оценивать функциональное состояние изучаемых систем по реакциям на дозированные «тесты» (стимулы, раздражители). Это восстанавливает связь между причиной и следствием, конкретизирует данные, существенно улучшая не только диагностику, но и терапию того или иного заболевания с подбором индивидуально-ориентированного лечения, соответствующего текущему состоянию больного.

Анализируя данные о причинах образования свободных электрических зарядов, о физических механизмах, вызывающих формирование источников электрической активности в биологических системах, а также учитывая свойства клеток и препаратов, полученных после резекции органов, можно сделать следующие заключения:

• 1.    Элементарными источниками электрической активности в организме человека являются двойные электрические слои (ДЭС). Напомним, что каждый слой состоит из конденсированных на поверхности твердого тела (адсорбента) молекул газа (геля, ионов, или растворенного в жидкости вещества). Он возникает благодаря разности между молекулярно-силовыми полями внутри объема адсорбента и на его поверхности. Поверхностный слой, независимо от состояния фаз, в масштабе молекулярных размеров, неоднороден и анизотропен. Вещество на поверхности отличается от его объемной фазы физическими свойствами, связями между молекулами, а в многокомпонентных системах и химическим составом. В поверхностных слоях часто наблюдают смещение химического равновесия, меняются константы скоростей химических реакций, вплоть до изменения валентности, для серы (S), хрома (Cr) и самария (Sm) [16]. Особыми свойствами обладают родственные поверхностным слоям искусственные и естественные образования: пленки, нити, узкие щели, поры, трещины, капли, кристаллы и полости микроскопических размеров [16]. Различают хемосорбцию и физическую адсорбцию. Хемосорбция приводит к образованию между атомами (молекулами) адсорбата и адсорбента химических связей. Следовательно, хемосорбцию можно рассматривать как результат химической реакции, область протекания которой ограничена только поверхностным слоем. Физическая адсорбция не сопровождается существенными изменениями электронных структур в молекулах адсорбата. Она может быть либо мономолекулярной (монослойной), с образованием только одного слоя, в котором молекулярно-силовые поля не уравновешены, либо многослойной (или полимолеку-

• лярной). При адсорбции на поверхности твердого тела свободных зарядов (из газа, геля, или ионов из раствора электролита) и возникает ДЭС [16, 17, 18].

• 2.    Под влиянием внешних сил большинство органов и тканей легко поддаются разным видам упругих деформаций: сжатию, растяжению, кручению, изгибу и др., следовательно, каждое усилие на стенку многослойного полого органа неминуемо приводит к изменению электрической емкости межфазных границ. В тканях органа она распределена, образована ДЭС и заряжена. Это значит, что любое изменение ее, сопровождается появлением биоэлектрических сигналов, с высокой точностью отражающих динамику деформации [20]. Поскольку деформация каждой оболочки в полом органе, вызвана сокращениями гладкой мускулатурой (ГМ) в нем биоэлектрические сигналы, образованные параметрическим преобразованием части энергии этих сокращений, специфичны активности конкретным структурам органа. Иначе говоря, сокращения ГМ превращает внутренние органы в источники специфических сигналов, в которых содержится информация о физических параметрах сокращений (длительности, силе, количестве двигательных единиц и др.). Источниками этих сигналов являются динамические емкости межфазных границ (ДЭС) внутренних органов и активность их ГМ. Известно, что мышечная оболочка органа ЖКТ не так уж велика, в частности, у двенадцатиперстной кишки толщина ее находится в пределах 0, 3-0,5мм [21], а регулирует она просвет весьма массивного органа. Это обстоятельство позволяет утверждать, что сигналы, формируемые распределенными емкостями, между оболочками в стенках основных отделов ЖКТ, располагаются в области низких и сверхнизких частот [9].

• 3.    Известно, что ЭДС электрохимических источников энергии зависит от состава реагентов, их концентрации и температуры. Следовательно, мгновенное значение разности потенциалов между средами, образующими межфазную границу, зависит от интенсивности в ней обменных процессов. Стабильность диффузионных потоков кислорода (глюкозы, ионов и иных компонентов) через межфазную границу полого органа

В биологических системах очень много разнообразных поверхностей и межфазных границ (по геометрическим параметрам). Они присутствуют внутри клеток и между ними; в капиллярах, в стенках вен и артерий; в паренхиматозных тканях и в стенках многослойных полых органов. На каждой поверхности возникают связанные и свободные заряды, а между средами, ДЭС и небольшая, но относительно стабильная, разность потенциалов. Следовательно, элементарных источников электрической активности в клетках, тканях и органах очень много. В многослойных полых органах они образуют батареи, из последовательно включенных цилиндрических элементов. Возбудимые структуры (нервы, скелетная сердечная, гладкая мускулатура) способны формировать переменные сигналы (потенциалы двигательных единиц, псевдомиотические разряды, потенциалы фибрилляций, потенциалы отдельных мышечных волокон, потенциалы действия и т.д. [19]).

весьма невелика. Это значит, что нестабильность обмена может превратить и паренхиматозные ткани в источники различных электрических колебаний [9].

