Афонин Б.В. Как космическая медицина может помочь гастроэнтерологам на Земле // В сб. "Эффект от использования МКС для России". ФГУП ЦНИИмаш, 2015 г.

Как космическая медицина может помочь гастроэнтерологам на Земле

(Космический эксперимент «Спланх»)

Б.В. Афонин

ГНЦ РФ–ИМБП РАН

Оценить состояние отдельных сегментов желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) всегда сложно. Для этого используют такие методы как гастродуоденоскопия, ректороманоскопия, рентгенография, радиоизотопные исследования, УЗИ и др. Врачу-гастроэнтерологу хотелось бы, чтобы до этих сложных, дорогих и громоздких в выполнении исследований можно было провести простую неинвазивную экспресс-диагностику, наподобие методики ЭКГ в кардиологии. В настоящее время на роль такой методики претендует накожная электрогастроэнтерография (ЭГЭГ), в основе которой лежит запись электрических потенциалов с поверхности кожи.

Современный прибор для проведения ЭГЭГ – гастроэнтерограф «Гастроскан-ГЭМ» позволяет проводить запись электрической активности не только желудка, но и основных отделов ЖКТ в любых условиях и положениях тела, за исключением физических нагрузок. В настоящее время методика ЭГЭГ позволяет количественно охарактеризовать электрическую активность (ЭА) в желудке, двенадцатиперстной, тощей, подвздошной кишке и толстом кишечнике. Т.е. могут быть обследованы практически все основные отделы ЖКТ, труднодоступные для исследования даже в условиях клиники. Проводят математическую обработку ЭГЭГ и по отличиям от нормальных значений и по соответствию с клиническими аналогиями определяют отклонения, указывающие на дисфункцию или патологию того или иного сегмента.

Такие возможности ЭГЭГ давно привлекают внимание исследователей в космической гастроэнтерологии, ведь в условиях космического полета (КП) провести традиционную диагностику состояния различных отделов ЖКТ практически невозможно. При этом факторы космического полета (в первую очередь, невесомость) оказывают воздействие на организм и в том числе на пищеварительную систему. Считается, что невесомость вызывает возникновение ряда однотипных изменений в пищеварительной системе и в частности изменений в желудке и кишечнике, которые характеризуются повышенной секреторной активностью и снижением всасывания. В рамках научной программы при полетах на орбитальную станцию МИР была попытка применить подобную методику. Тогда был разработан опытный образец бортового гастрографа. Но он был способен регистрировать электрическую активность только желудка. Кроме того, технические возможности прибора не позволяли получать запись гастроэнтерограммы без помех, а обработка гастроэнтерограмм проводилась вручную. Все это вместе с экономическими причинами, возникшими в то время, послужило препятствием для использования этого метода для космического эксперимента.

Также были проведены исследования в наземных экспериментах, моделирующих невесомость, - антиортостатической гипокинезии (АНОГ) (человек находится в лежачем положении, при этом голова ниже уровня ног) и иммерсии (человек находится в специальном бассейне с водой, накрытой защитным покрытием из понивинилхлорида). Они показали, что в таких условиях меняется электрическая активность ЖКТ как натощак, так и после приема пищи. В норме натощак электрическая активность низкая, а после приема пищи существенно увеличивается. В условиях экспериментов натощак она выше, чем в норме, а при приеме пищи повышение активности менее выражено. Это происходит из-за пониженного функционального ответа как желудка, так и основных отделов кишечника. Вероятная причина этого - увеличение внутрижелудочного и кишечного содержимого из-за повышенной секреции в ЖКТ при этих экспериментальных условиях. Из-за того, что увеличивается внутрижелудочное и кишечное содержимое, повышается тонус стенок и для того, чтобы это содержимое проходило по ЖКТ, требуются повышенные мышечные затраты. Это отражается в увеличении электрической активности ЖКТ.

В условиях КП и после возвращения космонавтов на Землю с помощью других методик наблюдали косвенные признаки того, что секреторная активность желудка и кишечника увеличивалась. Но для того, чтобы не только выявить характерные особенности электрической активности отделов ЖКТ, состояние тонуса его стенок, но и оценить косвенно эвакуаторную и секреторную активность, нужно провести ЭГЭГ в условиях невесомости.

Именно поэтому ЭГЭГ была включена в медицинский космический эксперимент (КЭ) «Спланх» (от греч. splanchnа — внутренности). Этот эксперимент разработан ГНЦ РФ–ИМБП РАН, чтобы исследовать, как меняется структурно-функциональное состояние пищеварительной системы в условиях космического полета. В рамках КЭ «Спланх» российские космонавты последовательно проводят биохимические исследования в капиллярной крови из пальца, накожную гастроэнтерографию, ультразвуковые исследования (УЗИ) внутренних органов и сосудов и допплерографические исследования кровотока в бассейне брюшной полости. Эксперимент состоит из нескольких этапов, сейчас на МКС проходит первый этап КЭ «Спланх».

