Способ и устройство для прогнозирования риска развития язвенной болезни

Способ и устройство для прогнозирования риска развития язвенной болезни

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к медицине, а именно к гастроэнтерологии, и может быть использовано для выявления функциональных нарушений желудочной секреции еще до появления органических изменений в виде язв желудка и двенадцатиперстной кишки.

До настоящего времени нет общепринятой научно доказанной теории патогенеза язвенной болезни (Оноприев В.И., Коротько Г.Ф., Корочанская Н.В. Осложненные формы язвенной болезни двенадцатиперстной кишки. - Краснодар: КГМА., 2004. - 540 с.). Заболевание является многофакторным, поэтому, описывая патогенез язвенной болезни, особое внимание уделяют дисбалансу факторов агрессии и защиты слизистой оболочки (СО) желудка и двенадцатиперстной кишки.

Одним из основных факторов риска развития язвенной болезни является воздействие хлористоводородной (соляной) кислоты, содержащейся в желудочном соке, на СО желудка и двенадцатиперстной кишки. Фактором защиты СО является пониженная подвижность ионов водорода в желудочном соке и в слое слизи, покрывающем СО. Инструментальный контроль указанного фактора дает возможность прогнозировать риск развития язвенной болезни.

Известен способ прогнозирования риска развития язвенной болезни (патент RU 2231794 С2, 18.06.2002), включающий исследования желудочных проб, основанный на измерении скорости диффузии ионов водорода через слой слизи, покрывающей СО желудка, путем введения в желудок 200 мл тестового 0,1 н. раствора соляной кислоты и исследования динамики проникновения ионов водорода в СО путем эвакуации содержимого желудка. При диффузии ионов водорода в СО желудка более 0 ммоль за 15 мин определяют риск развития язвенной болезни.

Недостатком этого способа является его нефизиологичность, т.к. производят многократную эвакуацию содержимого желудка и вводят в желудок большое количество соляной кислоты. Эти операции неконтролируемо нарушают нормальные физиологические процессы в желудке и, тем самым, ухудшают прогнозирование.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ прогнозирования риска развития язвенной болезни, основанный на электрохимическом исследовании желудочного сока, а именно внутрижелудочном измерении активности ионов водорода (рН) в желудочном соке (Рапопорт С.И., Лакшин А.А., Ракитин Б.В., Трифонов М.М. рН-метрия пищевода и желудка при заболеваниях верхних отделов пищеварительного тракта. / Под. ред. академика РАМН Ф.И. Комарова. - М.: ИД Медпрактика-М., 2005. - 208 с.). Это решение выбрано в качестве прототипа.

Способ заключается в том, что у больного натощак измеряют рН желудочного сока в теле желудка. Для этого с помощью рН-зонда формируют электрохимическую ячейку (ЭХЯ)

«0» индикаторный электрод pH\желудочный сок электрод сравнения «+»,

измеряют электродвижущую силу (ЭДС) этой ЭХЯ (символами «О» и «+» обозначена полярность подключения вольтметра) и пересчитывают ЭДС в величину рН по градуировочной кривой этой ячейки. При рН меньше 1,5 делают заключение о гиперацидности желудка и риске образования язвы.

Наиболее близкими к предлагаемому изобретению устройствами, реализующими прототип, являются:

1. Лабораторная установка для измерения рН желудочного сока iv vitro (Линар Е.Ю. Кислотообразовательная функция желудка в норме и патологии. - Рига: Зинатне, 1968. - 440 с.).

2. Внутрижелудочный рН-зонд с сурьмяными индикаторными электродом рН и дистальным хлорсеребряным электродом сравнения для исследования желудочного сока in vivo (патент RU 2008035 C1, 12.02.1991).

Недостатком прототипа и реализующих его устройств является неучет патологических изменений подвижности ионов водорода в желудочном соке и слизи желудка, что ухудшает прогнозирование риска развития язвенной болезни.

