Характер электрической активности поджелудочной железы при моделировании острого некротизирующего панкреатита в эксперименте

Анищенко В.В, Трубачева А.В., Полоз Т.Л., Розумахина М.С.

Новосибирский государственный медицинский университет

Цель исследования – разработка метода регистрации функционального состояний поджелудочной железы в условиях нормы и моделирования автономного (паренхиматозного) острого панкреатита.

Регистрация сигнала с поджелудочной железы проводилась прибором БИ-01Р, входящий в состав программно-аппаратного комплекса «БОСЛАБ» (Новосибирск). Этот комплекс решает задачи регистрации электрических сигналов, их отображения, обработки, первичного статистического анализа (включая спектральный анализ), хранения в базе данных и экспорта в электронную таблицу MS Office Excel. При исследовании электрической активности железы мы регистрировали «сырой» сигнал с железы хранили его базе данных, а затем экспортировали в электронную таблицу MS Office Excel, где и проводили основные расчеты характеристик сигнала по разработанному нами алгоритму. В качестве игольчатых электродов применялась тонкая платиновая проволока 0,5 см в длину. Электроды изготовлялись самостоятельно.

В качестве лабораторных животных были использованы беспородные коты (N - 42) мини-свиньи (N - 12) и массой 7-9 кг. Выбор животных обусловлен возможностью периоперационного обеспечения, наличия поджелудочной железы как цельного органа и «всеядностью» животного, данные модели наиболее легко в последующем экстраполировать на человеческий организм. Исследования одобрены этическим комитетом НГМУ. На 42 беспородных котах после лапаротомии под общим обезболиванием после регистрации исходного сигнала в стандартных отведениях, ткань железы повреждалась различными способами: механическое повреждение (5), замораживание жидким азотом (n-5) , введение спирта 95% (n-6), трипсина (n-11, трипсина активированного желчью (17), яда гадюки (n-8) [3, 4, 5 , 7]. Сразу после повреждения регистрировался сигнал «повреждения» с железы в отведении «головка – хвост» 30-90 минут, в зависимости поставленных задач. Затем переставлялись электроды в отведениях «головка – тело», «тело – хвост», «головка – хвост», проводилась запись сигнала в течение десяти минут. В следующие 60 минут регистрация сигнала проходила в отведении «головка – хвост», после чего вновь переставлялись электроды, и проводилась запись сигнала вышеуказанным порядком, цикличность измерений сохранялась до конца эксперимента. В зависимости развития тяжести острого панкреатита и механизма травмы время регистрации сигнала в остром эксперименте составляло от 1,5 часов до 8 часов. При этом в протоколе эксперимента каждый час отмечались визуальные изменения, происходящие в брюшной полости, железе и забрюшинной клетчатке (с выполнением фотопротокола), время забора крови, время гибели животного, а также появления на мониторе артефактов, связанных неправильным стоянием электродов или движением животного. В дальнейшем отмеченные артефакты удались из записи.

Моделирование острого панкреатита проводилось различными методами во – первых, для достоверности полученных данных изменений электрической активности железы на факт повреждения железы, а не фармакологический препарат, который может изменять электроактивность; во – вторых, все модели подтверждены морфологически, в также биохимическими анализами, что явилось контролирующими маркерами; в третьих; для нивелирования фактора субъективности при однородном повреждении железы; и наконец для выбора оптимальной модели панкреонекроза, наиболее пригодной для дальнейшего изучения изменений биопотенциала поджелудочной железы при развитии острого панкреатита и панкреонекроза.

Регистрация сигнала проводилась после лапаротомии, непосредственно из железы. Учитывая литературные данные о периодичности секреции каждые 10 минут [2], а также данные о возможном отсутствии сигнала с железы более 8 минут [8], мы стандартизировали время регистрации сигнала до 10 минут в каждом отведении.

Методика оценки «сырого» электрического сигнала при различных состояниях нормы и патологии проводилась по максимальному вольтажу пиков (его отрицательных и положительных значений), стандартному отклонению и сумме квадратов амплитуды в секунду сигнала[10], рассчитанных в двухминутных и десятиминутных записях. «Сырой сигнал» экспортировался в электронную таблицу MS Office Excel, рассчитывалось стандартное отклонение сигнала, максимальное значение вольтажа пиков, сумма квадратов амплитуды в секунду. Полученные данные обрабатывались при помощи статистических программ STATISTICA 6, Excel, BIOSTAT 2008. При нормальном распределении данных использовались параметрические методы статистической обработки данных (дисперсионный анализ, корреляция), при ненормальном распределении их непараметрические аналоги.

