Основы регуляции электрической и двигательной активности желудочно-кишечного тракта

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Российский государственный медицинский университет им. Н.И.Пирогова, Москва

Основы регуляции электрической и двигательной активности желудочно-кишечного тракта

А.П. Эттингер

Традиционное вступление об актуальности проблемы в настоящем случае особенно необходимо, так как это обусловлено состоянием специальности гастроэнтерологии вообще и вопросов диагностики и лечения нарушений моторики пищеварительного канала в частности. Сложилось мнение о некоторой второстепенности патологии желудочно-кишечного тракта, хотя эти болезни продолжают удерживать лидирующее положение в мировой структуре заболеваемости и, как ни странно, смертности. ВОЗ прогнозирует выход на первое место в этой структуре сердечно-сосудистых заболеваний только к 2005 г.

Говоря о моторных нарушениях, достаточно отметить только то, что болевая симптоматика и иные неприятные ощущения в области живота в подавляющем большинстве случаев обусловлены исключительно двигательными расстройствами. Однако на смену оживленным исследованиям 70-х и начала 80-х годов пришло некоторое снижение интереса как к фундаментальным, так и к прикладным работам в области патогенеза, диагностики и лечения моторных нарушений желудка и кишечника. Следует отметить, что, к счастью, не все исследовательские центры руководствуются переменчивой научной модой и не все фармацевтические фирмы, без которых представить научный прогресс просто невозможно, быстро меняют ориентацию. Среди последних, бесспорно, одной из самых постоянных является фирма "Янссен-Силаг", которая привлекает настоящих исследователей солидным и взвешенным подходом к решению практически всех своих научно-производственных программ, благодаря реализации которых были созданы такие высокоэффективные препараты, как имодиум, мотилиум и препульсид.

Многие исследователи и практические врачи повсеместно испытывают потребность в расширении и углублении знаний тонких механизмов регуляции двигательной активности желудочно-кишечного тракта, и это становится важным фактором, определяющим профессиональный успех специалиста, тем мотивом, благодаря которому врач может подняться над рутиной, превратив свою работу в постоянный творческий процесс.

Так какие же тонкие процессы являются основой возникновения и регуляции движений, осуществляемых гладкомышечными органами пищеварительного канала в нормальных условиях практически постоянно, и какие сбои в этих системах могут обусловливать патологию рассматриваемой функции? Как и во всех иных системах организма, основу акта сокращения желудка и кишечника составляют ионные механизмы, приводящие к генерации динамических электрических сигналов, и, как следствие, к сокращению. Эти механизмы достаточно сложны и уровни их исследования могут быть весьма различны, вплоть до клеточных и субклеточных, однако для прикладных целей наиболее употребительной остается регистрация так называемых экстрацеллюлярных потенциалов. Речь идет о некоем суммарном потенциале, генерируемом сообществом гладкомышечных клеток. Причем этот потенциал является синхронизированным, то есть в данной точке регистрации определенное множество гладких миоцитов осуществляет ионные процессы и продуцирует электрофизиологические феномены почти одновременно. Проводя весьма приблизительную аналогию с сердцем, рассматриваемый процесс можно уподобить регистрации электрокардиограммы непосредственно с электродов, расположенных на сердечной мышце.

Итак, в интактном пищеварительном канале человека и животных происходит постоянная спонтанная генерация электрических потенциалов, что задает условия сократительной деятельности различных отделов желудочно-кишечного тракта. В свою очередь, электрическая активность специфична для различных отделов и даже образований, отражает тонкие процессы регуляции и координации в пищеварительной трубке и с этой точки зрения является важным диагностическим и исследовательским инструментом. Работая в указанной области уже более 25 лет, наша лаборатория накопила значительный опыт, часть которого будет представлена в настоящем сообщении.

