О достоверных показателях кислотности в желудке и пищевода человека

Г.А. Яковлев
Старший научный сотрудник, к.т.н.

Применение достоверного диагностически значимого показателя оценки кислотности в желудке и пищеводе необходимо для правильного диагностирования кислотозависимых болезней, развитие которых в значительной мере определяется агрессивным воздействием желудочного сока по отношению к верхним отделам пищеварительного тракта. Одним из основных методов диагностики кислотозависимых болезней является зондовая суточная рН-метрия пищевода и желудка [1]. При определении кислотообразующей функции желудка больных ЯБДК, ЯБЖ, ГЭРБ многие врачи используют функциональные интервалы базального рН: гиперацидность рН 1,5 и ниже; нормацидность рН 1,6-2,0; гипоацидность рН 2,1-5,9; анацидность рН выше 6,0.

При анализе суточной рН-метрии выделяют следующие промежутки в течение суток: базальный период (в течение 30-60 минут утром до еды, натощак), общее время исследования (24 часа); день с 8.00 до 20.00; пищеварительный период (время приема пищи и 1 час спустя после него); межпищеварительный период; 5) ночь с 20.00 до 8.00 и другие.

В качестве показателей кислотности ЖКТ человека в основном используются различные средние величины кислотности (рН). Так, программный комплекс «GastroScan», поставляемый в составе приборов («Гастроскан-24», «Гастроскан-ГЭМ», «Гастроскан-ИАМ»), автоматически определяет среднеарифметический рН и среднеквадратичный рН («индекс агрессивности»). Среднеарифметическое значение рН это сумма логарифмов концентраций водородных ионов, деленная на число значений рН рН-граммы. Среднеквадратичным значением рН является квадратный корень из среднеарифметического значения квадратов логарифмов концентраций ионов водорода. Кроме этих параметров программный комплекс «GastroScan» рассчитывает медиану рН, индекс кислотности (ИК), индекс DeMeester и другие.

Следует отметить, что при выборе диагностически значимого показателя для оценки кислотности необходимо учитывать приказы Минздрава РФ от 09.11.2012г №773н и №722н, согласно которых внутрижелудочное определение концентрации водородных ионов (рН) в желудочном содержимом и в пищеводе входит в перечень обязательных методов исследования при язвенной болезни желудка, двенадцатиперстной кишки и гастроэзофагеальной рефлюксной болезни. Из указанных приказов следует, что основным показателем (критерием) оценки кислотности в ЖКТ человека должна быть фактическая концентрация ионов водорода в желудочном содержимом и в пищеводе.

В ряде работ [2-5 и др.] установлено, что логарифмические значения рН и медиану рН нельзя использовать для определения средних величин рН суточных рН-грамм с целью оценки кислотности верхних отделов ЖКТ. В основе метода рН-метрии ЖКТ человека лежит определение концентрации свободных положительных водородных ионов Н+. Активную кислотность (или щелочность) содержимого ЖКТ человека оценивают по величине водородного показателя рН, равного минус lg α_H+ .

Очень часто безразмерный показатель рН путают с такими параметрами, как кислотность или щелочность желудочного содержимого. Главное отличие заключается в том, что рН это показатель интенсивности, но не количества. Активная кислотность α_H+ равна 10^-рН. То есть рН отражает только степень кислотности в желудке (или в пищеводе), в то время как кислотность характеризует количественное содержание в воде свободных ионов водорода. Используемая в суточных рН-граммах шкала рН состоит из 11 степеней кислотности (рН): 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10, соответствующих значениям концентраций свободных ионов водорода: 10^-0 ,10^-1 ,10^-2 ,10^-3 ,10^-4 ,10^-5 , 10^-6 , 10^-7 , 10^-8 , 10^-9, 10^-10 моль/л.

