2.1. Принципы рН-метрии.

Популярно о болезнях ЖКТ читайте в разделе "Пациентам"
Лекарства, применяемые при заболеваниях ЖКТ
Адреса клиник
Авторы: Рапопорт С.И. / Лакшин А.А. / Ракитин Б.В. / Трифонов М.М. / Комаров Ф.И.


Предыдущий раздел

К оглавлениюСледующий раздел


Глава 2.
рН-метрия желудочного сока


2.1. Принципы рН-метрии

Согласно теории электролитической диссоциации, в растворах вещества неорганической природы – соли, кислоты и щелочи разделяются на составляющие их ионы. В растворе создается динамическая система, содержащая как молекулы вещества, так и составляющие это вещество ионы. При этом ионы водорода Н + являются носителями кислотных свойств, а ионы ОН – носителями щелочных свойств. В сильно разбавленных растворах кислотные и щелочные свойства зависят от концентраций ионов [Н +] и [ОН ]. В обычных растворах кислотные и щелочные свойства зависят от активностей ионов а Н и а ОН, то есть от тех же концентраций, но с поправкой на коэффициент активности г, который определяется экспериментально

а Н = γ+], а ОН = γ [ОН ].

Раствор будет нейтральным, если а Н = а ОН, кислым, когда а Н > а ОН, и щелочным, когда а Н < а ОН.

Для водных растворов действует уравнение равновесия

а Н  а ОН = К w,

где К w – ионное произведение воды.

Как всякая константа равновесия, константа Кw не зависит от активностей ионов Н + и ОН в растворе. Так, если в воду добавить кислоты, то активность ионов Н + резко возрастает, что, в соответствии с уравнением равновесия, приводит к снижению активности ОН в растворе. Таким образом, в водных растворах активность ионов Н + и ОН связаны между собой. Достаточно указать активность одного из них, чтобы определить активность другого, пользуясь уравнением равновесия. Активность ионов в водных растворах варьирует в довольно широких пределах от 10 -14  до 10 -1.

Из уравнения равновесия, в частности, следует, что в растворе, имеющем нейтральную реакцию а Н = а ОН = = 10 -7  моль/л (при температуре 22°С).

Водородный показатель рН представляет собой десятичный логарифм активности водородных ионов, взятый с обратным знаком

рН = – lg а Н.

Водородный показатель определяет характер реакции раствора. Например, при температуре 22 °С она нейтральна при рН = 7 (а Н = 10 -7  моль/л). При рН < 7 (а Н > 10 -7  моль/л) реакция раствора кислая. При рН > 7 (а Н < 10 -7  моль/л) реакция раствора щелочная.

рН = 7 соответствует нейтральному раствору только при температуре 22 °С, т.к. величина ионного произведения воды Кw зависит от температуры (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Температурная зависимость ионного произведения воды

Температура, °С

0

20

22

25

50

100

Кw

0,11·10 -14

0,68·10 -14

10 -14

1,1·10 -14

5,6·10 -14

55·10 -14

рН нейтрального раствора

7,48

7,08

7,0

6,98

6,63

6,13

Водородный показатель имеет важное значение для понимания большинства процессов, протекающих в жидкой фазе, так как ионы Н + и ОН непосредственно участвуют во многих из этих процессов. Кроме того, эти ионы являются гомогенными катализаторами многих реакций. Величина рН может служить критерием силы кислоты или щелочи. В ряду кислот более сильной будет та, у которой при одинаковой молярной концентрации активность ионов Н + выше (рН ниже). Так рН 0,1 М растворов уксусной и соляной кислот будут 2,9 и 1,09 соответственно.

Водородный показатель различных жидкостей человеческого организма лежит в широких пределах. Так в норме рН сыворотки крови равен 7,40 ± 0,05, слез – 7,4 ± 0,1, кожи – 6,2–7,5, слюны – 6,35–6,85, желудочного сока – от 0,9 и выше.

В табл. 2.2 представлено сравнение различных единиц, использующихся для оценки концентрации соляной кислоты и рН. Важно учитывать, что коэффициент активности g в табл. 2.2 определен именно для чистого раствора HCl в воде. Для желудочного сока, содержащего много разных компонентов, коэффициент активности будет другим.