Что же представляет собой экстрацеллюлярный, или внеклеточный потенциал желудочно-кишечного тракта? Проще всего это представить при одновременной характеристике внутриклеточного потенциала, где ионные потоки хорошо определены, и рассматриваемой электрической волны. Оба потенциала отражают одни и те же процессы начальной деполяризации, когда в клетку входят ионы натрия и выходят ионы калия, и реполяризации с обратным током указанных ионов. При внутриклеточном отведении процесс графически выглядит как начальное отклонение выше изолинии, затем плато и последующее возвращение к исходному уровню. На плато встречаются высокочастотные отклонения потенциала, собранные в группы, именуемые спайковыми потенциалами и отражающие процесс входа ионов кальция в клетку перед сокращением. Экстрацеллюлярные потенциалы графически более сложны. В них следует различать два компонента - быстрый и медленный. При этом первый аналогичен деполяризации клетки, а второй соответственно отражает реполяризационные процессы. Спайковые потенциалы, если они возникают, регистрируются в медленном компоненте потенциала. Быстрый компонент внеклеточного потенциала, как правило, имеет двухфазное отклонение с пересечением изолинии. Это связано с распространяющимся характером электрической волны и последовательным охватом участков гладкомышечного синцития процессами деполяризации - реполяризации, когда один процесс следует за другим, а при прохождении волны в проекции электрода происходит очень быстрая смена знака заряда и практически вертикальное при используемых скоростях развертки отклонение потенциала. Медленный компонент в несколько раз более продолжителен и имеет пологую форму.

Картины электрической активности гладких мышц в различных отделах и образованиях пищеварительного канала и при разнообразных функциональных состояниях разнятся весьма значительно как в норме, так, тем более, при патологии. Но при этом на электромиограмме обязательно присутствуют указанные компоненты кривой. Они могут быть различной степени выраженности, регистрироваться вместе или поодиночке, иметь весьма вариабельные параметры, но именно они составляют кривую электрической активности гладких мышц желудочно-кишечного тракта при внеклеточном отведении. Спайковые потенциалы регистрируют, как правило, на высшей точке волны реполяризации или, как мы определили, медленного компонента. В крайне редких случаях, чаще всего в терминальных состояниях, возможна регистрация спайковых потенциалов практически в отсутствие иных электрических феноменов. Но это все же пока только казуистика. Электрические потенциалы спонтанно генерируются гладкими мышцами всех без исключения отделов пищеварительной трубки и распространяются в каудальном направлении. Кроме того, быстрый компонент зависит от метаболизма в стенке, и его амплитуда прямо коррелирует с уровнем насыщения тканей кислородом, а медленный компонент и, естественно, спайковые потенциалы, в свою очередь, очень точно отражают двигательную активность органа.

В различных отделах желудочно-кишечного тракта параметры и форма потенциалов имеют не только изложенные выше признаки, общие для рассматриваемых процессов, но и особенности возникновения и распространения, позволяющие часто по электромиограмме идентифицировать отдел желудочно-кишечного тракта. Однако этот раздел своего рода частной электромиографии гастроинтестинального тракта следует дополнить информацией методического характера. Потенциалы, о которых идет речь, регистрируются с помощью электродов, обязательно находящихся в прямом непосредственном контакте с органом. По конструкции и материалам они могут быть весьма разнообразными, но главным условием, обеспечивающим собственно информативную запись, являются постоянный плотный контакт с тканями воспринимающих частей и надежная изоляция соединений.

В настоящее время нами применяются три типа электродов. Для кратковременной регистрации в острых экспериментах и для интраоперационной записи в клинике используем клипсовые электроды в виде мягкого зажима с круглыми посеребренными электродами на одной из бранш, накладываемых со стороны серозного покрова, которые удерживаются за счет сжатия желудка или кишки с двух сторон. Электрод быстро и атравматично фиксируется, но может использоваться только ограниченное время.