Задачей изобретения является расширение арсенала диагностических средств, которые могут быть использованы врачами для прогнозирования риска развития язвенной болезни, а именно создание средств для выявления повышенной подвижности ионов водорода в желудочном соке и слизи желудка как фактора риска развития язвенной болезни.

Решение задачи достигается тем, что электрохимическим способом измеряют диффузионный (жидкостный) потенциал (ДП), возникающий при жидкостном соединении желудочного сока с водой или другой тестовой жидкостью, или мембранный потенциал (МП) при их соединении через полупроницаемую мембрану с ограниченной избирательностью, пропускающую ионы водорода.

Величина измеренного ДП характеризует подвижность ионов водорода в желудочном соке. Эксперименты показали, что в норме подвижность ионов водорода в желудочном соке не сильно отличается от подвижности других ионов, и поэтому ДП при соединении желудочного сока с водой близок к нулю. При патологии подвижность ионов водорода в желудочном соке становится аномально высокой, как в соляной кислоте, и ДП возрастает.

ДП измеряют, используя электроды сравнения (Корыта И., Дворжак И., Богачкова В. Электрохимия / пер. с чеш. - М.: Мир, 1977). Для желудочного сока измерение ДП осуществляется следующим образом. Формируют ЭХЯ

«0» электрод сравн. желуд. сок тестовая жидкость\электрод сравн. «+»

и измеряют ЭДС этой ячейки, которая равна ДП на границе контакта желудочного сока с тестовой жидкостью.

МП измеряют с помощью ЭХЯ

«О» электрод сравн. \желуд. сок\мембрана\тест.жидкость\электрод сравн. «+». ЭДС этой ЭХЯ равна МП.

Известно, что МП в общем случае равен сумме доннановских потенциалов на поверхностях мембраны и ДП в объеме мембраны (Корыта И., Дворжак И., Богачкова В. Электрохимия / пер. с чеш. - М.: Мир, 1977). При идеальной мембране (например, полностью непроницаемой для анионов и полностью проницаемой для катионов) ДП равен нулю, и наоборот, если избирательность мембраны невысокая, то доннановские потенциалы уменьшаются (в предельном случае до нуля), и основным компонентом МП является ДП. В этом случае МП может быть таким же индикатором подвижности ионов водорода в желудочном соке, как ДП.

Для реализации изобретения проводят измерение параметров желудочного сока электрохимическим методом. Для этого соединяют без перемешивания желудочный сок и воду или другую тестовую жидкость. Соединение жидкостей производят непосредственно, или при их жидкостном соединении через пористую диафрагму, или через капилляр, или через фитиль, или через волокнистый слой, или через слой сыпучего материала, или через полупроницаемую мембрану, пропускающую ионы водорода. Измеряют потенциал, возникающий при соединении желудочного сока с водой или другой тестовой жидкостью. Для этого используют два электрода сравнения, один из которых помещают в желудочный сок, а другой - в тестовую жидкость. Напряжение между этими электродами равно ДП при жидкостном соединении или МП при соединении через мембрану. Если тестовой жидкостью является вода, то при величине ДП более 10 мВ прогнозируют повышенный риск развития язвенной болезни. Для других тестовых жидкостей пороговый уровень может быть другим, зависящим от химического состава тестовой жидкости. Пороговый уровень для МП зависит от свойств используемой мембраны и может быть легко определен экспериментально. Для мембран с невысокой избирательностью пороговый уровень для МП может быть взят таким же, как для ДП.

Для повышения точности прогноза развития язвенной болезни одновременно с измерением ДП или МП измеряют рН желудочного сока. Если измеренная величина ДП или МП превышает пороговый уровень и одновременно рН меньше 1,5, то говорят о высоком риске развития язвенной болезни.

Предлагаемый способ реализуют с помощью лабораторного устройства при исследовании желудочного сока in vitro (фиг.1) или с помощью внутрижелудочного зонда при исследовании желудочного сока in vivo (фиг.2).

