автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.09, диссертация на тему:Автоматизированный мониторинг миоэлектрической активности тонкой кишки у больных с разлитым перитонитом в раннем послеоперационном периоде



МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ

О

V' УНИВЕРСИТЕТ

на правах рукописи УДК 616.342.-002.44.-089:6.833.191.-089 ШЕЫРЕВ Сергей Леонидович

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ МОНИТОРИНГ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ТОНКОЙ КИШКИ У БОЛЬНЫХ С РАЗЛИТЫМ ПЕРИТОНИТОМ В РАННЕМ ПОСЛЕОПЕРАЦИОННОМ ПЕРИОДЕ

05.13.09 - управление в биологических и медицинских системах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Москва -1996

Работа выполнена на кафедре медицинской и биологической кибернетики -медико — биологического факультета Российского государственного медицинского Университета.

Научный руководитель:

доктор медицинских наук, профессор Гаспаряк СЛ.

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор В.А. Бояджян, доктор медицинских наук Б .А. Ксбринский

Научные консультанты:

доктор медицинских наук, профессор В.И.Сидоренко доктор медицинских наук, профессор А.П.Эттингер

Ведугцее учреждение: НИИ Урологии РАМ К, лаборатория

медицинской кибернетики

Защита диссертации состоится " " 1998 г.

В часов на заседании Специализированного Совета

К.084.14.04 по присуждению ученой степени кандидата наук по специальности "управление в биологических и медицинских системах" в Российском государственном медицинском Университете по адресу: 117437 Москва, ул. Островитянова, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГМУ. Автореферат разослан " . 1996 г.

Ученый секретарь

специализированного Ученого Совета

доцент, кандидат медицинских наук И.В.Буромский

Актуальность исследования. Перитонит представляет собой комплекс тяжелых патофизиологических реакций с нарушением всех систем организма. Одним из наиболее частых и опасных осложнений этого заболевания является парез желудочно-кишечного тракта, который, в свою очередь, запускает ряд патологических механизмов. Одним из важнейших направлений интенсивной терапии у данной категории больных в послеоперационном периоде считается профилактика и разрешение пареза кишечника. С этой целью, помимо дезинтоксикационной терапии и коррекции водно-электролитных нарушений, проводится специфическая стимуляция двигательной функции пищеварительного тракта препаратами

антихолинэстеразного ряда (прозерин, калимин, убретид), фармакологический эффект которых основан на усилении влияния парасимпатического звена вегетативной нервной системы,

О моторике ЖКТ у больных с перитонитом судят по сравнительно небольшому набору клинических признаков: степени выраженности перистальтики и вздутия живота, количеству зондовых потерь. Существует определенная потребность в методах, которые бы непосредственно отражали функциональное состояние кишечной стенки. Одним из таких методов является прямая электромиография, позволяющая регистрировать электрический сигнал с постоянной точки на поверхности полого органа в течение длительного времени.

В экспериментальных исследованиях прямая электромиография давно используется при изучении физиологических и патологических процессов, протекающих в кишечной стенке (П.Г.Богач и соавт.,1965; А.П.Эттингер, 1985). Однако до сих пор нет полного единства мнений о природе возникновения и путях проведения электромиографического (ЭМГ) сигнала. Неясной остается связь между электрической и механической активностью гладких мышц пищеварительного канала. Противоречивые данные получены о влиянии вегетативной нервной системы на характер электромиограммы, нет устоявшейся терминологии для обозначения ЭМГ-параметров, разные мнения высказываются об их информативности.

Накоплен определенный опыт использования прямой электромиографии в клинической практике. На основе регистрации ЭМГ-сигнала разработана методика интраоперационного определения жизнеспособности участка кишки, находившегося в условиях длительной ишемии (Ю.М.Панцырев и соавт., 1982). Для оценки состоятельности анастомозов используется контроль электрической активности анастомозируемых сегментов пищеварительного канала (А.М.Карякин и соавт., 1995).

Для оценки функционального состояния пищеварительного канала при перитоните метод используется достаточно редко, так как до сих пор не определены ЭМГ-параметры информативные в отношении благоприятного и неблагоприятного течения этого заболевания, не установлена связь их динамики с восстановлением моторной функции кишечника. Открытым остается вопрос о влиянии антихолинэстеразных препаратов, применяющихся у данной категории больных с целью разрешения пареза ЖКТ, на параметры миоэлектрической активности кишечной стенки. Не известна взаимосвязь ЭМГ-параметров с параметрами, характеризующими состояние различных систем организма при перитоните. Не решена проблема эффективной обработки и объективной интерпретации кишечных электромиограмм

Цель и задачи исследования. Необходимость решения существующих проблем привела к выполнению работы, целью которой является изучение^ миоэлектрической активности тонкой кишки у больных с разлитым перитонитом в раннем послеоперационном периоде и создание автоматизированной компьютерной системы обработки кишечных

электромиограмм.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1) установление диапазона нормальных значений ЭМГ-параметров и определение их динамики при благоприятном и неблагоприятном течении разлитого перитонита.