Образование ДЭС создает потенциальные барьеры и области с обедненной концентрацией свободных электрических зарядов (ионов, радикалов). Следовательно, ДЭС одновременно является не только естественным регулятором, но и индикатором интенсивности транспорта зарядов через межфазную границу (потока связанного кислорода, углекислого газа, глюкозы и других веществ). Поскольку в биологических системах стабильность обменных процессов невелика, невозбудимые ткани в организме могут формировать как одиночные разряды (при пропульсивном преодолении потенциальных барьеров, в случае обратимого пробоя межфазной границы) так и медленные волны [9].

Таким образом, информация о причинах и механизмах образования электрических сигналов позволяет отнести регистрируемые комплексы (зубцы) к конкретному процессу, протекающему в органе. Без соответствия физических и физиологических процессов и явлений, протекающих в структурах органа, анализ и интерпретация получаемых данных, а также диагностика функционального состояния вряд ли возможны Такая информация необходима при выборе регистратора сигналов, способов обработки полученных данных, а также для определения производных физиологических показателей, отображающих особенности функционального состояния изучаемого органа.

Представленные сведения указывают на то, что в каждом органе различных генераторов электрической активности очень много. Они находятся в общем объемном и очень неоднородном проводнике. Сигналы, формируемые ими, смешиваются, накладываются друг на друга, образуя как смесь из них, так и новые составляющие, отражающие нелинейность проводящих путей организма. Текущие значения содержат интегральную информацию о состоянии множества разных структур в определенные моменты времени (общая биоэлектрическая активность).

Клиницистам нужна достоверная информация о функции и состоянии конкретного органа, его частей, или отдельных элементов. Теоретики и экспериментаторы убеждены в том, что в общей биоэлектрической активности организма человека (при электродах на его поверхности), ЖКТ (как единой системы органов) и каждого его отдела такие компоненты (или составляющие) имеются. Они специфичны определенному процессу и возникают при активизации конкретного физического механизма. Учитывая это, можно утверждать, что амплитуда каждой составляющей соответствует силе сокращений стенки конкретного отдела пищеварительного тракта (или количеству в ней активных элементов).

Таким образом, создание клинического метода функциональной диагностики конкретного отдела ЖКТ, сводится к поиску этих составляющих и отделению их от биоэлектрических сигналов соседних органов, а также других, более мощных систем организма человека. Однако большинство авторов, задачу получения клинически важной информации предлагают решать компьютерным программам (с использованием преобразований Фурье или специальных программ для получения спектров с высоким разрешением [7, 30]). Напомним, что под спектром подразумевают полную характеристику состава колебаний, но не более того. В спектрах нет данных о порядке следования каждой составляющей общего сигнала. Они теряют важную информацию об активизации ГМ в той или иной зоне органа, об особенностях координации сокращений и проведении возбуждения по органу, о его функциональном состоянии (и о состоянии всего ЖКТ). Поэтому спектры электрических сигналов ЖКТ используют отдельные энтузиасты, а у клиницистов особой популярностью они не пользуются [3, 5, 22, 29].

В литературе имееются описания усиления и выделение сигналов ЖКТ с помощью аппарата «Гастроскан-ГЭМ» с подключением его к пациенту поляризующими электродами[8]. Для получения достоверных данных характеризующих работу проксимальных отделов ЖКТ авторы предлагают регистрировать биоэлектрические сигналы в течение 2-х часов, а для оценки состояния толстого кишечника (с применением «стандартной пищевой нагрузок» в средине исследования) не менее 6-ти часов. Не обсуждая физиологического смысла предложенных показателей, заметим, что их названия выбраны явно неудачно. (В частности, согласно представленной авторами формуле, коэффициент ритмичности отражает неравномерность амплитудно-частотной характеристики и к ритму никакого отношения не имеет). Очевидно, что такая методика не применима всем больным в палатах интенсивной терапии. Эти сведения убеждают нас в том, что в настоящее время устранить все недостатки, присущие приборам, пришедшим к нам из прошлого столетия, компьютеризацией нельзя (включая методы цифрового спектрального анализа и его приложений [31]).

Сравнение между собой: технических параметров аппаратов ЭГГ-24-02, Гастроскан-ГЭМ и также иных диагностических систем, используемых в клинических исследованиях и экспериментах, полученных данных; методических новинок и приемов, придуманных авторами для расширения возможностей электрофизиологических методов, приводит к следующим выводам:

• 1.    Современные комплексы не приспособлены для систематических исследований в палатах интенсивной терапии (регистрация должна осуществляться от 2-х до 6-ти часов [8], необходим так называемый «стандартный завтрак» и мн.др. [7, 8]).

• 2.    Спектры теряют информацию об очередности и последовательности появления гармоник. Эти показатели важны для характеристики состояния и функции органа, по ним легко определяют направление распространения возбуждения и ритм сокращений. Этим недостатком обладают и 3-х мерные (или объемные спектры). Они характеризуют изменения состава колебаний в заданных интервалах исследования и никакого отношения к ритму, а также к распространению возбуждения по всей структуре органа, не имеют [30].