Лабораторное устройство (фиг.1) состоит из емкости 1, в которую помещают ас-пирированный из желудка желудочный сок, емкости 2, в которую помещают тестовую жидкость, электрода сравнения 3, измерительная диафрагма 4 которого опущена в желудочный сок, электрода сравнения 5, измерительная диафрагма 6 которого опущена в тестовую жидкость, индикаторного электрода рН 7, опущенного в желудочный сок. Между емкостями 1 и 2 с помощью диафрагмы 8 формируется жидкостное соединение, на границах которого возникает ДП. Вольтметром 9 измеряют этот ДП. Вольтметром 10 измеряют напряжение, используемое для определения рН.

Внутрижелудочный зонд (фиг.2) состоит из корпуса 11, который объединяет камеру 2 с тестовым раствором, электрод сравнения 3, электрод сравнения 5 и индикаторный электрод рН 7. Зонд вводят в желудок, где он погружается в желудочный сок 12. Измерительная диафрагма 4 электрода сравнения 3 контактирует с желудочным соком 12. Измерительная диафрагма 6 электрода сравнения 5 контактирует с тестовой жидкостью 2. На диафрагме 8 создается жидкостное соединение желудочного сока 12 и тестовой жидкости 2. На границе этого соединения возникает ДП. Вольтметром 9 измеряют этот ДП. Вольтметром 10 измеряют напряжение, используемое для определения рН.

В устройстве (фиг.1) и во внутрижелудочном зонде (фиг.2) вместо диафрагмы 8 может быть установлена полупроницаемая мембрана, пропускающая ионы водорода. Тогда вольтметром 9 измеряют МП.

В устройстве (фиг.1) и во внутрижелудочном зонде (фиг.2) используются обычные хлорсеребряные (хлоридсеребряные) электроды сравнения, состоящие из камеры, заполненной раствором хлорида калия (KCl), серебряного проводника с покрытием из хлорида серебра (AgCl) в этой камере и диафрагмы, обеспечивающей жидкостное соединение раствора с внешней средой. Также могут использоваться каломельные электроды сравнения, состоящие из ртути, хлорида ртути (каломели, Hg₂Cl₂), раствора хлорида калия и диафрагмы для жидкостного соединения с внешней средой (Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия. - М.: Высш. шк., 1984. - 519 с.; Электроаналитические методы. Теория и практика. / Под ред. Ф. Шольца; Пер. с англ. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. - 326 с.). В качестве индикаторного электрода рН используются электроды, изготовленные из сурьмы, или ионоселективные стеклянные электроды (Бейтс Р. Определение рН. Теория и практика. - Л.: Химия, 1972. - 400 с.).

Для варианта изобретения, когда рН желудочного сока не учитывают для прогнозирования риска развития язвенной болезни, в состав устройства (фиг.1) и внутрижелудочного зонда (фиг.2) не входят индикаторный электрод рН 7 и вольтметр для измерения рН 10.

Если в составе внутрижелудочного зонда нет индикаторного электрода рН, то необязательно весь корпус 11 зонда помещать в желудочный сок 12. Достаточно, чтобы с желудочным соком контактировали измерительная диафрагма 4 и диафрагма 8. Эти диафрагмы можно выполнить в виде гибких трубок, заполненных электролитом электрода сравнения и тестовой жидкостью соответственно, и вводить в желудок только эти трубки, конструктивно объединив их для удобства введения в один двухканальный зонд.