Таблица 2.2. Сравнение различных характеристик растворов соляной кислоты

Параметр

Величины

Молярная концентрация HCl, моль/л

1

0,1

0,01

0,001

0,0001

Массовая концентрация HCl, г/л

36,5

3,65

0,365

0,0365

0,00365

Титрационные единицы*

1000

100

10

1

0,1

Концентрация ионов [Н +], моль/л

1

10 -1

10 -2

10 -3

10 -4

Коэфф. активности г (при 25°С)

0,809

0,796

0,904

0,966

1

Активность ионов Н + а Н, моль/л

0,809

0,0796

0,00904

0,000966

0,00001

рН раствора при 25°С

0,092

1,10

2,04

3,02

4,0

* Если титрация производится при помощи 0,1 М раствора NaOH.

Водородный показатель рН предложил в 1909 году датский биохимик S.P.L. Sшrensen (рис. 2.1) – руководитель химического отделения в химико-физиологической лаборатории Карлсберга (Carlsberg Laboratory) в Копенгагене. Лаборатория была созданной при пивоваренном заводе Carlsberg и проводила исследования по совершенствованию технологии производства пива. Исследуя реакции ферментации, S.P.L. Sшrensen разработал стандартные методы определения концентрации ионов водорода электрометрическим и колориметрическим способами. Им были предложены стандартные буферные растворы для калибровки рН-метров и химические индикаторы рН, исследовано влияние рН среды на активность ферментов. S.P.L. Sшrensen одним из первых применил для измерения кислотности электрохимические электроды. Он использовал два электрода: один – платиновый, помещенный в водородную струю, другой – ртутькаломельный. Этот метод давал точные результаты, но сложность аппаратуры мешала внедрению его в практику.

Свои исследования S.P.L. Sшrensen опубликовал в 1909 году в двух статьях одновременно в Германии и во Франции. В них он впервые использовал водородный показатель раствора рН , где p – начальная буква слов Potenz (немец.) и puissance (франц.), которые переводят на английский как power или potency, а на русский – показатель. Соответственно используются словосочетания puissance d’Hydrogen, power of Hydrogen, potency of Hydrogen, pondus hydrogenii и др. В дальнейшем, по-видимому, для упрощения типографского набора, символ рН был заменен на рН.

Рис. 2.1. Soren Peter Lauritz Sorensen (09.01.1868-12.02.1939)

Рис. 2.1. Soren Peter Lauritz Sorensen (09.01.1868-12.02.1939)

Внутрижелудочную рН-метрию впервые провел McCledon в 1915 году. McCledon впервые описал определение внутрижелудочной кислотности при помощи водородного и каломельного электродов. Автор обнаружил, что натощак в желудке имеется нейтральная среда, а после пробного завтрака в результате выделения соляной кислоты рН снижается до 1,5 единиц и остается таковой, пока пища не покинет желудок. Важным являлось его мнение о том, что уровень подъема кислотности – показатель индивидуальной характеристики желудочных желёз каждого человека.

Дальнейшее изучение внутрижелудочного рН связано с именами Flexner et al. (1947), Eyerly et Breuchaus (1949), которые начали определять кислотность стеклянным и каломельным электродами. Этот метод применялся авторами для изучения эффекта, вызванного приемом пищи и лекарств в норме и у животных с экспериментально вызванным повышением кислотности.

Подробное описание определения внутрижелудочного рН стеклянным электродом дал Hofstetter (1947). Он обнаружил расхождение между рН внутри желудка и в аспирированном соке.

В 1949–50 годах Kreitner et al. разработали метод определения рН внутри желудка при помощи сурьмяного и каломельного электродов. Проведя наблюдения над здоровыми пациентами и больными язвенной болезнью, авторы привели шкалу соответствия единиц свободной соляной кислоты водородному показателю того же содержимого.

Описанию конструкции сурьмяного электрода для измерения внутрижелудочного рН посвящены работы Pantlitschko et Schmid (1949, 1950), которые также привели аналогичную таблицу соотношения свободной соляной кислоты и рН. Breucher et Jierlich (1954) измерили внутрижелудочный рН у 100 больных язвенной болезнью и указали на значительные преимущества данного метода перед титрационным, особенно при подборе антацидных препаратов.

Таким образом, вопрос об определении внутрижелудочного рН имеет давнюю историю. Однако по ряду причин внедрение его в практику сдерживалось, в частности из-за отсутствия соответствующих рН-зондов, электродов и регистрирующей аппаратуры (Rovelstad, 1956; Е.Ю. Линар, 1968).

Наиболее распространенным в то время электродом был стеклянный. Он был небольшим по размеру, на его показатели не влияли соли и протеины. Точность его измерений колебалась в пределах 0,05–0,001 единицы рН.

При многих положительных качествах стеклянного рН электрода (точность, стабильность, чувствительность, легкость изготовления) он был не лишен недостатков. Главным из них являлась хрупкость и большое внутреннее сопротивление, достигающее 10 7–10 10 Ом и более. Последнее обстоятельство требовало дополнительного применения сложных усилителей постоянного тока.