2)изучение особенностей электромиограмм проксимального отдела тонкой кишки в зависимости от источника возникновения разлитого перитонита,

3) исследование связей ЭМГ-параметров с параметрами других систем гомеостаза при перитоните,

4)оценка влияния фармакологических стимуляторов моторики ЖКТ на характер миоэлектрической активности тонкой кишки,

5) разработка автоматизированной компьютерной системы, ориентированной на .обработку электромиограмм больных с разлитым перитонитом в раннем послеоперационном периоде.

Научная новизна. Изучены особенности миоэлектрической активности тонкой кишки у больных с разлитым перитонитом в раннем послеоперационном периоде. Определены информативные ЭМГ-параметры, динамика которых позволяет судить о благоприятном и неблагоприятном течении этого заболевания.

Установлены диапазоны нормальных значений ЭМГ-параметров по результатам анализа электромиограмм больных с разрешившимся перитонитом.

Показана зависимость ЭМГ-сигнала от источника возникновения перитонита, его чувствительность к прямым раздражающим воздействиям на кишку.

Определена связь миоэлектрической активности тонкой кишки с клиническими признаками разрешения пареза ЖКТ и другими параметрами гомеостаза при перитоните.

Обнаружена корреляционная связь между степенью тяжести разлитого перитонита и частотой следования электромиографических комплексов.

Исследована динамика параметров миоэлектрической активности тонкой кишки в ответ на введение антихолинэстеразных препаратов.

Разработан первый вариант автоматизированной компьютерной системы обработки кишечных электромиограмм с учетом особенностей динамики электромиографических параметров у больных с разлитом перитонитом.

Практическая значимость.

Выявленные закономерности изменения ЭМГ-параметров позволяют объективизировать оценку функционального состояния тонкой кишки при разлитом перитоните, дают врачу своевременную информацию о неблагоприятном течении послеоперационного периода, способствуют индивидуализации лечебного процесса.

Разработанная автоматизированная компьютерная система, ориентированная на использование в отделении интенсивной терапии у больных с перитонитом, ускоряет и объективизирует процесс обработки и интерпретации кишечных электромиограмм, позволяет врачу вовремя осуществлять коррекцию проводимой терапии. Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на:

1) 3 Международном форуме "Стратегия здоровья: интеллектуальное обеспечение медицины" (Крым, Гурзуф, 1994)

2) совместном научном семинаре кафедры медицинской и биологической кибернетики и проблемной научно-исследовательской лаборатории по разработке медицинских информационных систем РГМУ (Москва, 1995);

3)научной конференции кафедры госпитальной хирургии № 2 лечебного факультета и научно-исследовательской лаборатории гастроэнтерологии РГМУ ( Москва, 1996).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 научные работы. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературь'г, главы материалов и методов, главы собственных исследований, заключения, выводов и указателя литературы. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, иллюстрирована 21 таблицей и 29 рисунками. Указатель литературы включает 104 источника, из них 35 - отечественных и 69 - иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, показаны цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе представлен обзор данных литературы, касающийся методов оценки функционального состояния ЖКТ по его миоэлектрической активности.

Прямая электромиография - один из таких методов исследования, приемлемый для хирургических больных. Электрофизиологическая природа ЭМГ-сигнала и связь параметров электромиограмм различных отделов ЖКТ с их двигательной функцией до конца не выяснены и требуют дальнейшего изучения. Встречаются противоречивые данные о динамике ЭМГ-параметров при различных патологических состояниях пищеварительного тракта, нет ясности в вопросе об особенностях электромиограммы при разлитом перитоните.

В литературе мы не встретили описания компьютерной системы, предназначенной для оценки послеоперационного восстановления функций ЖКТ при разлитом перитоните. Проблема выделения информативных электромиографических параметров и создания компьютерной системы обработки электромиограмм больных, оперированных по поводу разлитого перитонита, остается открытой.

Вторая глава посвящена клинической характеристике больных, описанию методики регистрации миоэлектрической активности ЖКТ, инструментальным и лабораторным методам обследования пациентов и математическим методам обработки материала.

Работа проводилась на клинической базе кафедры госпитальной хирургии № 2 РГМУ (зав.кафедрой член-корреспондент РАМН, профессор Ю.М.Панцырев) в отделении интенсивной терапии № 2 для больных с острой абдоминальной патологией городской клинической больницы № 31. Общее количество обследованных больных составило 41 человек (21 мужчина и 20 женщин) в возрасте от 16 до

81 года. Из них 31 выздоровели и 10 больных умерли. Причиной смерти у 8 больных явился продолжающийся перитонит, 1 больной умер от тромбоэмболии легочной артерии, 1 - от острой дыхательной недостаточности. По источнику возникновения перитонита больные распределились на 9 групп (табл.1).

