WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

HCl L V (C1 - C0 ), (3) HCl HCl TC = + u u где V – объем слизи и желудочного сока в складках в теле желудка, C0HCl – концентрация соляной кислоты в теле желудка до начала ЩТ, C1HCl – концентрация соляной кислоты в теле желудка после окончания ЩТ; L – количество молей NaHCO3 в тестовом растворе, tввед – момент введения бикарбоната натрия (начало ЩТ); =L/w0 – время, в течение которого тестовый раствор поступает в желудок, ТС – время нейтрализации тестового раствора в теле желудка (щелочное время). Щелочное время ТС, в формулах (2)-(3) в среднем на 30 % превышает щелочного времени ТЩ, получаемое из трапециевидной аппроксимации.

Вытекающая из модели обратно пропорциональная зависимость (3) щелочного времени ТС от скорости кислотообразования u подтверждается экспериментальными данными других авторов.

По ионной функции можно вычислять концентрацию соляной кислоты CHCl или бикарбоната натрия CNaHCO3:

CHCl = – I/V при I < 0 или CNaHCO3 = I/V при I > и по известным формулам рассчитывать динамику рН.

На рис. 2 приведены примеры расчета рН-грамм по описанной модели для L = 6 ммоль (0,5 г бикарбоната натрия), = 0,2 и разных вариантов C0HCl=C1HCl, V, u. Варианты 1 и 2 соответствуют нормальному кислотообразованию, варианты 3 и 4 – гиперацидности. Кривая 4 соответствует случаю, когда 0,5 г бикарбоната натрия не хватило, чтобы полностью нейтрализовать кислоту в теле желудка.

Рис. 2. Рассчитанные рН-граммы при различных величинах параметров (tввед=0) Описанную модель динамики рН при ЩТ можно использовать для аппроксимации измеренных рН-грамм. Однако при этом необходимо учесть влияние неоднородности рН среды на работу измерительного электрода рН зонда, которое рассмотрено в главе 3. Для этого необходимо аппроксимирующую функцию FM(t), полученную с помощью формул (2) и (3), ограничить величиной рНМ, определяемой экспериментально из рН-граммы. Пересчет выполняется следующим образом FM (t) при FM (t) pHM, FM (t) = pH при FM (t) > pHM. (4) M Задача аппроксимации рН-граммы в этом случае сводится к нахождению минимума стандартного отклонения между аппроксимирующей функцией FM(t) и измеренной рН-граммой u (C0, C1,,,, tввед, pHM ) = HCl HCl V V (5) K 1 u = - FM (i t;C0,С1,,,, tввед, pHM )]2.

[pHi HCl HCl (K - N) V V i=N u Минимум функции (5) находится по параметрам:C0, С1,,,, tввед, pHM. То, HCl HCl V V что параметры, u, V входят в выражение для FM в виде отношений u/V и /V связано с инвариантностью выражения (2) к пропорциональным изменениям данных параметров.

В связи со сложностью поиска минимума функции (5) сразу по 7-ми параметрам в настоящей работе задача разделена на два этапа. На первом этапе проводится аппроксимация измеренных рН-грамм трапециевидной функцией.

Два параметра в выражении (5), а именно, рНМ и C0HCl исключаются из минимизации и вычисляются из трапециевидной аппроксимации. Функция (5) упрощается до следующего вида K (pH1, U,A,, tввед) = (6) [pH - FM(i t;pH1, U,A,, tввед)]2, i (K - N) i=N где U=u/V – удельная скорость кислотообразования, A=/V, pH1 – уровень рН в конце ЩТ, соответствующий C1HCl.

Поиск минимума функции (6) в настоящей работе проводился методом «золотого сечения» в модернизации его применения к многомерной функции.

Для отработки алгоритмов аппроксимации использовались 37 рН-грамм, полученные в различных ЛПУ на приборе «Гастроскан-5М». Моделирование проводилось с помощью языка Pascal. Стандартное отклонение трапециевидной функции от измеренных величин рН составило в среднем 0,5 рН, а для модели ЩТ – 0,58 рН.

Таким образом, с помощью предлагаемой модели динамики рН можно получать данные о скорости кислотообразования в желудке больного.

В разделе 2.5 главы 2 анализируются проблемы оценки кислотообразующей функции желудка по данным 24-часовой внутрижелудочной рН-метрии.

Нормы кислотообразования в желудке известны для базальных условий (в состоянии покоя натощак), поэтому сравнение с ними данных 24-часовых исследований, когда пациент ведет обычный образ жизни, должно учитывать, что приём пищи, дуоденогастральные рефлюксы и другие факторы, вызывают кратковременные подъемы рН, не связанные с кислотообразующей функции желудка. Поэтому при 24-часовой внутрижелудочной рН-метрии для оценки кислотообразующей функции желудка предлагается использовать медиану функции распределения рН, которая слабо зависит от амплитуды кратковременных аномальных отклонений. На рис. 3 представлен пример функции распределения рН в желудке, в котором медиана указывает на нормальный уровень кислотности, в то время, как среднее значение – на пониженную кислотность.