Принцип другого метода измерения рН – радиотелеметрического исследования состоял в том, что с помощью радиоприёмного устройства регистрируются сигналы миниатюрного радиопередатчика (эндорадиозонда), находившегося в пищеварительном тракте и реагировавшего на определённые физические или химические воздействия. В основу датчика рН были положены сурьмяный и хлорсеребряный электроды.

Разработка миниатюрных радиопередатчиков началась в 1956–1957 годах почти одновременно независимыми группами исследователей разных стран (Farrar et al. – США, Ardenne – ГДР, Mackay – Швеция, Noller – ФРГ, Wolf – Англия). В нашей стране работы по созданию радиотелеметрических систем с радиокапсулами были начаты в 1960 году под руководством Е.Б. Бабского и А.М. Сорина. Это было весьма перспективное направление медицинской электроники. Однако, трудности обнаружения уровня расположения эндорадиозонда в различные периоды времени, невозможность остановки движения в интересуемых отделах ЖКТ и одномоментного исследования различных зон желудка не позволили данному методу остаться в клинической практике.

Недостатки стеклянного рН-электрода и несовершенство метода радиотелеметрии побудили исследователей искать другие пути. Внимание исследователей вновь привлек сурьмяный электрод, диапазон измерения рН среды с его помощью от 1 до 9, точность измерения 0,03–0,07 единицы рН (Е.Н. Виноградова, 1956; Н.А. Измайлова, 1956; Kreitner, Pantlitschko, 1949).

В качестве электрода сравнения для определения внутрижелудочного рН использовали каломельный электрод, который мог располагаться, как внутри желудка, так и вне его. Точность измерения от этого практически не страдала (Pantlitschko, 1952).

В СССР рН-зонд с электродами для внутрижелудочной рН-метрии создал Е.Ю. Линар в 1957 году. Он применил оригинальную конструкцию, которая включала в себя сурьмяно-каломельный датчик рН. Клинические испытания автора и ряда исследователей (Е.А. Жук и Б.Я. Рудзит, 1970; П.И. Коржакова 1971; Ю.А. Лея, 1971) подтвердили эффективность метода.

Методика внутрижелудочной рН-метрии по Е.Ю. Линару сводится к одновременному изучению внутриполостного рН в теле (кислотообразующая зона) и антральном отделе (кислотонейтрализующая зона) желудка в межпищеварительный период (базальная секреция) и после воздействия стимулятора или ингибитора кислотообразования. Последние выбираются дифференцированно в зависимости от величин базального рН на уровне тела желудка. Однако оценка данных, полученных в антральном отделе, весьма затруднена и часто ошибочна. Современными исследованиями доказано, что дуоденогастральный рефлюкс присутствует как при различных заболеваниях ЖКТ, так и у здоровых лиц. Следовательно, в настоящее время с помощью рН-метрии невозможно дифференцировать собственную продукцию бикарбонатов желудка от бикарбонатов, попадаемых в желудок при дуоденогастральном рефлюксе.

В 1969–1970 годах в НИИ электронной техники (г. Фрязино Московской обл.), позже переименованном в ГНПП “Исток”, академиком Н.Д. Девятковым (рис. 2.2) с сотрудниками впервые в мировой практике был создан промышленный образец рН-зонда, позволяющего определять кислотность в двух отделах желудка, и аппаратура для регистрации рН. Полученные в 1969–1970 годах результаты обследования 189 человек свидетельствовали о большой точности измерений рН непосредственно в желудке (Ю.М. Панцырев и др., 1970). Поскольку в большинстве наблюдений внутрижелудочная рН-метрия сочеталась с аспирационно-титрационным методом, удалось показать параллелизм показателей рН в динамике при обоих методах.

Определение кислотности (рН) непосредственно у стенки желудка в его кислотопродуцирующей зоне позволило точнее выявить способность желудочных желёз менять концентрацию водородных ионов в ответ на введение раздражителей. Одновременная регистрация рН в антральном отделе давала возможность определить его ощелачивающую способность.

В дальнейшем в ГНПП “Исток” были созданы оригинальные модификации рН-зондов с тремя, четырьмя и пятью электродами, интраоперационные, эндоскопические, детские рН-зонды для различных возрастных групп, а также разработана вторичная аппаратура, которая позволяла фиксировать показания рН с трехэлектродных рН-зондов и записывать их на самопишушем приборе.