Известные отечественные электроды ПЭГ-8 являются, пожалуй, лучшими для регистрации (до 30 сут) гастроинтестинальных электрических сигналов как в эксперименте, так и в клинике. Наша модификация их фиксации на серозной оболочке тремя кетгутовыми рассасывающимися швами обеспечивает безупречную безопасность электродов, позволяет устойчиво регистрировать процессы непосредственно с момента имплантации и до 30 сут после операции. Удаление их производится простым потягиванием за контакты безболезненно и без всяких последствий. Это подтверждает опыт применения способа у более чем 250 больных на протяжении 6 лет. А для хронических экспериментов длительностью до 6 мес и дольше наиболее пригодны игольчатые платиновые электроды, имплантируемые со стороны серозного покрова органов. Через проводники и простейшие контактные устройства на теле экспериментального животного или больного датчики соединяются с усилителями и регистрирующими приборами. Собственно двигательная активность, то есть механические сокращения, регистрируют по изменениям внутрипросветного давления, для чего используются баллоны или катетеры с открытым концом либо снабженные тензодатчиками. Такие устройства широко применяются у больных.

В экспериментальной практике используются имплантируемые со стороны серозного покрова датчики деформации, основанные на изменении сопротивления гибкого резистора при движении стенки органа. Эта техника более известна по сравнению с электромиографией и потому, видимо, не требует детализации. Возвращаясь к исследованию электрической активности гладкомышечных органов желудочно-кишечного тракта, следует подчеркнуть исключительную важность соблюдения технических условий и унификацию условий записи. Это будет наглядно проиллюстрировано в разделе, посвященном описанию электрических потенциалов желудка.

Завершая методический раздел, нельзя пройти мимо вопросов предмета, информативности и места непрямой электрогастрографии (ЭГГ) в исследовательской и клинической практике. Под этой группой методов понимается регистрация электрических потенциалов органов желудочно-кишечного тракта с помощью воспринимающих электродов, укрепленных либо на передней брюшной стенке, либо на конечностях, как при снятии электрокардиограммы. Встретившись с огромным количеством посторонних электрических сигналов, мы были вынуждены создать устройства, крайне узко фильтрующие электрическую волну в диапазоне предполагаемых частот, как при ЭГГ, либо применить разложение суммарной кривой на гармонические составляющие по Фурье с последующим компьютерным анализом, как при периферической ЭГГ. Принципиально процессы не отличаются, хотя применяются многочисленные аппаратные и программные ухищрения для создания действительно информативной методики.

ЭГГ исключительно отечественного происхождения. Она изобретена в 50-е годы М.А. Собакиным и в дальнейшем, благодаря простоте конструкции и доступности прибора, получила широкое распространение в клиниках и больницах всех уровней. Это принесло свои горькие плоды, когда широта охвата стала обратно пропорциональна качеству исследований, и метод постепенно почти полностью сошел со страниц медицинской печати и исчез из практики. Несколько позже на Западе стали появляться публикации о применении ЭГГ без ссылок на первоисточник. По сути метод не отличается от отечественного. В него внесены лишь некоторые компьютерные элементы, в основном в части обработки кривой активности, а промышленностью предложены аппараты и материальное обеспечение и обучаются специалисты.

Однако вопросы, поставленные выше, пока не сняты ни в одной позиции. Это заставляет нас предпринять экспериментально-клиническое исследование, в ходе которого предполагаем ответить на ряд вопросов, из которых главным является все же один: "Что за процесс регистрируется при расположении электродов в отдалении от гладкомышечного органа желудочно-кишечного тракта, или что трансформируется в электрические сигналы, улавливаемые или превращаемые при накожной или периферической ЭГГ?" В имеющейся литературе убедительные ответы не получены. А они необходимы, поскольку любое слепое использование даже самого привлекательного метода, а неинвазивная ЭГГ более чем привлекательна, приводит к необоснованным выводам, неадекватным заключениям, разочарованию в методике и забвению. Все это уже было с ЭГГ в нашей стране. Результаты данной работы, мы надеемся, послужат созданию правильного представления об ЭГГ и развитию ее в качестве надежного диагностического метода.

