CC BY
20
№ 4 - 2014 г.
14.00.00 медицинские и фармацевтические науки
УДК 616.37-002.4-07]-092
НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ РАННЕЙ ДИАГНОСТИКИ ГИБЕЛИ ПАНКРЕАЦИТОВ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЯЖЕСТИ РАЗВИВАЮЩЕГОСЯ НЕКРОЗА ПО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ
В. В. Анищенко1. А. В. ТрубачеваL. В. Т. ДолгихИ. Н. Злыгостев3. А. В. Савлук3
1ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздрава
России (г. Новосибирск) 2ГБОУ ВПО «Омская государственная медицинская академия» Минздрава России
(г. Омск)
3ФБГУН «Институт нефтегазовой геологии и геофизики имени А. А. Трофимука»
(г. Новосибирск)
В ходе исследования подтверждено, что после повреждения поджелудочной железы в зоне повреждения электрическая активность возрастает. Время возрастания электрической активности соответствует времени появления «патологической активности», установленной в раннем пилотном исследовании (1 час и после 3-4 часов). Установлено, что изменения электрического сигнала в отдаленных зонах от точки повреждения сдвигаются по времени и соответствуют выраженности морфологических изменений. Показатели сигнала — Squer, Ref_val, Err_Spl, Power_Spl, Abs. Squer — наглядно и достоверно отражают регистрируемые изменения электрического сигнала поджелудочной железы после повреждения.
Ключевые слова: панкреонекроз, электрография поджелудочной железы.
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
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
Долгих Владимир Терентьевич — доктор медицинских наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, заведующий кафедрой патологической физиологии ГБОУ ВПО «Омская государственная медицинская академия», e-mail: trubacheva2008@mal.ru
Злыгостев Игорь Николаевич — старший научный сотрудник лаборатории систем мониторинга ФБГУН «Институт нефтегазовой геологии и геофизики имени А. А. Трофимука», г. Новосибирск, e-mail: trubacheva2008@mal.ru
Савлук Андрей Витальевич — ведущий инженер-программист лаборатории систем мониторинга ФБГУН «Институт нефтегазовой геологии и геофизики имени А. А. Трофимука», г. Новосибирск, e-mail: trubacheva2008@mal.ru
Коллектив авторов выражает благодарность директору ИНГГ СО РАН им А. А. Трофимука академику М. И. Эпову за помощь при проведении экспериментальных исследований и разработке алгоритмов для оценки полученных данных.
Введение. Проводимое нами исследование электрической активности поджелудочной железы в условиях развивающегося панкреонекроза является приоритетным. Коллектив авторов занимается изучением этой проблемы с 2008 года.
Разработана методика регистрации электрического сигнала, оценивающего функциональное состояние поджелудочной железы, отмечено, что электрическая активность поджелудочной железы при голодании и после кормления имеет свои различия, особенно при употреблении белковой и углеводной пищи [1].
Установлено, что по изменению электрической активности поджелудочной железы после ее повреждения можно прогнозировать благоприятный исход панкреонекроза при длительном угнетении электрической активности железы в ответ на повреждение. При длительном угнетении электрической активности с периодическим резким ее возрастанием в различные временные интервалы определяется тенденция к большому объему поражения поджелудочной железы и неблагоприятному исходу развития панкреатической деструкции [2, 3].
Выделено три типа электрической активности поджелудочной железы при развитии панкреонекроза: I тип характеризуется резким повышением ее электрической активности сразу же после повреждения, а затем отмечается периодическое повышение активности на фоне практически плоской электрограммы; II тип проявляется медленным нарастанием электрической активности в течение 3 часов и резким ее повышением на протяжении последующего наблюдения; III тип характеризуется снижением амплитуды электрического сигнала, частотой проходящих пиков, вплоть до полного отсутствия электрической активности после повреждения в течение всего периода регистрации сигнала [2].
Установлено, что при «патологической активности» поджелудочной железы ее электрическая активность значительно возрастает после повреждения и по частоте, и по пиковым значениям вне зависимости от механизма повреждения ткани железы, что обусловлено массивным некрозом панкреацитов. Патологическая активность является
критерием тяжести развивающегося некроза [5, 6].
Установлено, что независимо от природы патогенного фактора, моделирующего панкреонекроз, регистрируется однотипная ее электрическая активность, позволяющая связывать изменения сигнала с повреждением и гибелью пакреацитов [5, 6], а не с изменениями электрической активности железы и действием фармакологических препаратов [4].