Видно, что при увеличении рН, например, с 1 до 2; с 1 до 4; с 1 до 6 кислотность уменьшается соответственно в 10, 1000, 100000 раз. Другими словами, кислотность (концентрация ионов H+) 0,1 моль/л (рН=1) превышает кислотности 0,01; 0,0001; 0,000001 моль/л, соответствующие значениям рН 2; 4; 6, соответственно в 10, 1000, 100000 раз.

Таким образом, одно значение рН=1 эквивалентно сумме 10 значений рН=2 или сумме 1000 значений рН=4 или сумме 100000 значений рН=6, соответственно. Если с величинами рН, равными 1, 2, 4, 6, обращаться как с простыми числами, то среднеарифметический рН будет равен 3,25 ((1+2+4+6) /4). Величине рН 3,25 соответствует кислотность 0,000562 моль/л.

А фактическая кислотность для указанных 4-х величин рН будет равна 0,027525 моль/л ((0,1+0,01+0,0001+0,000001)/4). Фактической средней величине кислотности 0,027525 моль/л соответствует фактический средний рН, равный 1,56. Фактический рН 1,56 меньше рН 3,25 в 2,1 раза, а фактическая кислотность 0,027525 моль/л превышает кислотность 0,000562 моль/л в 50 раз.

Очевидно, что использование среднеарифметического рН и среднеквадратичного рН при оценке кислотности желудка и пищевода необоснованно завышает среднюю величину рН и значительно занижает среднюю величину кислотности.

Обращаем внимание врачей, что программный комплекс «GastroScan» может преобразовывать значения рН на анализируемых участках суточной рН-граммы в концентрации ионов водорода H+ и вычислять фактические средние значения рН* через средние концентрации ионов водорода [H+]ср суточной рН-граммы или ее отдельных участков. К сожалению, многие практические врачи до сих пор используют для оценки кислотности желудка, пищевода, а также антисекреторного действия лекарств среднее арифметическое значений рН, измеренных регистрирующим блоком суточного ацидогастрометра, или медиану рН.

В настоящей работе мы проверили точность оценки кислотности в желудке и пищеводе на реальных суточных рН-граммах при использовании следующих показателей: среднеарифметического рН, индекса агрессивности, медианы рН и среднего значения рН*, вычисленного через среднюю концентрацию свободных ионов H+ с помощью программного комплекса «GastroScan» прибора «Гастроскан-24». Кроме того, для оценки достоверности указанных показателей мы с помощью калькулятора для научных расчетов Casio fx-570MS определяли средние концентрации [H+]ср свободных ионов водорода H+ в желудочном содержимом через десятичные антилогарифмы отрицательных средних значений рН и рН*.

При анализе суточной рН-граммы тела желудка обследованного № 1 (рис.1) установлено следующее. Базальный рН равен 1,8, то есть соответствует нормацидности. Среднее арифметическое значение рН, индекс агрессивности, медиана рН и рН*, вычисленный через среднюю концентрацию водородных ионов, равны соответственно 3,1; 3,6; 2,5 и 1,8 для тела желудка, 2,6; 3,1; 1,7 и 1,7 для кардии желудка и 5,9; 5,9; 6,0 и 3,9 для пищевода.

Таким образом, базальный рН 1,8 для тела желудка равен показателю рН* 1,8 за сутки, то есть фактической средней величине рН, вычисленной через среднесуточную фактическую концентрацию свободных ионов водорода. А среднее арифметическое значение рН 3,1 и медиана рН 2,5 больше базального рН (1,8 ед. рН), а следовательно, и показателя рН*, на 72% и 38,9% соответственно.

Среднеарифметический рН 3,1, индекс «агрессивности» 3,6 и медиана рН 2,5 значительно превышают среднее значение фактического рН* 1,8, вычисленное по концентрации ионов H+ .

Фактическая среднесуточная концентрация свободных ионов водорода, соответствующая рН* 1,8, равна 0,015849 моль/л.