1/pH Функция распределения значений рН 1.медиана 1,8 рН среднее значение 2,5 рН 1.норма 0.0 1 2 4 5 6 7 p H Рис. 3. Пример функции распределения рН в желудке, полученной по 24часовой рН-грамме В третьей главе приводятся результаты исследования работы внутрижелудочного рН-зонда в рН неоднородной среде желудка.

Задача связана с тем, что поверхность желудка изнутри покрыта слоем слизи толщиной около 0,5-1 мм. Поверхность этого слоя, обращенная в просвет желудка, контактирует с желудочным соком с рН=1-2, а в глубине у поверхности эпителия присутствуют ионы бикарбоната с рН=7-8. Поэтому измерительный электрод рН-зонда, имеющий размер в несколько мм, если он сильно прижимается к стенке желудка, может одновременно контактировать со средами с существенно различными рН. Аналогично при ЩТ измерительный электрод с одной стороны контактирует с кислым желудочным соком, а с другой стороны омывается раствором бикарбоната натрия с рН=8,3.

В исследовании использованы два подхода. Первый основан на измерении вольтамперных характеристик рН-зонда в исследуемых средах, второй – на моделировании рН неоднородной среды.

На рис. 4а схематически представлена ситуация, когда сурьмяный измерительный электрод у стенки желудка одновременно касается желудочного сока и раствора бикарбоната натрия, а также потенциалы, которые возникают на границах раздела сред. E1 – потенциал между сурьмяным электродом и желудочным соком, E2 – потенциал между сурьмяным электродом и раствором бикарбоната натрия, EД1 – диффузионный потенциал между раствором бикарбоната натрия и желудочным соком, EД2 – диффузионный потенциал между бикарбонатом натрия и тканями тела человека, E0 – потенциал электрода сравнения. Тонкими линиями на рис. 4а показано соединение источников этих потенциалов в электрическую цепь.

Величину рН определяют, измеряя напряжение UАВ между точками А и В. Экспериментально показано, что можно пренебречь диффузионными потенциалами EД1 и EД2 и упростить эквивалентную электрическую схему (рис. 4б).

Хотя через измерительный прибор (ИП) ток не идет, в цепи возникают внутренние токи, связанные с неравенством потенциалов E1 и E2. Физически это связано с замкнутой электрохимической цепью из трех элементов: желудочный сок – сурьма – раствор NaHCO3. Появление токов на границах желудочный сок – сурьма и сурьма – бикарбонат натрия нарушает электрохимическое равновесие на этих границах и изменяет сами потенциалы E1 и E2. Для анализа этой цепи применен подход, используемый при исследованиях электрохимической коррозии двух контактирующих металлов в растворе, заключающийся в измерении вольтамперных (поляризационных) характеристик каждого металла в растворе и составления уравнения равновесия токов.

а) б) Рис. 4. Схема одновременного контакта измерительного электрода рН-зонда с желудочным соком и раствором бикарбоната натрия и эквивалентные электрические схемы Для схемы на рис. 4б с помощью вольтамперных характеристик рН-зонда можно записать условие равновесия, когда токи, вызванные потенциалами на границах желудочный сок – сурьма и раствор NaHCO3 – сурьма будут компенсировать друг друга jЖС(UАВ) SЖС = – jБН(UАВ) SБН, (7) где jЖС (U) и jБН (U) – плотности электрического тока, проходящего через рНзонд в желудочном соке и в растворе NaHCO3, в зависимости от напряжения U на рН-зонде, SЖС и SБН – площади контакта желудочного сока и раствора NaHCO3 с измерительным электродом. Зная функции jЖС(UАВ) и jБН(UАВ), можно вычислить UАВ и его зависимость от площадей SЖС и SБН.

Экспериментально измеренные функции jЖС (U) и jБН (U) представлены на рис. 5. Вертикальным отрезком на 320 мВ показано условие равновесия (7) для равных площадей, горизонтальным – максимальная погрешность определения UАВ.

Рис. 5. Вольтамперные характеристики рН-зонда в 0,2 М растворе NaHCO3 и в желудочном соке с рН=1,Данный подход имеет свои ограничения, связанные с проблемами измерения малых токов. Поэтому в настоящей работе использовался так же другой подход, основанный на экспериментальном моделировании контакта измерительного электрода с жидкостями с разными рН, а именно, с желудочным соком разной концентрации и 0,2 М раствором бикарбоната натрия. На рис. представлена схема экспериментальной установки, в которой растворы с различным рН подводились к электродам рН-зонда с помощью капилляров. Электродная паста, содержащая KCl, устраняла диффузионные потенциалы.

Рис.6. Схема эксперимента Результаты исследований представлены на рис. 7, где по горизонтали отложено напряжение UЖС, которое дает рН-зонд в желудочном соке, а по вертикали – напряжение UАВ, которое возникает при контакте с двумя растворами.