Для проведения ЭГЭГ космонавты используют бортовой гастроэнтерограф (Спланхограф), разработанный ГНЦ РФ-ИМБП РАН совместно с НПП «Исток-Система» (рис. 1).

Рис. 1а. Бортовой гастроэнтерограф – «Спланхограф». (Фото ИМБП)

Рис. 1б. Графическое изображение электрической активности в частотных спектрах (сверху вниз) желудка, двенадцатиперстной, тощей подвздошной кишки, толстого кишечника

Важно, что запись ЭГЭГ проводится в двух взаимно перпендикулярных отведениях, что может позволить выявить изменение расположения отделов ЖКТ в брюшной полости. Фоновая ЭГЭГ записывается утром, натощак перед завтраком (Рис. 2), далее запись ЭГЭГ продолжается во время завтрака и в течение 2,5 часов после окончания приема пищи для оценки реакции на прием пищи и пассажа ее по ЖКТ. Показания ЭГЭГ подкрепляются биохимическим анализом (Рис. 3). Эксперимент проводится на 90- и 150-е сутки пребывания на МКС. Информация сразу сбрасываются по каналам связи с МКС.

Рис. 2. Космонавт Александр Самокутяев начинает эксперимент «СПЛАНХ». Утром перед завтраком нужно наклеить 4 электрода, включить гастроэнтерограф на запись, которая будет длиться 1 час до завтрака, во время завтрака и 2 часа после его завершения

Рис. 3. Во время записи гастроэнтерограммы выполняются биохимические исследования крови натощак. Автоскарификатором нужно проколоть кожу пальца (это немного неприятно)

В настоящее время исследование проведено у российских космонавтов экипажей пяти экспедиций, в том числе экспедиции, в которой участвовала Е.О. Серова. Получены уникальные данные, количественно характеризующие электрическую активность основных отделов ЖКТ в условиях невесомости. Выявлены особенности ЭГЭГ, отличающиеся от тех, что получены в модельных экспериментах.

Хотя данные пока предварительные, но уже можно говорить о том, что в условиях невесомости электрическая активность во всех отделах ЖКТ снижается (Рис. 4).

Рис. 4. Изменение мощности (%) электрической активности основных отделов ЖКТ в КП натощак относительно предполетных значений

Причин тому может быть несколько. Одна из причин может быть связана с изменением расположения органов брюшной полости. В невесомости происходит всплывание органов из-за отсутствия их веса и перемещение их в сторону грудной клетки. Из-за этого меняется вектор распространения электрических сигналов. Проявляться это может снижением электрической активности по отношению к исходному уровню.

Выявленная особенность была более характерна для электрической активности желудка, тощей кишки и толстого кишечника, расположение которых в брюшной полости в невесомости может изменяться. Как уже было сказано, запись ЭГЭГ в КЭ «Спланх» проводится в 2-х отведениях расположенных перпендикулярно друг к другу. Это позволило провести предварительный анализ, который показал, что только в 1/3 случаев изменение величин электрического сигнала в невесомости можно было связать с изменением вектора распространения электрического сигнала.

В остальных случаях снижение электрической активности всех отделов ЖКТ предполагало другой механизм. Наиболее вероятно, снижение электрической активности связанно с отсутствием в невесомости веса пищи и пищевого комка в желудке и кишечнике. Раз пища в условиях МКС не имеет веса, то ее продвижение по ЖКТ требует меньших энергетических затрат и сопровождается меньшей электрической активностью. Аналогией может служить легкое перемещение космонавтов внутри МКС в условиях невесомости.

Кроме того, по результатам можно косвенно судить об увеличении внутрижелудочного и внутрикишечного содержимого, связанного с увеличившейся экскрецией желудочного и кишечного сока. Получается, что в невесомости относительный ответ организма на прием пищи гораздо более выражен (примерно в 2 раза по сравнению с предполетным периодом). В основе этого процесса лежит гемодинамический механизм изменений пищеварительной системы, возникших в невесомости.

Результаты космических исследований отличаются от тех, что получены в наземных экспериментах, моделирующих эффекты невесомости. Это может быть связано с тем, что в наземных условиях можно воспроизвести такие факторы как гипокинезия, изменение гемодинамики, но не воспроизводится отсутствие веса пищевого комка. Поэтому происходит изменение вектора гравитации, но вес пищи остается. Таким образом, исследования, проводимые в космосе, позволяют получить уникальные данные о функционировании ЖКТ в невесомости. Более углубленный анализ активности ЖКТ с использованием ультразвуковых исследований органов и сосудов брюшной полости и допплерографических исследований венозного кровотока будут проведены во 2- и 3-й серии КЭ «Спланх».

Разработанные методики и приборы могут внести весомый вклад в развитие данного направления в гастроэнтерологии на Земле.