Расчет сигнала повреждения проводился аналогично норме, дополнительно, в Excel строились графики динамики изменений показателя - суммы квадратов амплитуды в секунду, наглядно отражающие характер электрической активности поджелудочной железы в различные временные промежутки после повреждения.

После эксперимента посмертно удалялся препарат поджелудочной железы, фиксировался формалином, и делился на 10 -12 частей в зависимости от размера железы. Отдельно из каждой части готовилось 4-6 срезов с учетом толщины поджелудочной железы. Для получения объективных данных, подтверждающих изменения в железе, проводилась компьютерная морфометрия с определением относительной площади некроза в ткани поджелудочной железы. Измеряли общую площадь среза поджелудочной железы, площадь некроза и их отношение по формуле P = S1 x 100 /S2, где S1 – площадь некрозов, S2 – общая площадь среза. [1].

Результат: Нами биполярно проведено 183 измерения сигнала в остром опыте, записи содержащие явные артефакты и ритмичные колебания с периодом 12-18 в секунду (характерные для гладкой мускулатуры желудочно – кишечного тракта и сосудистой стенки) исключались из обработки. Таким образом, в исследования сигнала железы в норме включены 136 записи острого опыта при биполярном способе отведения. До конца первого часа эксперимента погибло 7 животных, большая часть при моделировании панкреонекроза при введении спирта, учитывая непродолжительное время регистрации сигнала в этих случаях, результаты этих исследований пришлось исключить из обработки. Общее время регистрации сигнала, включенного нами в анализ, после повреждения составило 103 часа.

На основании результатов проведенного исследования:

1. разработана методика регистрации сигнала с поджелудочной железы, в остром эксперименте,

2. выявлены основные особенности сигнала поджелудочной железы в норме и при некротизирующем панкреатите в эксперименте на животных, находящихся под наркозом,

3. разработан базовый алгоритм расчета электрического сигнала поджелудочной железы,

4. рассчитаны основные характеристики сигнала в норме и определены границы нормы расчетных показателей сигналов как 5 и 95 процентили, полученных выборок данных.

5. достоверно установлено, золетиловый наркоз снижает электрическую активность железы, эфир значительно увеличивает, а пропофол практически не влияет на активность железы и является наиболее оптимальным препаратом для проведения дальнейшего эксперимента по изучению активности поджелудочной железы при панкреонекрозе,

6. выявлено, что электрическая активность железы достоверно зависит от состава корма и времени прошедшем после кормления.

7. выявлены основные особенности изменений сигнала поджелудочной железы при развитии панкреонекроза, установлено, что схожие изменения сигнала регистрируются при всех видах повреждения, не зависят от модели панкреонекроза, а значит, могут рассматриваться в связи с фактом самого повреждения а, не действием фармакологического препарата, которым моделировался панкреатит.

8. установлено, что наибольшей площадь некроза поджелудочной железы наблюдалась при моделировании панкреонекроза трипсином и этиловым спиртом, но при этом, нередко доза самого спирта была критической, что быстро приводило к раннему летальному исходу у животных, кроме того сам спирт угнетает электрическую активности железы, и может внести погрешности в эксперимент,

9. моделирование панкреонекроза трипсином наиболее оптимально для изучение изменений биопотенциала поджелудочной железы норме и при развитии острого некротизирующего панкреатита.

Литература

1. Автандилов Г.Г. Медицинская морфометрия. – М.:Медицина, 1990. –с. 233-247

2. Аметов А.С. Роль β -клеток в регуляции гомеостаза глюкозы в норме и при сахарном диабете 2 типа // Сахарный диабет. – 2008. - № 4. – С. 6-12.

3. Двинянинова Н.А., Вискунов В.Г. //Тайна панкреатической драмы. – Новосибирск, 2000. – С170

4. Егоров Д.В. Особенности диагностики и лечения геморрагического панкреонекроза. Автореф. дис. канд. мед. наук 14.00.27/Д.В.Егоров, Новосибирск, 2002

5. Ковальчук В.И. Форсированный диурез при остром панкреатите. Автореф. дис. … канд. мед. наук: 14.777 /В.И.Ковальчук; Ленинград, 1972

6. Смирнов В. А.. Основы измерений вибрации [Электронный доступ http://www.vibration.ru/osn_vibracii.shtm]

7. Махнев А. В., Шнейдер В.С., Стрелин С. А. и др. Обоснование применения криохиругического лечения при повреждениях поджелудочной железы в эксперименте // Материалы научно – практической конференции, посещенной 40- летию кафедры госпитальной хирургии ГОУ ВПО Тюм РОСЗДРАВА, 2008. С. 84-85.

8. Tamar H., Tamar L., Yuval M. Sensing of pancreatic electrical activity /US2007/0060812A1 /15.03/2007/1-38