CC BY
51
№ 6 - 2013 г.
14.00.00 медицинские и фармацевтические науки
УДК 616.1/.4-073.788
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПАРЕНХИМАТОЗНЫХ ОРГАНОВ
В. В. Анищенко1. А. И. Шевела3. А. В. Трубачева1. И. Н. Злыгостев2. А. В. Савлук2. М. С.
Разумахина3. А. Г. Коркотян1
1ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздрава
России (г. Новосибирск) 2ФБГУН «Институт нефтегазовой геологии и геофизики имени А. А. Трофимука»
СО РАН (г. Новосибирск) 3ГУ «Центр новых медицинских технологий Института химической биологии и фундаментальной медицины» СО РАН (г. Новосибирск)
По результатам проведённых ранее исследований электрической активности поджелудочной железы в норме и при панкреонекрозе разработаны технические требования для создания многоканального регистратора электрических потенциалов. На 7-ми лабораторных животных (мини-свиньи массой — 10 кг) в остром опыте под внутривенным наркозом (пропофол) проводилась синхронная регистрация сигналов после погружения электродов в паренхиму органов: почки, печень, поджелудочная железа. Установлено, что электрическая активность различных участков органа различна и характеризует различие функционального состояния отдельных участков органа.
Ключевые слова: электрическая активность поджелудочной железы, многоканальный регистратор электрических потенциалов, электрофизиологические сигналы, биоэлектрические процессы.
Анищенко Владимир Владимирович — доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой хирургии ФПК и ППВ ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», рабочий телефон: 8 (383) 229-35-22, e-mail: AVV1110@yandex.ru
Шевела Андрей Иванович — доктор медицинских наук, заместитель директора института по научной работе, заведующий отделом ГУ «Центр новых медицинских технологий Института химической биологии и фундаментальной медицины», контактный телефон: 8 (383) 333-15-94, e-mail: info@cnmt.ru
Трубачева Алла Васильевна — кандидат медицинских наук, докторант кафедры общей хирургии стоматологического факультета ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», рабочий телефон: 8 (383) 276-74-64, e-mail: trubacheva2008@mal.ru
Злыгостев Игорь Николаевич — старший научный сотрудник лаборатории систем мониторинга ФБГУН «Институт нефтегазовой геологии и геофизики имени А. А. Трофимука», e-mail: trubacheva2008@mal.ru
Савлук Андрей Витальевич — ведущий инженер-программист лаборатории систем мониторинга ФБГУН «Институт нефтегазовой геологии и геофизики имени А. А. Трофимука», e-mail: trubacheva2008@mal.ru
Разумахина Мария Сергеевна — аспирант ГУ «Институт химической биологии и фундаментальной медицины», e-mail: trubacheva2008@mal.ru
Коркотян Ара Геворгович — аспирант кафедры хирургии ФПК и ППВ ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», e-mail: trubacheva2008@mal.ru
Введение. В последнее время в связи с возможностью компьютерной обработки электрофизиологических сигналов приобретают распространение электрофизиологические методы диагностики, позволяющие изучать процессы, происходящие в органах и тканях в норме и патологии, путем исследования протекающих в них биоэлектрических процессов. Известно, что функция органа проявляется, во-первых, специфическим рабочим эффектом (сокращение, секреция и т. п.) и, во-вторых, рядом общих для тканей неспецифических физико-химических изменений (интенсивность обменных процессов, теплообразование, биоэлектрическая активность и др.) [2, 3, 6].
По результатам проведённых ранее исследований электрической активности поджелудочной железы в норме и при панкреонекрозе [1, 5] разработаны технические требования для создания многоканального регистратора электрических потенциалов, который позволяет производить экспериментальные исследования на качественно новом уровне путём совместной обработки синхронно полученных данных электроактивности различных областей поджелудочной железы и других внутренних (паренхиматозных) органов, разработан и изготовлен программно-аппаратный комплекс регистратора.
Цель работы — создание многоканального программно-аппаратного комплекса, позволяющего синхронно регистрировать электрическую активность с различных паренхиматозных органов и определять целесообразность дальнейшего изучения электрической активности паренхиматозных органов.
Материалы и методы. Измеритель потенциалов — шестнадцатиканальный программно-аппаратный комплекс «ИП ИНГГ-16/USB», предназначенный для синхронного измерения и регистрации разности потенциалов между парами точек на поверхности тела (в том числе внутренних органов) пациента.Комплекс включает в себя систему измерительных электродов, цифровой шестнадцатиканальный вольтметр с дифференциальными входами, управляющий персональный компьютер и пакет специализированного программного обеспечения.