Известно (Линар Е.Ю. Кислотообразовательная функция желудка в норме и патологии. - Рига: Зинатне, 1968. - 440 с.), что при внутрижелудочной рН-метрии электрод сравнения может располагаться или в желудочном соке, или накожно. В современных внутрижелудочных рН-зондах используются накожные электроды сравнения (Яковлев Г. А. Хлорсеребряные рН-зонды. Разработка и исследование параметров //Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. - 1995. - Вып. 2(466). - С.40-44; Рапопорт С.И., Лакшин А.А., Ракитин Б.В., Трифонов М.М. рН-метрия пищевода и желудка при заболеваниях верхних отделов пищеварительного тракта. / Под. ред. академика РАМН Ф.И. Комарова. -М.: ИД Медпрактика-М., 2005. - 208 с.). Поэтому электрод сравнения 3, размещенный в корпусе 11 на фиг.2, может быть заменен накожным электродом сравнения, выполненным в отдельном корпусе и состоящим из проводника, покрытого серебром и хлорным серебром, и электродной пасты, содержащей KCl и обеспечивающей контакт с кожей.

Осуществление изобретения. Для экспериментальной проверки изобретения использовали устройство, аналогичное представленному на фиг.1. Контакт между желудочным соком и тестовой жидкостью осуществляли хлопчатобумажным ниточным капилляром. Использовали хлорсеребряные электроды сравнения, изготавливаемые в НПП «Исток-Система» для внутрижелудочных рН-зондов, и насыщенный раствор хлорида калия в качестве электролитического ключа электрода сравнения. При этом формировалась следующая ЭХЯ

«0» Ag\AgCl\насыщ. р-р KCl\желуд. сок\тестовая жидк.\насыщ. р-р KCl\AgCl\Ag «+».

Напряжения на электродах измеряли после 3-минутной выдержки цифровым вольтметром с входным сопротивлением 10 МОм и погрешностью 0,5% от измеряемой величины плюс 0,1 мВ.

Была проведена серия экспериментов, подтверждающих пригодность изобретения для прогнозирования риска развития язвенной болезни. Результаты экспериментов приведены в таблице. Для каждого варианта в таблице измерения многократно повторялись с промывкой и осушением капилляра, соединяющего желудочный сок (модель желудочного сока) с тестовой жидкостью.

Результаты экспериментов по осуществлению изобретения
№п.п.	Модель желудочного сока	Тестовая жидкость	Пороговый уровень ДП, мВ	Средняя измеренная величина ДП, мВ	Разброс измерений ДП, Min/Мах, мВ	рН модели желудочного сока
1.	ЖС «Эквин»	Вода	10	-1,9	-4,9/8,6	1,4
2.	Соляная кислота	Вода	10	22,1	17,2/29,1	1,4
3.	ЖС «Эквин»	Соляная кислота	-10	-26,6	-17,9/-33,6	1,4
4.	Соляная кислота	Соляная кислота	-10	-1,0	-4,9/9,5	1,4

В таблице ЖС «Эквин» - это натуральный желудочный сок «Эквин», выпускаемый ФГУП «НПО «Микроген». В экспериментах он был примером желудочного сока с хорошими защитными свойствами (малой подвижностью ионов водорода). Соляная кислота в пунктах 2 и 4 таблицы моделирует желудочный сок с повышенной агрессивностью (патологически высокой подвижностью ионов водорода) при том же уровне рН 1,4, как у ЖС «Эквин». Вода - это недистиллированная питьевая вода в соответствии с ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством».

Как видно из таблицы, во всех экспериментах сравнение измеренного ДП с пороговым уровнем (10 мВ для тестовой жидкости - воды и минус 10 мВ для тестовой жидкости - соляной кислоты с рН 1,4) позволяет отделить случаи нормального желудочного сока с от случаев желудочного сока с повышенной агрессивностью.

Таким образом, эксперименты подтвердили, что измерение диффузионного потенциала, предлагаемое в настоящем изобретении, позволяет контролировать уровень подвижности ионов водорода в желудочном соке и слизи желудка. Сравнение диффузионного потенциала с пороговым уровнем разделяет случаи с нормальной подвижностью ионов водорода в желудочном соке и слизи желудка и случаи с патологически повышенной подвижностью, при которых возрастает скорость диффузии ионов водорода в слизистую оболочку желудка и двенадцатиперстной кишки, создавая повышенный риск развития язвенной болезни. Это подтверждает, что предлагаемый способ и устройство могут быть использованы врачами для прогнозирования риска развития язвенной болезни.

