1. Введение.
2. Актуальность.
3. Цели и задачи.
4. Постановка задачи на уровне предметной области.

4.1 Объект исследования.
4.2 Методы исследования.
4.3 Электрогастроэнтерография.
4.4 Оборудование для исследования.

Исследования последних лет выявляют четкую тенденцию к увеличению заболеваемости органов пищеварения. В связи с этим появилась насущная необходимость постоянного улучшения имеющихся методов диагностики, а также создания и разработки новых, ранее не использовавшихся методов, позволяющих выявлять заболевания на ранних стадиях, оценивать степень поражения органов, контролировать результаты проводимой терапии.

Электрогастроэнтерография (или электрогастрография) (от электро + греч. gaster - желудок + греч. enteron - кишки + греч. grapho - пишу) - метод исследования моторно-эвакуаторной функции (МЭФ) желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) при помощи одновременной регистрации биопотенциалов его различных отделов. [12]

Электрогастроэнтерография неинвазивна, не имеет противопоказаний и хорошо переносится всеми больными. Это позволяет обследовать даже крайне тяжелых пациентов, как до операции, так и с первых часов послеоперационного периода. Учитывая простоту и доступность методики, можно проводить многократные повторные исследования для оценки динамики показателей в процессе лечения. Данные, полученные при электрогастроэнтерографии, не противоречат и часто опережают результаты рентгенологического и эндоскопического исследования, что свидетельствует о более высокой чувствительности метода для диагностики моторных нарушений.

Целью данной работы является повышение оперативности и точности постановки диагноза заболеваний желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) на основе создания современных моделей электрогастроэнтерографического сигнала и алгоритмов их обработки.

Для достижения цели необходимо решить такие задачи:

1.  Разработать технические средства регистрации электрогастроэнтерографического сигнала;
2.  Разработать модели электрогастроэнтерографического сигнала для каждого органа желудочно-кишечного тракта (ЖКТ);
3.  Разработать алгоритмы определения заболеваний органов желудочно-кишечного тракта (ЖКТ);
4.  Разработать программное обеспечение реализующее созданные модели и алгоритмы.

Для того чтобы лучше понять, как и почему развиваются различные заболевания пищеварительной системы, необходимо сначала понять ее строение. Упрощенное описание желудочно-кишечного тракта:[11]

1. Пищевод - это длинная трубка из мышечной ткани по которой пища продвигается от рта до желудка.
2. Брюшная полость находится ниже диафрагмы. Здесь располагаются все брюшные органы.
3. Желудок находится в верхней части живота. Здесь пища подвергается действию желудочного сока и ферментов, вырабатываемых слизистой желудка. Элементы пищи при этом измельчаются до более мелких составляющих.
4. Сфинктер пищевода - клапан, предотвращающий выброс пищи, смешанной с кислотой обратно в пищевод.
5. Привратник - небольшая круглая мышца на выходе из желудка. Регулирует подачу пищевых масс из желудка в тонкий кишечник (двенадцатиперстную кишку).
6. Тонкий кишечник - важнейший пищеварительный орган человека. Общая протяженность тонкого кишечника взрослого человека 4.5-6 метров. В тонком кишечнике всасываются белки, жиры, углеводы, витамины, минералы. Принято выделять три отдела тонкого кишечника: двенадцатиперстная кишка (duodenum), тощая кишка (jejunum), подвздошная кишка (ileum).
7. В двенадцатиперстной кишке пища, поступающая из желудка, смешивается с желчью и ферментами поджелудочной железы. Здесь всасывается железо и кальций.
8. В тощей кишке всасывается значительная часть пищевых элементов. Тощая кишка изнутри покрыта огромным количеством ворсинок - тонких трубочек, которые увеличивают всасывающую поверхность кишечника. Химус (пищевые массы) продвигается здесь в жидком виде. Белки, жиры и углеводы из него всасываются через ворсинки и стенки кишечника в кровоток.
9.  Последний сегмент тонкого кишечника - подвздошная кишка. Здесь происходит поглощение жирорастворимых витаминов A, D, E, K, и других питательных веществ.
10. Илеоцекальный клапан разделяет тонкий и толстый кишечник. Клапан пропускает химус из тонкого кишечника в толстый и предотвращает обратный заброс масс из обсемененного бактериями толстого кишечника в почти стерильный тонкий.
11. В толстом кишечнике из химуса, поступившего из тонкого кишечника, постепенно отсасывается вода и, таким образом, формируется стул. Толстый кишечник является средой обитания огромного количества бактерий (кишечная палочка, бифидобактерии, лактобактерии), которые участвуют в процессе пищеварения.

Рис 1. Общая схема пищеварительной системы человека.

Продвижение пищи по пищеварительному тракту, её механическая обработка, перемешивание с пищеварительными соками это одна из важных функций желудочно-кишечного тракта. Врачи её называют моторно-эвакуаторной функцией ЖКТ.

Пищевой комок при глотании поступает в пищевод под давлением и продвигается по нему при помощи ритмичных волнообразных сокращений. Затем, минуя пищеводно-желудочный переход (его ещё называют нижний пищеводный сфинктер), он попадает в желудок.