По результатам исследований электрической активности поджелудочной железы в норме и при панкреонекрозе у экспериментальных животных в ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздрава России и ФБГУН «Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука» СО РАН (г. Новосибирск) разработаны технические требования и создан многоканальный регистратор электрических потенциалов поджелудочной железы.
Материалы и методы. В настоящее время на лабораторных животных продолжена работа по изучению электрической активности паренхиматозных органов. Исследование проводится на лабораторных животных — мини-свиньях массой 10 кг под наркозом (в/в пропофол) на спонтанном дыхании с соблюдением правил Хельсинской декларации Всемирной медицинской ассоциации (Гонконг, 1989) и «Правил поведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приложение к приказу Министерства здравоохранения СССР от 12.08.1977 № 755) и одобрено этическим комитетом НГМУ (протокол № 42 от 15.03.2012). Повреждение железы в эксперименте проводится введением трипсина в ткань железы из точки в проекции хвоста. Регистрация сигнала до и после повреждения осуществляется синхронно из нескольких отведений (от 4-х — 10-ти отведений в поджелудочной железе). Сигнал регистрируется в зоне повреждения и в участках, отдаленных от повреждения на различные расстояния (примерная схема эксперимента на рис. 1). Технические возможности прибора позволяют проводить измерения разности потенциалов между любыми парами электродов синхронно.
Результат. В ходе исследования подтверждено, что после повреждения поджелудочной железы в зоне повреждения электрическая активность возрастает. Время возрастания электрической активности соответствует времени появления «патологической активности», установленной в раннем пилотном исследовании (1 час и после 3-4 часов). Установлено, что наиболее яркие изменения электрической активности регистрируются в области наиболее выраженных некротических изменений, возникших после повреждения, но даже в областях поджелудочной железы, где отмечены умеренные изменения в виде отека и небольших по площади участков некроза, отмечены изменения электрического сигнала. Установлено, что изменения электрического сигнала в отдаленных зонах от точки повреждения сдвигаются по времени и соответствуют выраженности морфологических изменений.
точке повреждении
Рис. 1. Схема расстановки электродов
На рис. 2-4 представлены электрограммы поджелудочной железы (опыт 7) после повреждения трипсином, с обширным повреждением, наиболее выраженным в зонах расположения электродов 7, 6, 5 (на схеме). На рисунках отмечено время повреждения, регистрация сигнала синхронная во всех отведениях.
Рис. 2. Электрограмма поджелудочной железы (опыт 7) в зоне значительного повреждения паренхимы железы (электрод 6-7)
Рис. 3. Электрограмма поджелудочной железы (опыт 7) в зоне умеренного повреждения паренхимы железы (электрод 4-5), зеленым выделен один и тот же временной фрагмент
Рис. 4. Электрограмма поджелудочной железы (опыт 7) в зоне незначительного повреждения паренхимы железы (электрод 1-2)
В пилотном исследовании нами установлены три типа электрической активности. При повреждении поджелудочной железы трипсином преобладали первый и второй типы электрической активности, что связано с наиболее выраженными повреждениями паренхимы железы, установленными в раннем исследовании, и возбуждением В-клеток поджелудочной железы, согласно данным литературы [7]. Но и при повреждении железы трипсином в пилотном исследовании нами был обнаружен третий тип электрической активности. Третий тип характеризовался снижением электрической активности в ответ на повреждение. В данном исследовании нами также зарегистрирован третий тип электроактивности при повреждении железы трипсином. На рис. 5 представлена зона поджелудочной железы в точке введения трипсина (зона наибольшего повреждения). На рис. 6 — зона поджелудочной железы между электродами 1-2, в этой области обнаружен незначительный отек железы, и изменения сигнала незначительные.