Результаты расчета ежедневных и обобщенных прогностических индексов на 2-е, 3-е, 4-е, 5-е хирургические сутки были положены в основу разделения наблюдений больных с перитонитом на следующие пять групп по степени тяжести состояния (О.В.Гуртовая и соавт., 1995):

1 - благоприятный прогноз;

2 - относительно благоприятный прогноз;

3 - умеренный риск летального исхода;

4 - высокий риск летального исхода;

5 - неблагоприятный прогноз.

Все больные были оперированы по принятой в клинике методике по поводу распространенных форм перитонита. Кроме того, во время операции на серозный покров тонкой кишки в 40 см. дистальнее связки Трейца подшивался биполярный электрод ПЭГ-8, соединительные контакты которого выводились наружу через прокол в передней брюшной стенке.

В послеоперационном периоде всем больным проводилась комплексная интенсивная терапия, направленная на коррекцию водно-электролитных и метаболических нарушений, профилактику и лечение легочных бсложнений и дыхательной недостаточности, сердечнососудистых нарушений, нарушений свертывающей системы крови. На протяжении всего послеоперационного периода проводилась усиленная антибактериальная и дезинтоксикационная терапия. Использовались экстракорпоральные методы детоксикации: гемосорбция, электрохимическая детоксикация. С целью иммунокоррекции проводились лазерное и ультрафиолетовое облучение крови.

Табл.1 Распределение больных по источнику возникновения перитонита.

Источник перитонита Количество Выздоровевшие Умершие Кол-во наблюд.

Перфоративная язва желудка 7 5 2 20

Перфоративная язва 12 перстной кишки 6 6 _ 21

Перфорация тонкой кишки 8 4 4 ' 24

Перфорация желчного пузыря 5 3 2 14

Гангренозно-перфоративный аппендицит 7 7 _ 19

Гинекологический 3 3 - 10

Перфорация толстой кишки 2 1 1 5

Послеоперационный 2 1 1 4

Ферментативный 1 1 - 5

Всего 41 31 10 122

/о 100 75.6 24.4 -

Регистрация электромиограмм на графической ленте осуществлялась с помощью полиграфа "Мингограф-81", на вход которого подавался сигнал с электрода ПЭГ-8. Исследования осуществлялись в течение 15 минут без воздействия и 20-30 минут после стимуляции, если она проводилась. В качестве препаратов для стимуляции моторики ЖКТ использовались прозерин, калимин, убретид, гипертонический раствор хлорида натрия (табл.2). У 8 больных помимо регистрации на графическую ленту, электромиограммы параллельно вводились в компьютер и в дальнейшем использовались для отладки автоматизированной компьютерной системы обработки сигнала.

Табл.2 Распределение количества и характера стимулирующих воздействий по хирургическим суткам.

2 х.с. 3 х.с. 4 х.с. 5 х.с. 6 х.с. всего

№С1 10% -30 5 5 4 2 1 17

калимин 0.5% -1.0 8 11 10 7 2 38

убретид 0.05% -1.0 2 4 3 2 11

прозерин 0.05% -1.0 5 5 1 11

итого 15 25 22 10 5 77

Полученные электромиографические кривые подвергались обработке вручную, в ходе которой в каждом электромиографическом комплексе линейкой измерялся ряд параметров: амплитуда комплекса (АК), длительность комплекса (ДК), амплитуда спайковых потенциалов (АСП) (рис.1).

С помощью специально разработанного нами программного обеспечения измеренные величины по каждой электромиограмме вводились в компьютер и сохранялись там в виде отдельного файла. Затем программа на последовательных 2-х минутных временных интервалах, величина которых была выбрана эмпирически, рассчитывала средние значения и среднеквадратичные отклонения амплитуды комплексов, амплитуды спайковых потенциалов и длительности комплексов, а также вычисляла спайковую активность (процент комплексов, несущих спайковые потенциалы), частоту следования комплексов (величина обратная средней длительности комплексов) и нормированную амплитуду комплексов (отношение среднеквадратичного отклонения амплитуды комплексов к ее среднему значению). Полученные данные были использованы для дальнейшей обработки материала.

На первом этапе проведения статистического анализа были установлены диапазоны нормальных значений параметров ЭМГ-сигнала по результатам обработки электромиограмм 14 больных,

перитонит у которых разрешился, и функция ЖКТ восстановилась (табл.3).

вручную.

АК - амплитуда комплекса, АСП - амплитуда спайковых потенциалов, ДК - длительность комплекса.

Для определения отклонения величин параметров от нормальных значений они были центрированы - вычислялась абсолютная разность между величиной ЭМГ-параметра и его средним значением. Полный список параметров, использованных нами при анализе злектромиограмм тонкой кишки у больных с перитонитом, приведен в табл.4.