Линия 1 проведена через экспериментальные точки, в которых площади касания измерительного электрода с растворами бикарбоната натрия и желудочного сока были одинаковы. Точка 2 рассчитана из уравнения (7) для равных площадей контакта по измеренным вольтамперным характеристикам (рис. 5), штриховкой указана погрешность. Крайняя левая точка линии 1 и точка 2 соответст вуют одинаковым условиям. Видно хорошее соответствие между данными, полученными из разных экспериментов.

Рис.7. Результаты экспериментальных исследований Полученные результаты показывают обоснованность и необходимость введения формулы (4) в модель ЩТ.

В разделе 3.2 главы 3 представлены экспериментальные исследования диффузии ионов водорода в желудочном соке.

Известно, что ионы водорода в водных растворах кислот имеют аномально высокую подвижность, так как происходит не только непосредственное движение ионов водорода (в составе иона гидроксония Н3О+), но и более быстрая цепная передача заряда от ионов Н3О+ к соседним молекулам воды Н2О и т.д. Индикатором аномальной подвижности ионов водорода служит диффузионный потенциал (ДП), возникающий при контакте кислоты с другими растворами, который измеряют с помощью электрохимической ячейки Электрод сравн.|Раствор 1||Раствор 2|Электрод сравн.

На рис. 8 представлена схема измерения, использованная в настоящей работе, а в табл. 1 результаты.

Рис. 8. Схема измерения диффузионного потенциала Таблица Измеренные величины диффузионного потенциала (HCl – раствор соляной кислоты с рН = 1,4; ЖС – сок желудочный натуральный «Эквин» с рН = 1,4) № Раствор 1 Раствор 2 Средняя величина ДП, мВ, мВ 1. HCl Вода 22,1 3,2. ЖС Вода -1,9 3,3. HCl ЖС 26,6 4, Из табл. 1 видно, что в ЖС в отличие от чистой соляной кислоты не возникает ДП при контакте с водой, а между соляной кислотой и ЖС имеется значительный ДП, несмотря на одинаковую активность ионов водорода (рН).

Отсутствие ДП на границе ЖС и воды указывает на то, что в ЖС более низкая скорость диффузии ионов водорода, чем в водных растворах соляной кислоты. Возможно, это ещё один защитный механизм, снижающий обратную диффузию ионов водорода в слизистую оболочку ЖКТ и предупреждающий её повреждение. Нарушение этого механизма может быть фактором риска развития язвенной болезни. Эффект уменьшения подвижности ионов водорода при добавлении в раствор соляной кислоты некоторых органических соединений ранее был известен, однако в желудочном соке никем не отмечался.

В четвертой главе представлена структура программно-аппаратного комплекса для внутрижелудочной рН-метрии с использованием новой технологии анализа рН-грамм при ЩТ на базе прибора «Гастроскан-5М» (рис. 9).

Работа происходит в два этапа. На первом этапе производится аппроксимация рН-грамм с помощью трапециевидной функции, а на втором – с помощью модели динамики рН при ЩТ.

На первом этапе алгоритм А1 (рис. 9) производит перебор параметров трапециевидной аппроксимации и передает в А2 параметры, которые в данный момент фиксируются, а в А3 – диапазон изменения варьируемого параметра.

Алгоритмы А2 и А3 подбирают наилучшую величину варьируемого параметра и передают его в А1. Алгоритм А1 фиксирует этот параметр и, повторяя описанные действия, варьирует следующий параметр. После нескольких итераций вычисляются семь параметров трапециевидной функции. Наибольший интерес для врачей представляют базальный уровень рН и щелочное время Тщ.

Рассчитанные на первом этапе параметры трапециевидной функции используются на втором этапе в качестве начальных данных. На втором этапе алгоритм А4 производит перебор параметров модели ЩТ и передает в А5 параметры модели ЩТ, которые в данным момент фиксируются, а в А3 – диапазон изменения варьируемого параметра. Алгоритмы А5 и А3 подбирают наилучшую величину варьируемого параметра и передают его в А4. Алгоритм Афиксирует этот параметр и, повторяя описанные действия, варьирует следующий параметр. После нескольких итераций вычисляются пять параметров модели ЩТ. Наибольший интерес представляют скорректированное щелочное время Тс и удельная скорость кислотообразования U. Алгоритмы апробированы на рН-граммах, полученных с помощью прибора «Гастроскан-5М».

Рис. 9. Структура программно-аппаратного комплекса для исследования кислотообразующей функции желудка с помощью ЩТ: 1 – измерительный электрод рН в теле желудка, 2 – накожный электрод сравнения Недостатком внутрижелудочной рН-метрии принято считать отсутствие данных о скорости выделения кислоты в желудке. Предложенные алгоритмы устраняют этот недостаток и тем самым повышают диагностическую информативность внутрижелудочной рН-метрии.

В разделе 4.4 главы 4 представлены структуры медицинских приборов, исследующих скорость диффузии ионов водорода в желудочном соке с помощью измерения ДП между желудочным соком и тестовой жидкостью.

Разработаны два варианта построения медицинской аппаратуры: а) для лабораторных исследований свойств желудочного сока после его аспирации;

б) для внутрижелудочного исследования желудочного сока.

Схема лабораторной установки представлена на рис. 10.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»