Указанная фактическая концентрация ионов водорода, то есть фактическая кислотность 0,015849 моль/л тела желудка, больше концентрации ионов водорода 0,0007943 моль/л, соответствующей среднеарифметическому рН 3,1, в 20 раз и больше концентрации ионов водорода 0,0002512 моль/л, соответствующей индексу «агрессивности» 3,6, в 63 раза.

Рис. 1 Суточные рН-граммы тела, кардии желудка и пищевода обследованного №1

Среднеарифметическое значение рН 5,9, индекс «агрессивности» 5,9 и медиана рН 6,0 в нижней части пищевода превышают фактическое среднее значение рН* 3,9 в 1,51 – 1,54 раза. Концентрации ионов водорода, соответствующие значениям рН 5,9 и рН* 3,9, равны соответственно 0,000001259 моль/л и 0,0001259 моль/л.

Следовательно, использование среднего арифметического рН и индекса «агрессивности» необоснованно занижает фактическую концентрацию свободных ионов водорода 0,0001259 моль/л, то есть фактическую кислотность в нижней части пищевода в 100 раз.

При анализе суточной рН-граммы тела желудка обследованного № 2 (рис.2) установлено следующее. Базальный рН равен 2,8, то есть соответствует гипоацидности. Среднее арифметическое значение рН, индекс агрессивности, медиана рН и рН*, вычисленный через среднюю концентрацию ионов H+, равны соответственно 3,8; 4,0; 3,4 и 2,9 для тела желудка, 4,2; 4,6; 3,5 и 2,9 для кардии желудка и 6,5; 6,7; 6,9 и 3,8 для пищевода.

Таким образом, базальный рН 2,8 для тела желудка практически соответствует показателю рН* 2,9 за сутки, то есть фактической средней величине рН за сутки, вычисленной через среднесуточную концентрацию свободных ионов водорода.

Среднее арифметическое значение рН 3,8, индекс агрессивности 4,0 и медиана рН 3,4 превышают правильный фактический показатель рН*, равный 2,9, на 31%, 38% и 17% соответственно. То есть использование показателей среднеарифметический рН, среднеквадратичный рН и медиана рН необоснованно завышает среднее значение фактического рН* 2,9 для тела желудка, а следовательно, занижает кислотность в теле желудка. То же самое наблюдается и для кардии желудка и пищевода.

Фактическая среднесуточная концентрация свободных ионов водорода, соответствующая рН* 2,9, равна 0,001259 моль/л. Следовательно, указанная концентрация ионов водорода, то есть фактическая кислотность 0,001259 моль/л тела желудка, больше среднесуточной концентрации ионов H+ 0,0001585 моль/л, соответствующей среднеарифметическому рН 3,8, в 8 раз, и больше среднесуточной концентрации ионов H+ 0,0001 моль/л, соответствующей среднеквадратичному рН 4,0, в 12,6 раза.

Понятно, что среднее арифметическое значение рН, среднеквадратичный рН (индекс агрессивности), медиана рН это неправильные показатели Поэтому их не следует применять для оценки кислотности суточных рН-грамм пищевода и желудка.

Рис. 2 Суточные рН-граммы тела, кардии желудка и пищевода обследованных № 2

Среднеарифметическое значение рН 6,5, среднеквадратичный рН 6,7 и медиана рН 6,9 в нижней части пищевода превышают фактическое среднее значение рН* 3,8 соответственно в 1,71, 1,76 и 1,82 раза. Концентрации ионов водорода, соответствующие значениям рН 6,5 и рН* 3,8, равны соответственно 0,000000316 моль/л и 0,0001585 моль/л. Следовательно, использование среднеарифметического рН 6,5 занижает фактическую концентрацию свободных ионов водорода 0,0001585 моль/л, то есть фактическую кислотность в нижней части пищевода в 502 раза.