• 3.    Необходимо отказаться от пищевой нагрузки в качестве теста. Использовать ее в палатах интенсивной терапии или на фоне кишечной непроходимости крайне неудобно, а зачастую просто невозможно). Вместо пищевой нагрузки следует использовать короткие серии электроимпульсных воздействий.

• 4.    Оптимальным способом представления данных является мониторинг тех составляющих в общей электрической активности органа, которые присущи его сокращениям. Они располагаются в очень узком диапазоне частот, а непрерывная регистрация колебаний позволяет изучить особенности состояния, функции органа и проведения возбуждения в любых условиях, в том числе и в палатах интенсивной терапии.

Резонанс, как частное физическое явление может возникать при взаимодействии источника возмущений с практически любой, исходно пассивной, сложной системой. Следовательно, в той или иной мере, резонансный отклик можно обнаружить и в каждом внутреннем органе, включая ЖКТ. Условия возникновения его в биологических системах, известны [9].

Полоса пропускания простых, надежно работающих фильтров, используемых в Селективном полиграфе ЖКТ, не превышает (0,008-0,012) Гц. Она зависит от резонансной частоты фильтра. Это позволяет регистрировать сигналы основных отделов ЖКТ без наложения их друг на друга. Для проведения сеансов резонансной терапии ЖКТ у больных в клинических условиях, включая палаты интенсивной терапии, был разработан 4-х канальный полиграф [27] с возможностью увеличения количества фильтров для научных целей [9].

Для диагностики функции каждого органа ЖКТ с помощью тестов и восстановления в них нормальной перистальтической активности разработан «Резонансный стимулятор ЖКТ», формирующий синусоидальные колебания с различной задаваемой частотой. Последовательность появления каждой серии и количества периодов при этом строго вариабельно, что позволяет стимулировать отделы пищеварительной трубки в заданном порядке и формировать в них координированные сокращения и проведение возбуждения.

Доказательством возникновения и существования резонанса, являются реакции основных отделов ЖКТ, записанные в ответ на короткие (и длительные) серии различных, крайне малых, внешних раздражений [2, 9–13]. Подтверждением этому является появление в разных участках аускультативно перистальтического шума, усвоение пищи, компенсация гастро- и энтеростаза, получение стула и иных клинических признаков восстановления моторики кишечника.

Чтобы при длительной стимуляции больного исключить появление негативных побочных явлений (на возбудимые структуры сердца, сосудов и других внутренних органов), необходимо не только максимально снизить ток в импульсах, но и ограничить в них количество гармоник, то есть использовать только синусоидальные колебания, спектр которых крайне обеднен. Однако снижение тока увеличивает длительность процедур и снижает эффективность стимуляции. Многократное усиление эффективности и избирательности воздействий достигается с помощью резонанса. Поэтому, физиологически правильный выбор вида физиотерапии, а также диагностических тестов, обусловлен использованием при проведении процедур явления резонанса [9, 32].

Резонансная терапия кардинально отличается от распространенных способов стимуляции и рефлексотерапии. Благодаря отсутствию побочных влияний на остальные ткани и системы человека, продолжительность лечения может составлять длительное время, вплоть до практически суточного воздействия [2, 13, 32], а получаемые данные не содержат избыточной информации, легко интерпретируются [10, 11, 12, 32], исключает инвазию пациента [2, 10–13, 32], расширяя границы применения данного комплекса [32].

Тонкие стенки многослойных полых органов ЖКТ легко поддаются растяжению, сжатию, кручению изгибу и т.д. Сокращение какого-нибудь сегмента органа, сопровождается растяжением соседних зон. Не вдаваясь в подробности, напомним, что необходимым условием перистальтики является наличие сокращений в одних зонах органа, частичных сокращений и расслабленных в соседних сегментах. Медикаментозных препаратов, приводящих одновременно ГМ органа в такое комбинированное и динамическое состояние, не существует.

Моделировать перистальтику можно разнообразными видами физиотерапии (вибрацией, переменными, магнитными полями, или электроимпульсными воздействиями), но создание эффекта резонанса позволяет решить поставленные выше задачи.

В настоящее время в разных клиниках столицы резонансную стимуляцию основных отделов системы пищеварения используют эпизодически. В исключительных случаях сеансы резонансной терапии назначают только больным в критических состояниях с нарушениями функции кишечника, которым общепринятая интенсивная терапия уже не помогает [14, 15, 32].

Поиск наиболее эффективных средств, направленных на восстановление перистальтики (координированных сокращений, моторики, моторно-эвакуаторной или двигательной функции) в органах ЖКТ, прежде всего, связан с выявлением физических причин, механизмов и алгоритмов сокращений, приводящих к перемещению содержимого (химуса) в определенном направлении.

Активное внедрение метода консервативного воздействия на возбудимые структуры пищеварительного тракта, особенно у столь тяжелой категории пациентов с синдромами кишечной непроходимости, интраабдоминальной гипертензии и энтеральной недостаточности, а также дальнейшее изучение влияния резонансной стимуляции при коррекции пассажа химуса позволит достичь улучшения результатов лечения и дать шанс пациентам, в том числе в критическом состоянии.