С помощи автоматизированной системы постоянного интенсивного наблюдения за кровообращением "GERO" (Т.В.Зарубина, 1989) у больных регистрировались параметры центральной гемодинамики: частота сердечных сокращений, сердечный индекс, ударный индекс, индекс общего периферического сопротивления сосудов большого круга кровообращения, а также сопротивление участка тела между измерительными электродами при центральной реографии. Измерялись центральное венозное давление, систолическое и диастолическое артериальное давление.

При контроле функции внешнего дыхания определялись минутный объем дыхания, дыхательный объем, частота дыхания, вычислялись концентрация углекислого газа в выдыхаемом воздухе и

степень неравномерности вентиляционно-перфузионного отношения. Определялось насыщение гемоглобина кислородом.

Табл.3 Диапазоны нормальных значений ЭМГ-параметров.

эмг- параметры Средние знач. Нормальный диапазон Ед. измерения

Амплитуда комплексов 189 98 - 280 микровольт (М

Амплитуда спайковых потенциалов 117 0 -240 микровольт т

Спайковая активность 27 5 - 49 процент (%)

Среднеквадратичное отклонение длительности комплексов 0.55 0.33-0.77 секунда (сек)

Частота следования комплексов 11.32 10.30-12.34 количество за 1 минуту комплекс/мин

Все больные находились под постоянным лабораторным наблюдением: ежедневно выполнялись общий и биохимический анализы крови, анализ кислотно-щелочного состояния, определялись парциальные давления кислорода и углекислого газа, концентрация гемоглобина в артериализированной капиллярной крови. Также ежедневно определялось содержание в крови молекул средней массы, концентрация глюкозы, мочевины, ионов калия и натрия, фибриногена.

С использованием аускультативных данных больные классифицировались на 4 группы по степени выраженности перистальтических шумов:

1 группа:активная перистальтика;

2 группа: отчетливая перистальтика;

3 группа: вялая перистальтика;

4 группа: перистальтика отсутствует.

Оценка перистальтики проводилась до и после стимулирующего воздействия.

Табл.4 Параметры, использованные при статистической обработке электромиограмм тонкой кишки.

ЭМГ-па-раметры Расшифровка названий ЭМГ-параметров Единицы измерения

АК Амплитуда комплекса HV

НАК Нормированная амплитуда комплекса отн.ед.

АСП Амплитуда спайковых потенциалов цУ

СА Спайковая активность о/ /о

СОДК Среднеквадратичное отклонение длительности комплексов сек.

чек Частота следования комплексов комп/мин

ЦАК Центрированная амплитуда комплекса MV

ЦАСП Центрированная амплитуда спайковых потенциалов мУ

ЦСА Центрированная спайковая активность %

ЦСОДК Центрированное среднеквадратичное отклонение длительности комплексов сек.

ЦЧСК Центрированная частота следования комплексов комп/мин

Все полученные параметры заносились в базу данных DBASE с помощью системы управления базами данных "РЕБУС".

Статистический анализ материала выполнялся на персональном компьютере IBM PC/AT 386 с использованием пакета прикладных программ "SAS" и включал корреляционный анализ и методы элементарной статистики. Достоверность различий между выборками устанавливалась по Т-критерию Стьюдента с уровнем значимости р < 0.05.

Разработка и отладка программного обеспечения для автоматизированной компьютерной системы обработки электромиограмм производилась на алгоритмическом языке высокого уровня PASCAL под управлением операционной системы MS-DOS 6.22 в интерактивной среде TURBO-PASCAL 5.0. Результаты исследований и их обсуждение представлены в третьей главе

Анализ миоэлектрической активности тонкой кишки у больных, оперированных по поводу разлитого перитонита.

Для установления тенденций в динамике параметров электромиограмм при благоприятном и неблагоприятном течении перитонита сравнивались группы выздоравливающих и умирающих больных, группы больных с различной степенью тяжести состояния при этом заболевании.

При сравнении групп больных с благоприятным исходом перед

переводом в отделение и летальным исходом в последний день / ♦

обследования были найдены достоверные различия по 3 параметрам электромиограммы: среднеквадратичному отклонению длительности комплексов (СОДК), частоте следования комплексов (ЧСК), центрированной спайковой активности (ЦСА) (табл.5).

Этим было показано, что неблагоприятными в прогностическом отношении признаками являются снижение частоты следования комплексов, уменьшение или увеличение количества комплексов со спайковой активностью, а также дисритмичный характер кривой, проявляющийся большим разбросом значений длительности комплексов (СОДК).

Табл.5 ЭМГ - параметры, по которым обнаружены достоверные различия при сравнении между группами выздоравливающих больных перед переводом в отделение и умерших больных в последний день обследования.