Известно, что нормальная кислотность в пищеводе равна 6,0-7,0 рН. Поэтому согласно значений среднеарифметическиго рН 6,5, среднеквадратичного рН 6,7 и медианы рН 6,9 в нижней трети пищевода обследованного № 2 кислотность нормальная. А у обследованного № 2 показатель DeMeester равен 28,66. То есть показатель DeMeester превосходит величину 14,72, то это указывает на наличие ГЭРБ. На наличие ГЭРБ указывает также и вычисленный через концентрации ионов средний рН* 3,8, который значительно меньше нижнего уровня нормальной кислотности пищевода рН 6,0.

При анализе суточной рН-граммы тела желудка обследованного № 3 (рис.3) установлено, что среднеарифметический рН, индекс агрессивности, медиана рН и рН*, вычисленный через среднюю концентрацию водородных ионов H+, равны соответственно 2,7; 3,0; 2,5 и 1,9 для тела желудка, 3,0; 3,6; 2,1 и 1,6 для кардии желудка и 6,6; 6,6; 6,6 и 4,2 для нижней

части пищевода. Среднеарифметический рН 2,7, индекс агрессивности 3,0 и медиана рН 2,5 превышают показатель рН*, равный 1,9, в 1,42; 1,58 и в 1,32 раза соответственно. Значения среднеарифметического рН 2,7, среднеквадратичного рН 3,0 и медианы рН 2,5, указывают на гипоацидность тела желудка обследованного № 3, а фактический средний рН* 1,9 указывает на нормацидность тела желудка.

Концентрация ионов H+, соответствующая рН 2,7 и равная 0,001995 моль/л, меньше фактической кислотности 0,01259 моль/л, соответствующей рН* 1,9, в 6,3 раза.

Среднеарифметическое значение рН 6,6 и медиана рН 6,6 нижней части пищевода превышают фактическое среднее значение рН* 4,2 в 1,57 раза. Концентрации ионов водорода, соответствующие значениям рН 6,6 и рН* 4,2, равны соответственно 0,000000251 и 0,0000631 моль/л. Следовательно, использование среднеарифметического рН 6,6 занижает фактическую кислотность в нижней части пищевода в 251 раз.

Рис. 3 Суточные рН-граммы тела, кардии желудка и пищевода обследованного № 3

Таким образом, достоверными показателями оценки кислотности в желудке и пищеводе, вычисленными с помощью программного комплекса «GastroScan» прибора «Гастроскан-24» и научного калькулятора, являются средние величины рН*, вычисленные через концентрации ионов Н⁺ , и средние концентрации ионов Н⁺ в желудочном содержимом и в пищеводе, вычисленные через антилогарифмы α_H+ = 10^-рН.

Использование для оценки кислотности в желудке и пищеводе среднеарифметического рН, среднеквадратичного рН и медианы рН существенно занижает средние концентрации ионов Н⁺ в желудке и пищеводе, то есть фактическую кислотность, поэтому указанные показатели являются недостоверными. Следовательно эти показатели не следует применять для оценки кислотности в желудке и пищеводе.

Кроме указанных показателей средней величины кислотности (рН) также существуют

индекс кислотности (ИК) и показатель DeMeester. Так., Tutuian R., Castell D.O., Xue S., Katz P.O. с целью повышения точности определения времени с рН менее 4 предложили в 2004 году упрощенный по сравнению с расчетом показателя DeMeester расчет индекса кислотности (ИК) по формуле, учитывающей, по мнению авторов, логарифмическую зависимость рН от концентрации ионов водорода [Н⁺] : ИК = (1000 х (% времени с 0,8 ≤ рН < 1) + 100 х (% времени с 1 ≤ рН < 2) + 10 х (% времени с 2 ≤ рН < 3) + (% времени с 3 ≤ рН < 4 ))/100% .