В желудке пищевой комок перемешивается с пищеварительными соками и подвергается механической обработке благодаря кратковременным перистальтическим сокращениям и медленным длительным изменениям тонуса.

После завершения обработки в желудке пища небольшими порциями с периодом около 20 секунд поступает в двенадцатиперстную кишку, где происходит её дальнейшая обработка ферментами, выделяемыми поджелудочной железой и желчью. И здесь её движение обеспечивается перистальтическими волнообразными сокращениями.

Затем пища, превратившаяся в своеобразную кашицу, химус, поступает в тощую, далее в подвздошную кишки, где происходит дальнейшее её переваривание и всасывание питательных веществ. И опять же не без помощи перистальтики.

Дальнейший её путь лежит в толстую кишку. Здесь пища задерживается надолго - до 20 часов. Известны три типа двигательной активности толстой кишки: прямое перемещение массы, ретроградное (обратное) продвижение и ритмичные сокращения в отдельных сегментах кишки. Такое сложное поведение кишки обеспечивает полное поглощение соли и воды из каловых масс и нормальную дефекацию.

Именно согласованная работа пищевода, желудка и кишечника обеспечивает нормальное пищеварение и именно расстройства её координации лежат в основе или являются следствием многих заболеваний пищеварительного тракта. И именно поэтому о моторно-эвакуаторной функции ЖКТ надо знать всё.

В настоящее время существуют две группы методов исследования моторно-эвакуаторной функции ЖКТ.

В первую группу входят методы, позволяющие регистрировать сократительную активность ЖКТ посредством измерения давления внутри того или иного отдела ЖКТ с помощью баллонов, микродатчиков, радиокапсул, открытых водно-перфузионных катетеров. К сожалению, введение инородного тела, которым является любой из выше перечисленных датчиков, приводит к раздражению органа и изменяет его моторную активность.

Ко второй группе относятся электрофизиологические методы, основанные на взаимосвязи электрической и сократительной активности ЖКТ. Они включают в себя либо регистрацию биопотенциалов с фиксированных на стенках органов электродов, так называемая прямая электрогастроэнтерография, либо регистрацию биопотенциалов с накожных электродов, закреплённых на животе или конечностях - непрямая или периферическая электрогастроэнтерография. Естественно, необходимость вживления электродов ограничивает использование прямой электрогастроэнтерографии в клинической практике.

Периферическая электрогастроэнтерография, будучи не инвазивной, т.е. не требуя никакого вторжения в организм человека, хорошо переносится всеми больными. Это позволяет обследовать даже крайне тяжёлых пациентов как до операции, так и в первые часы послеоперационного периода.

Электрогастроэнтерография - метод исследования, позволяющий оценить биоэлектрическую активность желудка, двенадцатиперстной кишки и других отделов ЖКТ. Он основан на регистрации изменений электрического потенциала от органов ЖКТ.[8]