1. Способ прогнозирования риска развития язвенной болезни, включающий измерение параметра желудочного сока электрохимическим методом и прогнозирование риска развития язвенной болезни при величине параметра, выходящей за пределы порогового уровня, отличающийся тем, что в качестве параметра измеряют диффузионный (жидкостный) или мембранный потенциал между желудочным соком и тестовой жидкостью, а прогнозирование риска развития язвенной болезни осуществляют по величине этого потенциала более порогового уровня, установленного для тестовой жидкости.

2. Способ прогнозирования риска развития язвенной болезни по п.1, отличающийся тем, что в качестве тестовой жидкости используют воду и пороговый уровень 10 мВ.

3. Способ прогнозирования риска развития язвенной болезни по п.1, отличающийся тем, что измерение диффузионного потенциала проводят при непосредственном жидкостном соединении желудочного сока и тестовой жидкости, или при их жидкостном соединении через пористую диафрагму, или через капилляр, или через фитиль, или через волокнистый слой, или через слой сыпучего материала, а измерение мембранного потенциала проводят при их соединении через полупроницаемую мембрану, пропускающую ионы водорода.

4. Способ прогнозирования риска развития язвенной болезни по п.1, отличающийся тем, что одновременно с измерением диффузионного или мембранного потенциала измеряют рН желудочного сока, а прогнозирование риска развития язвенной болезни осуществляют по величине диффузионного или мембранного потенциала более порогового уровня, установленного для тестовой жидкости, и рН менее 1,5.

5. Устройство для реализации способа прогнозирования риска развития язвенной болезни по п.1 с помощью исследования желудочного сока in vitro, содержащее емкость с желудочный соком и электрод сравнения, помещенный в желудочный сок, отличающееся тем, что содержит дополнительную емкость и дополнительный электрод сравнения, в дополнительной емкости находится тестовая жидкость, в которую помещен дополнительный электрод сравнения, причем емкость с желудочным соком и дополнительная емкость с тестовой жидкостью разделены пористой диафрагмой, или капилляром, или фитилем, или полупроницаемой мембраной, пропускающей ионы водорода.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в качестве электродов сравнения используются хлорсеребряные (хлоридсеребряные) электроды сравнения или каломельные электроды сравнения.

7. Устройство п.5, отличающееся тем, что содержит дополнительный индикаторный электрод рН, размещенный в емкости с желудочным соком.

8. Устройство для реализации способа прогнозирования риска развития язвенной болезни по п.1 с помощью исследования желудочного сока in vivo, содержащее корпус и электрод сравнения с измерительной диафрагмой, контактирующей с внешней средой, отличающееся тем, что корпус выполнен с внутренней камерой, заполненной тестовой жидкостью и имеющей диафрагму, контактирующую с внешней средой, и устройство содержит дополнительный электрод сравнения с измерительной диафрагмой, контактирующей с тестовой жидкостью во внутренней камере.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что диафрагмы выполнены в виде капиллярных отверстий, или из пористых материалов, или из полупроницаемых мембран, пропускающих ионы водорода.

10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что измерительная диафрагма электрода сравнения, контактирующего с внешней средой, выполнена в виде гибкой трубки, и/или диафрагма камеры с тестовой жидкостью, контактирующая с внешней средой, выполнена в виде гибкой трубки.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что трубки выполнены в виде одного двухканального зонда для введения в желудок.

12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что в качестве электродов сравнения используются хлорсеребряные (хлоридсеребряные) электроды сравнения.

13. Устройство по п.8, отличающееся тем, что электрод сравнения с измерительной диафрагмой, контактирующей с внешней средой, выполнен накожным в отдельном корпусе.

14. Устройство по п.8, отличающееся тем, что на внешней поверхности корпуса установлен индикаторный электрод рН.

15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что в качестве индикаторного электрода рН используется сурьмяный электрод.