Рис. 5. Электрограмма поджелудочной железы (опыт 5) — зона наибольшего повреждения — третий тип электрической активности
-в* ■ ■ 'г' ш 1 V г I Х-1 ПСЕрС1КЛеНИ£
■'■^Л -.'Р Г" и» МЧ 1-41 ""1 'Л* '>4 ^
Рис. 6. Электрограмма поджелудочной железы (опыт 5) — зона незначительного отека
изменения сигнала сомнительные
При обработке экспериментальных данных вычислены следующие характеристики
сигналов:
Min — минимальное значение амплитуды сигнала (мкВ);
Max — максимальное значение амплитуды сигнала (мкВ);
Squer — площадь пика сигнала (мкВ);
Average — среднее значение амплитуды сигнала (мкВ);
Trend — тангенс угла наклона аппроксимирующей прямой сигнала;
Error — стандартное отклонение от аппроксимирующей прямой сигнала (мкВ);
Max_Lin — максимальное отрицательное отклонение от аппроксимирующей прямой сигнала (мкВ);
MinLin — максимальное положительное отклонение от аппроксимирующей прямой сигнала (мкВ);
Ref val — среднее абсолютное отклонение от аппроксимирующей прямой сигнала:
¡ЯК-П
/
ErrSpl — среднее абсолютное отклонение от аппроксимирующего кубического сплайна сигнала;
-Ш-YsplУ
PowerSpl = 1 , где Yspl — аппроксимирующий кубический сплайн сигнала;
Abs. Squer = ^ где Y1 — линейная проксимация.
Все параметры рассчитываются в выбранном экспериментатором временном окне.
Частотный спектр сигнала рассчитывался по стандартной методике быстрого преобразования Фурье.
Показатели сигнала Min, Max, Average, Trend, Error, Max_Lin, Min_Lin оказались непригодны для описания выявленных нами изменений сигнала после повреждения.
Показатели сигнала — Squer, Ref_val, Err_Spl, Power_Spl, Abs. Squer, наглядно и достоверно отражают регистрируемые изменения электрического сигнала поджелудочной железы после повреждения. Учитывая математический смысл показателей и характер электрического сигнала поджелудочной железы, данные показатели достоверно отражают быстро протекающие изменения электрического сигнала после повреждения и могут применяться во временном интервале от 1 сек до 10 мин.
На рис. 7 представлены изменения электрической активности после повреждения поджелудочной железы в 7 опыте по показателю Power_Spl, где красный график — 1 представлен изменениями этого показателя каждую минуту в зоне выраженного некроза (7-6 электроды), фиолетовый график (2) — синхронные изменения этого показателя в зоне электродов 1-2 (умеренные морфологические изменения в железе).
Рис. 7. Динамика показателя Power_Spl каждую минуту после повреждения железы
трипсином (опыт 7)
Заключение. В настоящее время нами создан исследовательский программно-аппаратный комплекс, имеющий практически неограниченные возможности конфигурации электродов для улучшения методики регистрации сигнала в процессе накопления данных об электрической активности поджелудочной железы и других паренхиматозных органов. Программа комплекса позволяет вводить новые математические параметры для оценки зарегистрированных изменений электрического сигнала, а также экспорта при необходимости данных в программы Excel и Mat. Lab. В настоящее время нами параллельно проводится работа по созданию наиболее пригодных конструкций электродов.
Но основная цель нашего исследования — создание простого в использовании программно-аппаратного комплекса с оптимальной методикой регистрации сигнала и обработкой полученных данных на основании математических критериев, наиболее точно описывающих изменения сигнала поджелудочной железы.
Современные технические возможности позволяют в настоящее время проводить беспроводную регистрацию сигнала или индукционными электродами (с поверхности кожи). Мы изучаем подобные возможности, но эти методики ухудшают качество регистрируемого сигнала. При недостаточном статистическом материале, имеющемся пока в нашем распоряжении, применение подобных способов регистрации сигнала считаем преждевременным.
Электрография поджелудочной железы и других паренхиматозных органов, особенно в условиях гибели клеток, является перспективным методом и заслуживает внимания.
Исследование 14-04-01349А «Разработка метода и методики диагностики в режиме реального времени функционального состояния поджелудочной железы» поддержано грантом РФФИ от 26.12. 2013.
Список литературы
1. Анищенко В. В. Электрическая активность поджелудочной железы в норме / В. В. Анищенко, А. В. Трубачева, Ю. В. Кузнецов // Инновационное развитие многопрофильной клиники : 80 лет на службе здоровья. — Новосибирск, 2013. — С. 251-252.
2. Анищенко В. В. Типы электрического сигнала поджелудочной железы при развитии панкреонекроза в эксперименте [Электронный ресурс] / В. В. Анищенко,
А. В. Трубачева, С. Г. Штофин // Медицина и образование Сибири : сетевое научное
издание. — 2012. — № 2. — Режим доступа : http://www.ngmu.ru [Дата обращения: 01.01.2014]
3. Изменение электрической активности поджелудочной железы при различных
по механизму повреждениях / А. В. Трубачева [и др.] // Сиб. мед. журн. — 2012. —№ 5.