Переходя к характеристике электрических и двигательных особенностей различных органов пищеварительного канала, целесообразно, видимо, остановиться на тех разделах, где мы накопили наиболее богатый собственный опыт и имеем возможность привести неопубликованные ранее данные. В желудке электрические потенциалы и соответственно перистальтические сокращения зарождаются примерно на границе средней и верхней трети органа, ближе к большой кривизне. Эта область определена экспериментально путем продольных и поперечных перерезов желудка и названа "водителем ритма желудочной перистальтики". Потенциалы распространяются в каудальном направлении с увеличивающимися скоростью и амплитудой. Их появление синхронизировано по частоте около 4 циклов в минуту у собаки и 2,5 цикла в минуту у человека - во всем органе. Потенциалы имеют выраженный быстрый компонент амплитудой до 2 мВ. Здесь следует упомянуть, что характер быстрого компонента желудочного потенциала и его полярность указывают на важные моменты, определяющие движения в органе. Напомним, что быстрый компонент отражает деполяризацию гладких миоцитов и при внеклеточной регистрации является двухфазным, то есть имеет отклонения по обе стороны изолинии. Так вот, соотношение этих отклонений указывает на распространяемость потенциала, то есть его перемещение по длине органа. Наивысшая скорость распространения достигается тогда, когда это соотношение близко к 1, то есть когда положительное и отрицательное отклонения в быстром компоненте равны. Изменение полярности одного или нескольких потенциалов на фоне регулярно возникающих электрических волн указывает на появление антиперистальтических явлений. Последнее характерно и для кишки, особенно заметно проявляясь в двенадцатиперстной кишке собаки, у которой антиперистальтика - элемент нормальной дуоденальной моторики.

Медленный компонент желудочных потенциалов имеет форму полого нарастающих и столь же постепенно возвращающихся к изолинии отклонений потенциалов, следующих непосредственно после быстрого компонента, и может быть в желудке зарегистрирован только в присутствии последнего. Амплитуда этой части прямо связана с величиной и характером сократительной волны и весьма вариабельна по значению. Здесь уместно проиллюстрировать важность адекватного выбора технических условий записи, о чем упоминалось в методическом разделе.

По нашим данным, именно медленный компонент электрической волны желудка соответствует механической активности. Мы не упоминаем о спайковых потенциалах, поскольку при информативных параметрах регистрации они не фиксируются в этом органе. Закономерен вопрос: "А как же быть с подавляющим большинством публикаций на обсуждаемую тему, где приводятся не только описания и табличные данные, но и рисунки желудочных потенциалов со спайками?" Все дело в одном из параметров регистрирующих приборов, а именно в постоянной времени усилителя. Как известно, это характеристика усилителя переменного тока, показывающая, как долго постоянный сигнал, поданный на вход усилителя, будет им регистрироваться с неизменной амплитудой. У усилителя постоянного тока эта величина равна бесконечности. При одновременной регистрации с одного и того же электрода, установленного в антральном отделе желудка, усилителями с постоянной времени менее одной секунды и более 20 с получено, что в первом случае после быстрого компонента следует пакет быстрых импульсов, напоминающих спайки, но на порядок большей продолжительности, а во второй - нормальный медленный компонент, описанный ранее. При той же постоянной времени (20 с и более) с помощью электродов, расположенных в двенадцатиперстной кишке и иных отделах кишечника, производили устойчивую регистрацию спайковых потенциалов. Это позволило нам выдвинуть утверждение об "аппаратном" происхождении регистрируемых в желудке спайковых потенциалов.

Еще одним интересным фактом является обнаружение собственной электрической активности привратника. Зона гастродуоденального перехода была названа загадочной и остается ею. В то же время данная область, благодаря механизму терминального антрального сокращения, определяет весь процесс желудочной эвакуации и служит ключевым образованием для сортировки частиц химуса. Она определяет таким образом практически весь процесс пищеварения. Наиболее активной зоной желудка являются непосредственно выходной отдел и привратник. Здесь на ничтожных расстояниях происходят весьма интенсивные электрофизиологические процессы. Потенциал желудка, достигнув привратника, имеет самую высокую амплитуду быстрого компонента, которая утрачивается им на расстоянии менее 1 мм, превращаясь в специфический для привратника потенциал, имеющий только медленный компонент с накладывающимися на него спайковыми потенциалами. Быстрый компонент просто исчезает.