ИП ИНГГ-16/USB обеспечивает синхронное многоканальное измерение разности потенциалов, регистрацию и хранение полученной информации на жёстком диске управляющего компьютера и её экспорт для дальнейшей обработки стандартными пакетами (в частности: Exel, MatLab) для проведения многофакторного анализа. Цифровой вольтметр имеет следующие технические характеристики:
• количество дифференциальных измерительных каналов — 16;
• дифференциальное входное сопротивление — не менее 5 ГОм;
• амплитуда измеряемых напряжений (разность напряжения между парой электродов) от ± 1 мкВ до ± 3 В;
• число разрядов аналого-цифрового преобразователя — 17 + знак;
• частота дискретизации — 1000 Гц;
• динамический диапазон — не менее 95 дБ;
• коэффициент усиления измерительного канала устанавливается оператором в зависимости от условий измерения (для каждого канала индивидуально);
• электродная система состоит из 16-ти измерительных игольчатых электродов (2 секции по 8 электродов), внедрённых в интересующие точки поверхности исследуемых органов, которые через входной коммутатор подключены к измерительным каналам;
• входной коммутатор позволяет исследователю установить необходимую конфигурацию топологии измерительной цепи, определяемую поставленными задачами.
Каждый измерительный канал измеряет разность потенциалов между двумя любыми
электродами (точками на поверхности обследуемых органов).
На рис. 1 показан пример расположения измерительных электродов на обследуемом
органе, а в таблице приведён один из вариантов конфигурации измерительной цепи.
] 1эмернгелышй электрод
„--ц Область нзмйргвня ратноетн ш пси шипов ' (конфигурация системы издкрнтелытх электродов)
Рис. 1. Пример расположения электродов на объекте исследования Один из вариантов конфигурации измерительной цепи
Номер канала Номер электрода Номер электрода
1. 1 2
2. 1 8
3. 2 3
4. 3 4
5. 6 7
6. 5 3
7. 3 6
8. 7 8
Электроды можно устанавливать на различных органах (для анализа влияния внешних воздействующих факторов на организм в целом).
Управление процессом измерений, конфигурирование электродной системы и настройка измерительных каналов, сохранение и обработка первичных данных производятся исследователем с персонального компьютера с установленным пакетом специализированного программного обеспечения, подключённого к вольтметру через порт USB.
Вся информация, полученная при проведении экспериментов, автоматически сохраняется на жёстком диске персонального компьютера. Время регистрации ограничивается только ёмкостью накопителя и может составлять несколько суток.
На 7-ми лабораторных животных (мини-свиньи массой 10 кг) в остром опыте под внутривенным наркозом (пропофол) проводилась регистрация сигналов синхронно после погружения электродов в паренхиму органов: почки, печень, поджелудочная железа. Время регистрации сигналов до 7 часов непрерывно.
Результат. Установлено, что во всех паренхиматозных органах длительно регистрируется электрическая активность. При этом сигналы, регистрируемые синхронно с различных органов, имеют явные отличия, это говорит о том, что регистрируемые сигналы отражают электрическую активность исследуемого органа (рис. 2).
Рис. 2. Электрограммы различных паренхиматозных органов, регистрируемых синхронно
Обнаружено, что сигналы, регистрируемые синхронно с различных участков органа, различны, это связано с различием функционирования участков органа (рис. 3).
В ходе проведенного исследования установлено, что в некоторых случаях, сигнал с близко расположенных участков органа полностью совпадает (рис. 3). Это характеризует синхронную работу расположенных рядом участков.
Нередко через некоторое время сходство сигналов, регистрируемых из близко расположенных участков, исчезает. В некоторых случаях отмечено выраженное различие электроактивности близко расположенных участков органа (рис. 4).
Рис. 3. Электрограммы поджелудочной железы (график 1 — головка железы, график 2
тело железы, график 3 — тело железы)
Рис. 4. Электрограммы поджелудочной железы, регистрируемые из близко
расположенных участков железы
Обнаруженные различия электроактивности связаны с функциональным состоянием отдельных участков органа и хорошо известны в физиологии «как закон перемежающихся структур», характеризующий различное функциональное состояние различных отделов органа (от покоя до максимальной активности) [4]. Чередование функционального состояния отдельных участков органа позволяет целому органу обеспечивать достаточную функцию в связи с изменяющейся потребностью целого организма.
Выводы Таким образом, электрический сигнал, регистрируемый прибором, отражает электрическую активность участков органа, позволяет в режиме реального времени немедленно регистрировать изменения электроактивности, отражающее изменение функционального состояния. Электрографический метод исследования функции паренхиматозных органов может быть применен в исследовательской работе. Он нуждается в дальнейшей разработке методики регистрации сигнала и его обработки.
Список литературы
1. Биопотенциал поджелудочной железы в норме и при развитии панкреонекроза / В. В. Анищенко, А. В. Трубачева, Морозов В. В. [и др.] // Вестн. НГУ. Сер. Биология, клин. медицина. — 2012. — Т. 10, № 3. — С. 156-161.