— С. 55-59.
4. Анищенко В. В. Влияние средств для анестезии на электрическую активность поджелудочной железы в эксперименте / В. В. Анищенко, В. Н. Кохно, А. В. Трубачева // Московский хирургический журн. — 2012. — Т. 26, № 4. — С. 32-35.
5. Биопотенциал поджелудочной железы в норме и при развитии панкреонекроза / В. В. Анищенко [и др.] // Вестник НГУ. Серия : Биология, клиническая медицина. — 2012.
— Т. 10, № 3. — С. 156-161.
6. Анищенко В. В. Электрография поджелудочной железы при панкреонекрозе / В. В. Анищенко, А. В. Трубачева, В. Т. Долгих. — LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013.
— 104 с.
7. Proks P. Modification of K-ATP channels in pancreatic в-cell by tripsin / P. Proks, F. Ashcroft // Pflucers. Arch. — 1993. — Vol. 424, N 1. — P. 63-72.
NEW OPPORTUNITIES OF EARLY DIAGNOSTICS OF PANCREACITIS DEATH AND FORECASTING OF SEVERETY OF THE DEVELOPING NECROSIS ON ELECTRIC ACTIVITY OF PANCREAS
IN EXPERIMENT
V. V. AnishchenkoA. V. TrubachevaV. T. Dolgikh2. I. N. Zlygostev3. A. V. Savluk3
1SBEIHPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health» (Novosibirsk c.) 2SBEI HPE «Omsk State Medical Academy of Ministry of Health» (Omsk c.) 3FSBSE «Institute of Petroleum Geology and Geophysics n. a. A.A. Trofimuk SB RAS»
(Novosibirsk c.)
The research confirmed that after injury of pancreas an electric activity increases in a damage zone. Time of ascending of electric activity corresponds to emergence time of the «pathological activity» established in early pilot research (1 hour and after 3-4 hours). It is established that changes of an electric signal in the remote zones from a point of damage move on time and correspond the expressions of morphological changes. Signal indicators — Squer, Ref_val, Err_Spl, Power_Spl, Abs. Squer — visually and authentically reflect the recorded changes of the electric signal of pancreas after damage.
Keywords: pancreatonecrosis, electrography of pancreas.
About authors:
Dolgikh Vladimir Terentyevich — doctor of medical science, professor, honored scientist of the Russian Federation, head of pathophysiology chair with course of clinical pathophysiology at SBEI HPE «Omsk State Medical Academy of Ministry of Health», trubacheva2008@mal.ru
Anishchenko Vladimir Vladimirovich — doctor of medical science, 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
Trubacheva Alla Vasilievna — candidate of medical science, 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
List of the Literature:
1. Anishchenko V. V. Electrical activity of pancreas in norm / V. V. Anishchenko,
A. V. Trubacheva, Y. V. Kuznetsov // Innovative development of versatile clinic: 80 years on service of health. — Novosibirsk, 2013. — P. 251-252.
2. Anishchenko V. V. Types of electric signal of pancreas at development of pancreatonecrosis in experiment [electron resource] / V. V. Anishchenko, A. V. Trubacheva, S. G. Shtofin // Medicine and formation of Siberia: network scientific publication. — 2012. — № 2. — Access mode: http://www.ngmu.ru [Date of the address: 01.01.2014]
3. Change of electric activity of pancreas at damages, various on the mechanism, / A. V. Trubacheva [etc.] // Sib. medical journal. — 2012. —№ 5. — P. 55-59.
4. Anishchenko V. V. Influence of agents for anesthesia on electric activity of pancreas
in experiment / V. V. Anishchenko, V. N. Kokhno, A. V. Trubachev // Moscow surgical journal. — 2012. — V. 26, № 4. — P. 32-35.
5. A pancreas biological potential in norm and at development of pancreatonecrosis / V. V. Anishchenko [etc.] // Bulletin of NSU. Series: Biology, clinical medicine. — 2012. — V. 10, № 3. — P. 156-161.
6. Anishchenko V. V. Electrography of pancreas at pancreatonecrosis / V. V. Anishchenko, A. V. Trubacheva, V. T. Dolgikh. — LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013. — 104 P.
7. Proks P. Modification of K-ATP channels in pancreatic |-cell by tripsin / P. Proks, F. Ashcroft // Pflucers. Arch. — 1993. — Vol. 424, N 1. — P. 63-72.