Прицельным анализом множества записей показано, что потенциал привратника совершенно идентичен медленному компоненту потенциала антрального отдела желудка. Еще на 1-2 мм дистальнее картина электрической активности вновь кардинально изменяется, регистрируется специфическая для кишки кривая электромиограммы. Описанный выше характер электрической волны характерен не только для привратника. Так, мы с большой вероятностью предполагаем наличие общего порядка формирования электрических процессов во всех сфинктерных образованиях пищеварительного тракта по описанному выше типу. По крайней мере, при исследовании электрической и механической активности сфинктера Одди нами зарегистрированы аналогичные феномены.

Возможно, наличие или отсутствие специфической электрической волны без быстрого компонента в области предполагаемых сфинктеров поможет объективизировать данные о все новых и новых сфинктерах пищеварительного канала, которые продолжают появляться в литературе. Во всяком случае наши представления о сфинктере обязательно ассоциируются с регистрацией нераспространяющейся такого вида электрической волны и ее свойств.

Двенадцатиперстная кишка, начальный отдел кишечника генерируют характерные для всего нижележащего отдела пищеварительного канала электрические волны. Они также содержат быстрый и медленный компоненты, распространяются в каудальном направлении и синхронизируются по частоте. Но на этом, пожалуй, сходство с желудочными потенциалами и заканчивается. В кишке быстрый компонент потенциала значительно ниже по амплитуде медленной составляющей, и располагается на высшей точке медленного компонента. Кроме того, он имеет переменную амплитуду, изменяющуюся периодически, вплоть до полного исчезновения.

Характерным является при усиленных сокращениях регистрация спайковых потенциалов на нисходящей части медленного компонента. При этом отличительной способностью кишечного канала является генерация периодически с частотой около одного раза в 90-100 мин так называемого мигрирующего миоэлектрического, или моторного комплекса, когда интенсивные сокращения в виде фронта продолжительностью до 1-1,5 мин распространяются по всей тонкой кишке. Это наблюдается натощак и определяет характер голодной моторики, но физиологический смысл явления все же не до конца определен, а указания на "очищающий" смысл феномена не вполне убедительны. Однако периодичность фаз мигрирующего комплекса есть вполне определенная величина, и временные сдвиги при патологии часто характерны и специфичны.

Амплитуда суммарного потенциала кишки может изменяться в процессе записи либо оставаться постоянной, что связано с различной сократительной активностью. Диапазон колебаний находится в пределах 0,1-1,5 мВ. Частота потенциалов изменяется достаточно закономерно - от 15-18 в duodenum собаки и 12-14 - человека до 7-9 у собаки и 5-8 у человека в терминальной части ileum. Существует так называемый естественный градиент частоты электрических потенциалов кишки. Смысл частотной характеристики состоит в том, что это показатель, определяющий высший возможный темп сокращений в рассматриваемом отделе кишечной трубки. Это в том случае, когда кишка не повреждена. При хирургическом перерезе происходит снижение, и весьма значительное, частоты потенциалов ниже пересечения. В этом смысле в кишке изначально осуществляется синхронизация частотных характеристик с некоторым градиентом частоты. В качестве синхронизирующих субстанций служат нейроны и аксоны метасимпатической нервной системы и гладкомышечный синцитий, образуемый и функционирующий достаточно автономно за счет наличия высокопроницаемых межклеточных контактов в гладких миоцитах - так называемых нексусов.

Мы подошли к регуляции электрической и двигательной активности в желудке и кишечнике. Следует заметить, что эти две функции по сути есть части одного и того же процесса и отражают возбуждение и сокращение, но, с другой стороны, уникальность гладких мышц в том и заключается, что они могут генерировать электрические потенциалы без сокращения. Обратный процесс, правда, не был до сих пор описан, да и вряд ли он возможен в принципе.