эмг- параметры Выздоравливающие Р-значение Умирающие

СОДК 0.55±0.22 0.0233 0.86±0.31

чек 11.32±1.02 0.0159 9.59±1.82

ЦСА 7.8±10.8 0.0068 37.7±17.3

Дисритмия - важный качественный критерий, характеризующий форму ЭМГ-сигнала. В ходе многочисленных наблюдений и сравнений кривых установлено, что у выздоравливающих больных рядом стоящие ЭМГ-комплексы неодинаковы, но похожи между собой, один как бы вытекает из другого, изменения происходят плавно от комплекса к комплексу (рис.1).

В случае дисритмии, которая наблюдается прежде всего у тяжелых больных, а также в первые сутки после операции, даже рядом стоящие ЭМГ-комплексы сильно отличаются друг от друга по форме, их длительность колеблется в широких пределах, при обработке очень трудно установить границы, выделить быстрый и медленный компонент комплексов (рис. 2).

Количественным выражением ритмичности ЭМГ-кривой является среднеквадратичное отклонение длительностей комплексов (СОДК).

Подтверждением наших наблюдений стали достоверные различия по СОДК при сравнении группы, в которую вошли все выздоравливающие больные, начиная с 3 хирургических суток (х.с.), с группой всех умерших больных:

выздоравливающие Р-значение умирающие СОДК 0.61 ±0.28 0.0416 0.77±0.37

При сравнении между собой всех выздоравливающих и всех умерших больных по всем суткам сразу значимые различия были найдены только по центрированной частоте следования комплексов и центрированной амплитуде спайковых потенциалов (табл.6).

Табл.6 ЭМГ-параметры, достоверно различающиеся в группах выздоравливающих и умерших больных.

ЭМГ-параметры Выздоравливающие Р-значение Умирающие

ЦЧСК 0.73±0.63 0.0476 1.33±1.31

ЦАСП 55.3±49.1 0.0023 90.5+35.2

Выбор оценки тяжести состояния больного при разлитом перитоните в качестве системообразующего фактора для сравнения значений ЭМГ-параметров привел к ряду интересных результатов: амплитуда ЭМГ-комплексов у "тяжелых" больных (273.4 ± 102.1 цУ)

оказалась достоверно выше, чем у больных с благоприятным прогнозом (185.1 ± 83.7 цУ), лишь у самых "тяжелых" больных наблюдалось значимое снижение частоты следования комплексов до 9.84 ± 0.57 в минуту по сравнению со всеми остальными группами исследования. Электромиограмма оказалась достаточно устойчивым сигналом к нарушениям метаболизма и интоксикации в организме больных при разлитом перитоните. Только глубокие повреждения нервно-мышечных структур в кишечной стенке приводят к существенному изменению формы ЭМГ-кривой.

Результаты, полученные при сравнении перитонитов с различными источниками возникновения, наводят на мысль о том, что в динамике ЭМГ-параметров, помимо общих нарушений, возникающих при воспалении брюшины, большую роль играют местные факторы. Так, гангренозно-перфоративный холецистит, перфоративная язва ДПК, хирургические манипуляции в гепато-дуоденальной области могут приводить к функциональным нарушениям водителя ритма и дисритмичности электромиограммы. В то же время, повреждения в тонкой кишке, локализованные недалеко от регистрирующего электрода, ведут к угнетению спайковой активности. При перитонитах, прямо не затрагивающих область стояния электрода, наблюдаются минимальные отклонения ЭМГ-параметров от нормальных величин.

Чтобы подтвердить эти рассуждения, мы решили провести сравнение результатов электромиографии (идея МДПоливоды) между больными с назоинтестинальной декомпрессией (НИД) и больными, у которых зонд в тонкую кишку не проводился (табл.7). У больных с НИД амплитуда спайковых потенциалов и спайковая активность были достоверно ниже, а центрированные амплитуда спайковых потенциалов и амплитуда комплексов - достоверно выше, чем у больных без зонда. НИД оказывает значительное местное раздражающее действие на стенку кишки, следствием чего и может стать угнетение спайковой активности. Однако, нельзя сбрасывать со счетов тот факт, что назоинтестинальный зонд проводится больным с выраженным парезом ЖКТ, раздутыми кишками, что само по себе может отрицательно влиять на характер электромиограммы. Тем не

менее, полученные результаты еще раз подтверждают важность локальных местных влияний на ЭМГ-параметры.

Табл.7 ЭМГ - параметры, достоверно различающиеся при сравнении групп больных с назоинтестинальной декомпрессией и без назоинтестинального зонда.