Одновременно с изучением интрагастрального рН важная роль отводилась изучению рН содержимого в двенадцатиперстной кишке (В.И. Есенин, 1970; С.А. Чернякевич, 1973; Baugh et al, 1966; Maxwell et al., 1968 и др.). С этой целью применяли трехэлектродный рН-зонд, позволивший измерять рН в теле, антральном отделе желудка и двенадцатиперстной кишке.

С 1974 года стал применяться метод комплексного исследования функционального состояния желудка и двенадцатиперстной кишки предусматривающий одновременное измерение давления и рН в различных отделах гастродуоденальной зоны (В.И. Есенин, 1971; Rhodes et al. 1966). Был изготовлен зонд, включающий четыре рН датчика и четыре полиэтиленовых катетера (Н.Д. Девятков с сотр.). Метод получил название иономанометрии (Ю.М. Панцирев, 1969).

Рис. 2.2. Николай Дмитриевич Девятков (11.04.1907-01.02.2001)

Рис. 2.2. Николай Дмитриевич Девятков (11.04.1907-01.02.2001)

Методики исследования функции пищевода и нижнего пищеводного сфинктера были основаны на различных способах манометрии (Б.В. Петровский, А.Л. Гребенев, Code и др.). Для диагностики гастроэзофагеального рефлюкса также применяли внутрипищеводную рН-метрию (Tuttle, Grossmann, 1958, Meredith et al., 1966, , Kantrowith et al., 1968, В.Х. Василенко с сотр., 1971 и др.). Опыт использования сочетанного метода многоканальной манометрии и рН-метрии для диагностики нарушений функционального состояния пищевода, нижнего пищеводного сфинктера, гастроэзофагеального рефлюкса обобщен Ю.М. Панциревым и сотр. (1976) в методических рекомендациях “Иономанометрическое исследование пищеводно-желудочного перехода”. В начале 80-х годов в ГНПП “Исток” был разработан прибор – ацидогастрометр интраоперационный АГМИ-01, который нашел широкое применение в клинической практике. С появлением новых технических возможностей были созданы приборы с встроенными микропроцессорами и компьютерными системами. Это позволило проводить непрерывное мониторирование рН в пищеводе и желудке.

Продолжительная регистрация рН в просвете желудка (от 3 до 24-х часов) значительно расширила возможности этого метода и вызвала новый всплеск интереса к рН-метрии (Miller, 1964). С появлением этого метода связан значительный прогресс в изучении как секреции, так и моторики верхних отделов желудочно-кишечного тракта, прежде всего при исследовании гастроэзофагеальных рефлюксов (Olden et al., 1986, Johnson et al., 1987, Masclee et al., 1990, и др.).

Из всех методов измерения рН в настоящее время наиболее часто применяется 24-х часовая рН-метрия. Постулировано, что “золотым стандартом” для диагностики ГЭРБ является именно суточное рН-мониторирование. Эффективность диагностики при этом достигает 98%.

С развитием и совершенствованием технических возможностей в последнее время появились приборы, расширяющие границы исследований с использованием длительного (в основном 24-х часового) рН-мониторирования. Так появились комплексированные компьютерные приборы производства Научно-производственного предприятия “Исток-Система”:

– для суточного мониторинга ЭКГ и кислотности в ЖКТ для дифференциальной диагностики загрудинных болей – “Гастроскан-ЭКГ”;

– для мониторинга одновременно рН и электрической активности ЖКТ (желудка, толстой, двенадцатиперстной, тощей и подвздошной кишок) – “Гастроскан-ГЭМ”.

В настоящее время оценка внутрижелудочной кислотности с использованием суточной рН-метрии является наиболее информативным и совершенным. Главное достоинство определения кислотности непосредственно в желудке состоит в его физиологичности в отличие от зондирования желудочным зондом, поскольку аспирация сама по себе провоцирует возникновение рефлюксов желчи в желудок и нарушает нормальный процесс кислотообразования. Кроме того, крайне сложно полностью аспирировать все содержимое желудка. Следствием этого является низкая воспроизводимость результатов аспирационного исследования у одного и того же больного. Важным преимуществом определения рН в течение 24-х часов является возможность оценки суточных ритмов секреции соляной кислоты в желудке.

24-х часовая рН-метрия в настоящее время приобрела статус классического клинического метода (Е.С. Рысс, 2005).


Предыдущий разделК оглавлениюСледующий раздел


Назад в раздел
Популярно о болезнях ЖКТ читайте в разделе "Пациентам"
Лекарства, применяемые при заболеваниях ЖКТ
Адреса клиник


Логотип Исток-Системы

Информация на сайте www.gastroscan.ru предназначена для образовательных и научных целей. Условия использования.