Итак, регуляторные механизмы в гастроинтестинальном тракте осуществляются в основном тремя путями и их сочетаниями: нервным, гуморальным и миогенным. Нарушение этих механизмов обусловливает все функциональные патологические проявления. На замещении данных воздействий или их избирательной блокаде построена понта вся фармакотерапия моторных расстройств. Нервная регуляция осуществляется вне- и внутриорганными отделами вегетативной нервной системы. При этом помимо достаточно хорошо известного стимулирующего воздействия парасимпатического отдела и тормозного влияния симпатического существуют или предполагаются нервные влияния иного генеза. До сих пор в литературе их можно встретить под названием нехолинергические неадренергические нервные влияния. Под этим понимают, в первую очередь, дофаминергические, опиатные и серотонинергические структуры. Влияние их небесспорно, прямых доказательств наличия специфических нервов нет, однако выделенные медиаторы весьма активно воздействуют на моторику и электрическую активность желудка и кишечника. В частности, с участием дофаминовых рецепторов связывают действие такого интересного и высокоэффективного прокинетического препарата, как препульсид. Следует признать, что в механизме его действия не все так однозначно, имеется местный механизм воздействия, и, скорее всего, эффект препарата достигается комплексным использованием нескольких путей. Так или иначе препульсид вызывает появление стойкой перистальтической активности, снимает явления дисритмии, активирует функцию сфинктеров пищеварительного канала, повышает координацию сократительной активности различных отделов, при этом не приводит к избыточной перистальтике и спастическим состояниям. Гуморальные воздействия осуществляются также комплексно, когда медиаторы действуют как прямо на гладкие миоциты, так и через активацию нервных элементов или вторичные мессенджеры.

По эффектам гуморальные агенты можно разделить на две группы: тормозящие и возбуждающие механическую активность органов. К первым относятся гастрин, холецистокинин, инсулин (который действует через центры блуждающего нерва), мотилин. Вторые представлены глюкагоном. В настоящее время отсутствует широкое использование указанных субстанций в качестве диагностических или лечебных препаратов, однако исследовательская работа ведется широко.

Миогенная регуляция электрической и моторной активности осуществляется преимущественно благодаря активации или блокированию ионных каналов, что приводит к усилению или угнетению сокращений. К таким агентам или медикаментам относятся верапамил и отчасти имодиум, который, как показали наши исследования, значительно угнетает электрическую активность кишки на продолжительное время, что является основой антидиарейного действия препарата. Одно из интересных проявлений нарушенной моторики - изменение частоты следования потенциалов с появлением периодов резкого учащения (до 3 раз) следования электрических волн. В желудке это получило название тахигастрии. Причем моторные проявления в момент развития тахигастрии отсутствуют. Феномен воспроизводится в различные условиях, но чаще при денервации, после хирургических операций, то есть при снижении влияния регуляторных механизмов в органе.

Позднее нам удалось продемонстрировать аналогичную активность в кишке, что получило название тахиэнтерии. Причем было выяснено, что она обусловлена нарушением поступления ионов натрия в клетку. Феномен тахиоддии в литературе описан позднее. Видимо, существует какой-то общий механизм, приводящий к генерации потенциалов с повышенной частотой и проявляющийся в прекращении эффективной двигательной активности в этот период. Хотя вопрос до конца не исследован, феномен используется для диагностики возможного развития постваготомической атонии желудка. расстройство желудок гладкомышечный пищеварительный

Итак, в основе сократительной деятельности желудочно-кишечного тракта происходят детерминированные процессы генерации и распространения электрических волн, определяющие характер и параметры сократительной активности различных областей. Нервные и гуморальные, а также миогенные механизмы являются основой регуляции двигательной функции, а их нарушения и отсутствие координации обусловливают развитие большинства моторных расстройств.

Размещено на Allbest.ru