ЭМГ-параметры Больные с нид Р-значение Больные без нид

Амплитуда спайковых потенциалов 78.0 ± 65.2 0.0046 116.3 ±60.0

Спайковая активность 26.5 ± 25.2 0.0003 46.8 ± 27.9

Центрированная амплитуда комплексов 71.7 ±83.7 0.0218 43.6 ± 38.7

Центрированная амплитуда спайковых потенциалов 63.9 ± 40.5 0.0219 44.4 ± 39.7

Для поиска связей между ЭМГ-параметрами и параметрами других систем организма человека при разлитом перитоните мы использовали корреляционный анализ. Вычислялся выборочный парный коэффициент корреляции г. В расчет принимались его значения с уровнем значимости р < 0.05. Найденные корреляционные связи оказались достаточно слабыми,

г = -0Д5

СЕГМ-АК

АСП

г = 0.38 г = 0.30

АСП

г = 0.69

соэ

г = 0.45

ПРОГНОЗ

г = - 0.37.

Бр02

г = - 0.31

г = - 0.39

ЯАС02

Рис.3

Корреляционные связи амплитуды комплексов (АК) и спайковой активности (СА) с другими параметрами гомеостаза организма.

АСП-амплитуда спайков; СЕГМ-сегментоядерные нейтрофилы; СОЭ-скорость оседания эритроцитов; ПРОГНОЗ-прогностический индекс степени тяжести перитонита; Нв-гемоглобин; МОД-минутный объем дыхания; РАС02-концентрация углекислого газа в выдыхаемом воздухе; Эр02-сатурация кислорода; рС02-парциальное давление кислорода в крови.

циопс

г = - 0.29

н

чек

г = -0.61

ПРОГНОЗ

мем

"г"» -0.42

-0.28 КРЕАТ

СУТ

г = -0.55

г = - 0.37

содк-

: 0.31.

■ ЛЕИК

г = 0.31

МОТ

Рис.4

Корреляционные связи среднеквадратичного отклонения длительности комплексов (СОДК) и частоты следования комплексов (ЧСК) с другими параметрами гомеостаза организма.

МСМ-молекулы средней массы; КРЕАТ-креатинин; ПРОГНОЗ-прогностический индекс степени тяжести перитонита; ЦУИ, ЦСИ, ЦИОПС-центрированные ударный индекс, сердечный индекс и индекс общего периферического сопротивления; ЛЕЙК-лейкоциты; МОТ-степень активности перистальтики; СУТ-хирургические сутки.

Р

поэтому должны приниматься в расчет с известной степенью осторожности. В целом, они согласуются с ранее найденными закономерностями и косвенно их подтверждают (рис.3,4).

Влияние медикаментозных воздействий, стимулирующих моторику ЖКТ, на миоэлектрическую активность тонкой кишки у больных с

перитонитом.

Проанализировав электромиограммы больных до и после стимулирующего воздействия, мы не смогли выявить однонаправленных изменений ЭМГ-параметров в ответ на медикаментозную стимуляцию. Мы также попытались проследить, как изменяется электромиограмма в ответ на стимуляцию у каждого больного в конкретные хирургические сутки (табл.8).

Табл.8 Динамика ЭМГ-параметров после медикаментозной стимуляции.

№С1 10% калимин прозерин убретид

Т 1 - Т 1 - Т 1 - Т 1 -

АК 3 2 12 4 6 25 3 2 6 2 2 6

АСП 1 - 16 7 1 27 2 1 8 . 2 2 6

СА - 1 16 6 2 27 3 - 8 1 2 7

СОДК 1 ' • 3 13 5 - 30 1 - 10 - 2 8

чек 1 3 13 2 9 24 2 1 8 - 1 9

Т - достоверное увеличение; I - достоверное снижение;

- достоверные различия отсутствуют

Интересно, что значимые изменения ЭМГ-параметров происходили лишь в 18% случаев после введения 10%-ного раствора ЫаС!, в 24% случаев - после калимина, в 27% - после прозерина, в 28% - после

стимуляции убретидом. При анализе достоверных различий установлено, что только стимуляция калимином приводила к однонаправленным изменениям ЭМГ-сигнала, которые мы, все-таки, не можем однозначно отнести к положительным: в 7 из 8 случаев повышалась амплитуда спайковых потенциалов, в 6 из 8 - спайковая активность, во всех 5 случаях нарастала дисритмия, что проявлялось в увеличении СОДК, в 9 из 11 наблюдений снижалась частота следования комплексов.

Табл.9 Влияние медикаментозной стимуляции на нормализацию ЭМГ-параметров.

ЫаС! 10 % калимин прозерин убретид

к нор от нор к нор от нор к нор от нор к нор от нор

АК 9 5 13 14 3 6 7 3

АСП 5 10 14 13 6 3 6 2

СА 4 6 15 15 4 5 6 2

СОДК 7 5 14 13 3 4 6 2

чек 5 10 11 13 5 5 5 3

к нор - нормализация ЭМГ-параметра

от нор - выход за пределы нормального диапазона

Анализ тех случаев, когда ЭМГ-параметры после воздействия нормализовывались, либо наоборот выходили за пределы нормального диапазона (табл.9), показал положительное влияние убретида на характер электромиограммы: в 6 из 8 наблюдений амплитуда спайковых потенциалов, спайковая активность, среднеквадратичное отклонение длительности комплексов входят в границы нормального диапазона, в 7 из 10 случаев нормализуется амплитуда комплексов, в 5 из 8 - частота их следования. Воздействие калимином приводило с равной вероятностью как к нормализации, так и к отклонению ЭМГ-параметров от нормы.

