|
Исследование динамики рН при щелочном тесте
А.Г. Михеев, Д.И. Невский, А.Б. Ракитин, Б.В. Ракитин
Научно-производственное предприятие "Исток-Система", г. Фрязино,
Всероссийский научно-исследовательский и испытательный институт медицинской техники, г. Москва.
Цель работы – исследование динамики рН при щелочном тесте на основе математической модели, количественно описывающей взаимосвязь между физиологическими характеристиками желудка и рН-граммами.
Материалы и методы. Одним из способов исследования кислотообразующей функции желудка (КФЖ) является щелочной тест (ЩТ) [1]. Он заключается в том, что во время проведения внутрижелудочной рН-метрии пациенту дают выпить натощак раствор бикарбоната натрия (пищевой соды) – 0,5 г на 30 мл воды. Часть этого раствора, перемешиваясь со слизью, покрывающей складки тела желудка, вступает в реакцию с соляной кислотой, выделяемой слизистой оболочкой тела желудка NaHCO3 + HCl → NaCl + CO2 + H2O. В результате реакции в слизи тела желудка в избытке остается либо соляная кислота, либо бикарбонат натрия.
Для описания динамики кислотно-щелочного баланса введем ионную функцию I(t), которая при избытке бикарбоната натрия равна количеству молей NaHCO3, а при избытке соляной кислоты – количеству молей HCl с обратным знаком. Для ионной функции можно записать уравнение (1):
где w – скорость поступления в желудок бикарбоната натрия, моль/с;
a – доля бикарбоната натрия, вступающая в реакцию в теле желудка (остальная часть задерживается в пищеводе или попадает в антральный отдел);
u – скорость выработки соляной кислоты в желудке, моль/с.
По ионной функции можно вычислить концентрацию соляной кислоты или бикарбоната натрия, моль/л:
CHCl = – I/V при I < 0 или CNaHCO3 = I/V при I > 0,
где V – объем слизи, обволакивающей складки в теле желудка.
Во время ЩТ объем V можно считать постоянным, так как дополнительно поступающая вода перетекает в антральную часть желудка.
Решая уравнение (1), получим (уравнение 2):
где C0HCl – концентрация соляной кислоты в теле желудка до начала ЩТ;
L – количество молей NaHCO3 в тестовом растворе;
t – время, в течение которого тестовый раствор поступает в желудок;
T – время полной нейтрализации тестового раствора в теле желудка (щелочное время)
Зная концентрацию соляной кислоты или бикарбоната натрия, можно вычислить рН раствора [2].
Для кислой среды
для щелочной среды
где KW = 10-14; K1 = 4,5x10-7; K2 = 5x10-11.
На рис. 1 представлена зависимость рН от (I/V) в диапазоне концентраций, характерных для тела желудка: 0,16 моль/л – максимальная концентрация HCl в желудке [3]; 0,2-0,4 моль/л – концентрация NaHCO3 в тестовом растворе. Видны буферные свойства раствора питьевой соды, у которого рН = 8,3, начиная с минимальных концентраций и до насыщенного раствора.
Рис. 1. Зависимость рН от I/V в диапазоне концентраций, характерных для тела желудка
Результаты. Оценка коэффициента a. Среднюю величину коэффициента a можно вычислить из формулы (3), используя экспериментальные данные по ЩТ и среднюю скорость продукции кислоты в базальных условиях u = 3 ммоль/ч [3]. Из таблицы видно, что, несмотря на некоторые различия в выполнении ЩТ, средние значения a получились достаточно близкими.
Таблица 1. Средние величины a и скорости продукции кислоты в базальных условиях, полученные разными авторами
| Параметр | [4] | [5] | [6] |
| Объем тестового раствора, мл | 30 | 30 | 10 |
| Количество NaHCO3, г (в тестовом растворе, моль) | 0,5
(6) | 1,0
(12) | 0,2
(2,4) |
| Среднее щелочное время, мин | 17 | 22,2 | 5,2 |
| Среднее значение a | 0,15 | 0,09 | 0,11 |
Расчет рН-грамм по заданным параметрам КФЖ. На рис. 2 представлены расчеты рН-грамм при L = 6 ммоль (0,5 г соды), a = 0,2 и разных вариантах C0HCl, V, u. Варианты 1 и 2 соответствуют нормальной КФЖ, варианты 3 и 4 – гиперацидности. Кривая 4 отражает случай, когда 0,5 г соды не хватило, чтобы полностью нейтрализовать кислоту в теле желудка.
Рис. 2. рН-граммы при разных вариантах C0HCl, V, u
Сравнение с реальными рН-граммами. Экспериментальные рН-граммы отличаются от рН-грамм, представленных на рис. 2, тем, что обычно не выходят на постоянный уровень рН = 8,3 [1]. Это связано с пространственной неоднородностью рН в слизи желудка во время ЩТ. Эксперименты показывают, что, когда измерительный датчик контактирует одновременно с жидкостями с разными рН, прибор показывает некоторую промежуточную величину рН. Этот эффект влияет на амплитуду рН-граммы, а не на щелочное время.
Заключение
- Предлагаемая модель позволяет количественно оценить влияние скорости выработки кислоты и объема слизи в теле желудка на рН-грамму при ЩТ.
- Щелочное время зависит не только от скорости продукции кислоты в желудке, но и от того, какая доля раствора соды задерживается в теле желудка. Вопрос о том, насколько параметр a индивидуален, требует дополнительного исследования. Оценки показывают, что a = 0,1–0,2.
- Буферные свойства пищевой соды и неоднородность рН в слизи желудка не позволяют определять концентрацию NaHCO3 в желудке по измерениям рН при ЩТ.
Литература
- Рапопорт С.И. и др. рН-метрия пищевода и желудка при заболеваниях верхних отделов пищеварительного тракта / Под ред. Ф.И. Комарова. М., 2005.
- Золотов Ю.А., Дорохова Е.Н., Фадеева В.И. и др. Основы аналитической химии. Кн. 1. М., 2002.
- Рысс Е.С. Введение в гастроэнтерологию: Учеб. пос. СПб., 2005.
- Ильченко А.А., Селезнева Э.Я. Компьютерная рН-метрия желудка и пищевода. Клиническое значение метода: Методические рекомендации № 15. М., 2001.
- Циммерман Я.С. Хронический гастрит и язвенная болезнь (очерки клинической гастроэнтерологии). Пермь, 2000. Вып. 1.
- Коротько Г.Г., Фаустов Л.А. Функциональные и морфологические аспекты язвенной болезни (новое направление в диагностике и лечении заболеваний). Краснодар, 2002.
|