2. Беркинблинт М. Б. Электричество в живых организмах / М. Б. Беркинблинт, Е. Г. Глаголева. — М. : Наука, 1988. — 288 с.
3. Мухина И. В. Физиология и биофизика возбудимых систем : учебно-методический материал по программе повышения квалификации «Хранение и обработка информации
в биологических системах» / И. В. Мухина. — Н. Новгород, 2007. — 105 с.
4. Красников В. Е. Патология клетки : учебное пособие / В. Е. Красников. — Владивосток, 2008. — 128 с.
5. Электрография поджелудочной железы / А. В. Трубачева, В. В. Анищенко, В. Т. Долгих [и др.] // Вестн. Уральской мед. академической науки. — 2010. — Т. 2, № 30. — С. 76-79.
6. Шмидта Р. Физиология человека : в 3-х т. ; пер. с англ. / Р. Шмидта, Г. Тевса. — М. : Мир, 2006. — Т. 2. — С. 958.
ELECTRIC ACTIVITY OF PARENCHYMATOUS ORGANS
V. V. Anishchenko1. A. I. Shevela3. A. V. Trubacheva1. I. N. Zlygostev2. A. V. Savluk2. M. S.
Razumakhina3. A. G. Korkotyan1
1SBEIHPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health» (Novosibirsk c.) 2FSBSE «Institute of Petroleum Geology and Geophysics n. a. A.A. Trofimuk SB RAS»
(Novosibirsk c.)
3SE «Center of New Medical Technologies of Institute of Chemical Biology and Fundamental
Medicine» SB RAS (Novosibirsk c.)
Technical requirements are developed for creation of multichannel registrar of electric potentials according to results of the researches of electric activity of pancreas conducted earlier at norm and at pancreatonecrosis. 7 laboratory animals (mini-pigs of 10 kg mass) in acute experience under intravenous narcosis (propofol) were carried out synchronous registration of signals after immersion of electrodes to parenchyma of organs: kidneys, liver, pancreas. It is established that electric activity of various sites of organ is various and characterizes the difference of functional condition of separate sites of an organ.
Keywords: electric activity of pancreas, multichannel registrar of electric potentials, electrophysiological signals, bioelectric processes.
About authors:
Anishchenko Vladimir Vladimirovich — doctor of medical sciences, professor, head of surgery chair of FAT & PDD at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», contact phone: 8 (383) 229-35-22, e-mail: AVV1110@yandex.ru
Shevela Andrey Ivanovich — doctor of medical sciences, deputy director of institute on scientific work, head of department of SE «Center of new medical technologies of Institute of chemical biology and fundamental medicine of the SB RAS», contact phone: 8 (383) 333-15-94, e-mail: info@cnmt.ru
Trubacheva Alla Vasilievna — candidate of medical sciences, postdoctoral student of surgery chair of stomatologic faculty of FAT & PDD at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», office phone: 8 (383) 276-74-64, e-mail: trubacheva2008@mal.ru
Zlygostev Igor Nikolaevich — senior research associate of laboratory of monitoring systems at FSBSE «Institute of Petroleum Geology and Geophysics n. a. A.A. Trofimuk SB RAS», e-mail: trubacheva2008@mal.ru
Savluk Andrey Vitalyevich — leading software engineer of laboratory of monitoring systems at FSBSE «Institute of Petroleum Geology and Geophysics n. a. A.A. Trofimuk SB RAS», e-mail: trubacheva2008@mal.ru
Razumakhina Maria Sergeevna — PG student at SE «Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine», e-mail: trubacheva2008@mail.ru
Korkotyan Ara Gevorgovich — post-graduate student of surgery chair of FAT & PDD at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», contact phone: 8 (383)
229-35-22, e-mail: trubacheva2008@mal.ru List of the Literature:
1. Pancreas biological potential in norm and at development of pancreatonecrosis / V. V. Anishchenko, A. V. Trubacheva, Morozov V. V. [etc.] // Bulletin of NSU. Series. Biology, clin. medicine. - 2012. - V. 10, № 3. - P. 156-161.
2. Berkinblint M. B. Electricity in live organisms / M. B. Berkinblint, E. G. Glagolev. — M.: Science, 1988. — 288 P.
3. Mukhina I. V. Physiology and biophysics of erethitic systems: educational and methodical material according to the professional development program «Storage and information processing in biological systems» / I. V. Mukhina. — N. Novgorod, 2007. — 105 P.
4. Krasnikov V. E. Pathology of cell: guidance / V. E. Krasnikov. — Vladivostok, 2008. — 128 P.
5. Pancreas electrography / A. V. Trubacheva, V. V. Anishchenko, V. T. Dolgikh [etc.] // Bulletin of Ural medical academic science. — 2010. — V. 2, № 30. — P. 76-79.
6. Schmidta R. Human physiology: in 3 V. ; translation from English / R. Schmidta, G. Tevs. — M.: World, 2006. — V. 2 . — P. 958.