Использовав аускультативные данные, мы установили, что стимулирующие препараты по разному влияют на моторику ЖКТ. Усиление перистальтических шумов происходило в 70% случаев после введения прозерина, в 60% - после калимина и убретида. Внутривенная инъекция 10%-ного раствора ЫаС1 10% ни разу не проявила стимулирующего действия на перистальтику.

В целом же мы не смогли выявить отчетливых тенденций в изменении электромиографического сигнала в ответ на введение антихолинэстеразных средств. Достоверные изменения ЭМГ-параметров после воздействия имели, в основном, разнонаправленный характер и не были связаны с динамикой перистальтических шумов. Усиление моторики после стимуляции не зависело от исходных параметров электромиограмм и степени отклонения их от нормы.

Мы предполагаем, что наблюдаемая картина связана с особенностями морфологического строения и функций пищеварительного канала, в деятельности которого на передний план выступает миогенная регуляция, то есть управление, не зависящее от нервной системы. Регистрируемая с постоянной точки электромиограмма отражает процесс проведения электрического импульса группой миоцитов, источником которого являются гладкомышечные клетки дуоденального пейсмекера. Усиление парасимпатического звена вегетативной нервной системы антихолинэстеразными препаратами мало влияет на генерацию и проведение ЭМГ-сигнала, но играет важную роль в координации локальных сокращений миоцитов, посредством которой приводит к появлению и усилению перистальтических движений.

Автоматизированная компьютерная система обработки электромиограмм.

Цепочка ввода ЭМГ-сигнала в компьютер состоит из биполярного провода-электрода ПЭГ-8, усилителя биологических сигналов 1-400 со

встроенным аналогово-цифровым преобразователем (АЦП), и персонального компьютера типа PC/AT (рис.5).

С

Рис. 5 Схема ввода ЭМГ-сигнала в компьютер.

1. Провод-электрод ПЭГ-8;

2. Усилитель биологических сигналов I-400 со встроенным АЦП;

3. Персональный компьютер типа PC/AT;

Российская фирма "Биомед" специально к прибору 1-400 разработала программное обеспечение "Физиолаб", которое позволяет в режиме реального времени следить за вводом сигнала на мониторе и осуществлять цифровую фильтрацию с заданными параметрами, хранить введенную электромиограмму в виде отдельного файла. Программа позволяет регистрировать ЗМГ-кривую длительное время, которое лимитируется только объемом свободного пространства на жестком диске компьютера.

Рис.6 Основные функциональные блоки программного обеспечения автоматизированной компьютерной системы обработки электромиограмм (БПФ-быстрое преобразование Фурье; ПСМ-плотность спектра мощности).

Функционально программа состоит из четырех основных блоков (рис.6). Инициализация первого блока позволяет пользователю выбирать нужный файл для последующей обработки. Во втором функциональном блоке программы предусмотрены средства для обработки ЭМГ-кривой в интерактивном режиме: масштабирование, калибровка и пролистывание ЭМГ-сигнала вперед и назад, а также режимы для устранения артефактов и цифровой фильтрации ЭМГ-кривой.

Рис. 7 Принцип программного выделения правой границы ЭМГ-комплекса с помощью параметров предыдущего комплекса.

Алгоритм для автоматизированный обработки кишечных электромиограмм основан на правилах выделения ЭМГ-комплексов вручную и использует тот факт, что комплексы следуют друг за другом непрерывно, то есть правая граница предыдущего комплекса является одновременно левой границей следующего. Пользователь должен сперва самостоятельно выделить хотя бы один комплекс, от которого начинается поиск правой границы следующего комплекса. С этой целью используются параметры ранее выделенного комплекса: длительность-Х, величина сигнала на левой границе-А, разность между максимальным значением и величиной сигнала на левой границе-Н (рис.7). Поиск начинается с точки, отстоящей от левой границы искомого комплекса на Х/2 и продолжается до 3X12. В каждой точке 1 величина ЭМГ-сигнала сравнивается с функцией Е(1), определенной на интервале {Х/2,ЗХУ2}: ;

Г Н (Ь/Х-1/2)+А, Х/2<Ь<Х;

^ Н(3/2-Ь/Х)+А, Х<Ь$ЗХ/2;

Из всех точек ЭМГ-кривой, не превышающих значение Е^) выбирается наименьшая, которая становится правой границей комплекса. Если программа не может найти таким способом крайнюю правую точку комплекса, то она прерывает свою работу и предоставляет возможность оператору сделать это вручную. Если правая граница найдена, то далее автоматически определяются критические (максимальная и минимальная) точки ЭМГ-комплекса, по которым вычисляется его амплитуда.