В состоянии покоя гладкомышечные клетки, как и клетки сердечной мышцы или скелетных мышц, имеют мембранный потенциал покоя, благодаря градиенту концентрации ионов по обе стороны клеточной мембраны. Периодические изменения мембранного потенциала получили название медленных волн (МВ) или трансмембранного потенциала покоя. Под трансмембранным потенциалом покоя понимают разность потенциалов, существующую между внутри- и внеклеточной средой при отсутствии изменений электрической активности. Величина трансмембранного потенциала колеблется в пределах от 20 до 90 мв. Медленные электрические волны представляют собой периодические фазы деполяризации и реполяризации мембран гладкомышечных клеток. В желудке медленные волны генерируются миогенным пейсмейкером, располагающимся в области тела желудка. Медленные волны возникают с достаточно постоянной для каждого отдела ЖКТ частотой. Как было показано рядом исследователей, в кишечнике существует проксимально-дистальный градиент частот медленных волн, т.е. максимальная частота наблюдается в двенадцатиперстной кишке и начальном отделе тощей кишки, в дистальном направлении частота уменьшается. Важно отметить, что частота медленных электрических волн определяет максимально возможную частоту сокращений гладких мышц желудочно-кишечного тракта. В эксперименте было выявлено, что вне пищеварения биоэлектрическая активность желудочно-кишечного тракта характеризуется наличием фаз относительного покоя и фаз усиленной активности (голодная перистальтическая активность). Медленные волны сами по себе не вызывают мышечного сокращения. Сокращение гладкомышечной ткани возникает при появлении на плато медленных волн быстрых электрических осцилляций, потенциалов действия (ПД). Потенциалы действия представляют собой относительно быстрое изменение мембранного потенциала, которое тесно связано с уровнем потенциала покоя и амплитудой медленной электрической волны, и отражают локальное сокращение мышечного волокна. Единичные ПД обусловливают тоническое сокращение, группы ПД вызывают ритмические сокращения. Сила сокращения мышечного волокна пропорциональна числу ПД в группе. Медленные волны создают в мышцах потенциал, близкий к порогу активации, что дает возможность возникновению ПД с последующим сокращением мышечного волокна. При недостаточной деполяризации клеточной мембраны ПД затухают, при высокой деполяризации могут инициироваться распространяющейся медленной волной. Однако некоторые авторы считают, что сокращение мышечного волокна возможно и при отсутствии пиковых потенциалов. При этом регистрируются минимальные по амплитуде сокращения участков кишки, соответствующие основному электрическому ритму. Механизм генерирования медленных электрических волн отличается устойчивостью. Они мало изменяются под влиянием ацетилхолина, недостигмина, атропина, адреналина, прокаина, морфина, гистамина, кокаина, никотина. Однако все эти вещества определенно влияют на возникновение пиковых потенциалов и сокращение гладких мышц. Еще в начале 20-го века исследователи измеряли электрическую активность гладкомышечной клетки. Для этого использовали как внутриклеточные, так и внеклеточные способы отведения сигнала. В настоящее время для определения биоэлектрической активности желудочно-кишечного тракта используются прямые методы с вживленными электродами (прямая миография, импедансометрия) и непрямые методы, основанные на регистрации изменений электрического потенциала желудочно-кишечного тракта с поверхности тела. Прямые методы регистрации позволяют наиболее точно оценить моторно-эвакуаторную функцию исследуемого участка кишки, так как позволяют регистрировать потенциалы действия. Однако инвазивность метода накладывает ряд ограничений в его использовании. Непрямой метод регистрации биопотенциалов имеет ряд преимуществ перед прямым. Он неинвазивен, не имеет противопоказаний, позволяет оценить биоэлектрическую активность всех отделов ЖКТ. Метод непрямой электрогастроэнтерографии позволяет регистрировать лишь изменения медленных волн. Однако, как было сказано выше, медленные волны не вызывают мышечные сокращения кишки, вследствие чего не вполне отражают моторно-эвакуаторную деятельность кишки. Тем не менее, проведенные исследования показали, что между показателями изменений медленных волн и ПД имеется высокая корреляция. Эта связь тем теснее и достоверней, чем интенсивнее пиковая электрическая и моторная активность данного органа. При активных сокращениях и появлении на миограммах высокоамплитудных пачек ПД отмечается и повышение амплитуды медленных волн. Регистрация биоэлектрического потенциала проводилась с поверхности кожи в области желудка. В настоящее время такой способ отведения сигналов широко используется в наших клиниках, а также за рубежом. Отрицательными чертами этого способа является невозможность оценки биоэлектрической активности различных отделов ЖКТ. Благодаря работам Реброва В.Г., был разработан метод периферической электрогастрографии, при котором регистрация сигнала различных отделов ЖКТ производится с конечностей. Возможность этого метода объясняется постоянством частоты гладкомышечных сокращений в различных отделах ЖКТ. Для регистрации электрической активности различных отделов ЖКТ используются высокочувствительные усилители с полосой пропускания низких частот (от 0 до 1 Гц) при режиме усиления постоянного тока, что позволяет устранять помехи, вносимые в сигнал высокочастотными потенциалами других органов. По графику спектрограммы и цифровым данным, полученным после обработки сигнала, оценивается уровень электрической активности желудка и двенадцатиперстной кишки, тощей, подвздошной, и толстой кишки, ритмичность сокращений и координированность работы соседних отделов ЖКТ.

Современные приборы, используемые для диагностики и исследования, обеспечивают прием и регистрацию сигнала с накожных электродов в течение от 1 часа до 24 часов, а также хранение, обработку и документальное представление получаемой информации. Установленные фильтры прибора позволяют одновременно оценивать электрическую активность желудка, двенадцатиперстной, тощей, подвздошной и толстой кишки, в частотном диапазоне 0,01-0,25 Гц.

В клинике разработаны приборы для проведения периферической электрогастроэнтерографии:

электрогастроэнтерограф ЭГЭГ-01 К ("Миограф") представлен на рисунке2:

Рис.3. Электрогастроэнтерограф ЭГЭГ-01К

Гастроскан-ГЭМ:

Рис 4. "Гастроскан ГЭМ" - компьютерный прибор для мониторинга одновременно рН и электрической активности ЖКТ.

Использование прибора "Гастроскан-ГЭМ" позволяет: просмотреть на экране монитора ПК регистрацию и результаты анализа рН-грамм и электрогастроэнтерографического сигнала по заданным параметрам (разработанный метод обследования МЭФ пищеварительного тракта - периферийная компьютерная электрогастроэнтерография, позволяет получать объективную информацию о состоянии электрической активности всех отделов ЖКТ).

Стандартное исследование проводится в 2 этапа по 40 минут: натощак и после пищевого завтрака, состоящего из 200 мл сладкого теплого чая и 100 г белого хлеба. Для диагностики и коррекции моторно-эвакуаторных нарушений ЖКТ могут быть использованы лекарственные препараты из групп антихолинэстеразных веществ и прокинетиков вместо пищевого стимулятора. Основными отличиями "Гастроскана-ГЭМ" от "Миографа" являются возможность проводить исследования в стандартном режиме и длительном мониторинге электрической активности в течение 24 часов, а также возможность одновременной регистрации МЭФ ЖКТ внутрижелудочной рН-метрии.

Рис 5. Портативный аппарат для электрогастрографии "Digitrapper EGG".