Результатом работы третьего функционального блока является расчет усредненных ЭМГ-параметров (амплитуды, длительности, частоты следования комплексов и среднеквадратичного отклонения длительности комплексов), их вывод на экран и построение среднего по ансамблю комплекса. Предусмотрена возможность построения гистограммы плотности спектра мощности ЭМГ-сигнала на основе алгоритма быстрого преобразования Фурье, который реализован в четвертом функциональном блоке программы.

Разработанная автоматизированная компьютерная система существенно ускоряет обработку кишечных электромиограмм и объективизирует их интерпретацию. Предстоит проведение ее клинических испытаний. В дальнейшем планируется расширение системы за счет включения блока построения экспертных заключений.

ВЫВОДЫ.

1. В результате анализа электромиограмм тонкой кишки выздоравливающих больных с разрешившимся перитонитом и восстанавливающейся функцией ЖКТ установлены диапазоны нормальных значений ЭМГ-параметров: амплитуда комплексов 98280 микровольт, амплитуда спайковых потенциалов 0-240 микровольт, спайковая активность 5-49 %, среднеквадратичное отклонение длительности комплексов 0.33-0.77 секунд, частота следования комплексов 10.30 - 12.34 комплексов в минуту.

2. Нарушения в стенке кишки при перитоните приводят к повышению амплитуды комплексов и дисритмии ЭМГ-сигнала, которая проявляется увеличением среднеквадратичного отклонения длительности комплексов более 0.8 секунд. У выздоравливающих больных прослеживается тенденция к нормализации ритма. Длительная дисритмия может свидетельствовать о продолжающемся перитоните.

3. При изучении взаимосвязей между ЭМГ-параметрами и параметрами других систем гомеостаза обнаружена обратная корреляционная зависимость (г=-0.61) между частотой следования ЭМГ-комплексов и степенью тяжести разлитого перитонита. Снижение частоты следования комплексов ниже 9 компл/мин -крайне неблагоприятный признак, связанный с гипоксией и глубокими метаболическими расстройствами в тканях пищеварительного канала.

4. Значительное влияние на параметры электромиограммы могут оказывать местные факторы: локализация источника перитонита в гепато-дуоденальной области приводит к дисритмии ЭМГ-сигнала, повреждения пищеварительного канала в непосредственной близости от регистрирующего электрода являются причиной угнетения спайковой активности.

5. Стимуляция моторной функции желудочно-кишечного тракта антихолинэстеразными препаратами значимо не влияет на электромиографические параметры тонкой кишки.

6. На основе найденных ЭМГ-критериев создан первый вариант автоматизированной компьютерной системы обработки кишечных электромиограмм для отделений интенсивной терапии гастроэнтерологического профиля. Разработка находится на этапе клинических испытаний.

СПИСОК ПЕЧАТНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Автоматизированный контроль электрической активности тонкого кишечника у больных с острой абдоминальной патологией // Стратегия здоровья: Интеллектуальное обеспечение медицины.-3 международный форум - Тезисы докладов. Гурзуф. - 1994. -С.56-58 (в соавт. с С.А.Гаспаряном, Т.В.Зарубиной, М.Д.Поливодой).

2.Динамическая компьютерная оценка изменения электромиографических параметров у больных с разлитым перитонитом в раннем послеоперационном периоде II Информатизация здравоохранения России. - Всероссийский сборник научных трудов. Части 3,4. Москва,- 1996. -С.279-290.

3.Результаты статистического анализа динамики электромиографических показателей кишечника у больных с разлитым перитонитом в послеоперационном периоде // В кн. Гнойно-септические заболевания и осложнения в клинической практике. - под ред. проф. Э.В.Луцевича. Т.4, Москва,- 1995. - с. 153-154 (в соавт. с

B.И.Сидоренко).

4.Автоматизированный контроль миоэлектрической активности тонкой кишки при перитоните II Медицинская техника.-в печати.-(в соавт. с

C.А.Гаспаряном и Т.В.Зарубиной).

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АК - Амплитуда комплекса

АСП - Амплитуда спайковых потенциалов

НАК - Нормированная амплитуда комплекса

СА - Спайковая активность

СОДК - Среднеквадратичное отклонение длительности комплексов

ЦАК - Центрированная амплитуда комплекса

ЦАСП - Центрированная амплитуда спайковых потенциалов

ЦСА - Центрированная спайковая активность

ЦСОДК - Центрированное среднеквадратичное отклонение

длительности комплексов

ЦЧСК - Центрированная частота следования комплексов

ЧСК - Частота следования комплексов

ЭМГ - Электромиограмма, электромиографический