Из предложенной указанными авторами формулы расчета ИК следует, что измеренный процент времени самого кислого интервала с 0,8≤рН<1 увеличивается в 10 раз. Измеренный процент времени интервала с 1≤рН<2 не изменяется. Измеренный процент времени интервала с 2≤рН<3 уменьшается в 10 раз, а процент времени интервала с 3 ≤ рН < 4 уменьшается в 100 раз. То есть в самый кислый интервал рН входят значения рН от 0,80 до 0,99, а в следующий интервал рН - значения рН от 1,0 до 1,99. Кислотность [H⁺] рН 0,8 равна 0,16 моль/л. Кислотности [H⁺], соответствующие значениям рН 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1.6; 1,7; 1,8; 1,99, равны соответственно 0,1; 0,0794; 0,063; 0,051; 0,0398; 0,0316; 0,0251; 0,02; 0,0159; 0,0102 моль/л.

Кислотность 0,16 моль/л самого кислого значения рН в желудке, равного 0,8 ед. рН, превышает кислотности 0,1; 0,0794; 0,063; 0,051; 0,0398; 0,0316; 0,0251; 0,02 соответственно в 1,6; 2,01; 2,54; 3,14; 4,02; 5,06; 6,37; 8 раз, а не в 10 раз. Очевидно, что применение указанными авторами коэффициентов 10, 1, 0,1 и 0,01 при расчете времени с рН менее 4 неправомерно. Считаем оценку времени с рН менее 4 с помощью показателя ИК недостоверной потому, что формула неправильно учитывает логарифмическую зависимость значений рН в интервалах рН 1,00-1,79, 2,00-2,79 и 3,00-3,79 из-за необоснованного значительного занижения % времени в последних. Поэтому показатель ИК не следует использовать для оценки кислотности желудка и пищевода.

Методы интегральной оценки кислотности пищевода, в том числе, и индекс кислотности пищевода не нашли широкого применения [6]. Комплексные показатели закисления пищевода, например, индекс DeMeester, хотя и оценивают одновременно несколько параметров суточной рН-метрии (общее количество эпизодов снижения рН менее 4, количество эпизодов рефлюксов в вертикальном и горизонтальном положении тела больного, доля время исследования со значениями рН менее 4, количество зарегистрированных снижений рН длительностью более 5 минут), в настоящее время считаются недостаточно эффективными вследствие невысокой чувствительности.

Согласно данных авторов [6] патологический рефлюкс выявлялся у 25,8 % больных с НЭРБ и у 61,1 % больных в группе с ЭРБ, при этом у 62 % больных НЭРБ результаты 24-часовой рН-метрии укладывались в пределы нормы. По их мнению, индекс DeMeester не является диагностически значимым показателем для пациентов с НЭРБ, нормальные значения которого могут приводить к неправильной трактовке и ошибочной тактике ведения больного.

Авторы [7] считают, что несмотря на достаточно высокую информативность суточной рН-метрии, у части больных с эндоскопическими признаками рефлюкс-эзофагита и наличием симптомов ГЭРБ регистрируются нормальные результаты исследования. Авторами [8] на основании результатов изсследования 120 пациентов с эрозивной и неэрозивной формами ГЭРБ, у которых диагноз заболевания определялся на основании выявления изжоги и отрыжки кислым с частотой более двух раз в неделю, а также результатов эндоскопического обследования, установлено, что патологический гастроэзофагеальный рефлюкс (индекс DeMeester больше 14,72 и доля времени суток более 4 % со значением рН в пищеводе менее 4) был выявлен у 31,9 % больных в группе НЭРБ и у 47,1 % больных в группе ЭРБ, при этом у 47 % больных НЭРБ результаты 24-часовой рН-метрии укладывались в пределы нормы.

Мы предлагаем для повышения точности диагностики ГЭРБ новый показатель кислотности, а именно, среднюю величину рН*_<4,0 , вычисленную через концентрации ионов H+ для всех измеренных (на уровне 5 см выше края нижнего пищеводного сфинктера) значений рН менее 4.

Также предлагаем использовать для оценки кислотности фактическую среднюю кислотность за сутки (среднюю концентрацию ионов H+) в моль/л, вычисленную через рН* за сутки, и фактическую среднюю кислотность в моль/л за время с рН < 4, вычисленную через показатель кислотности РН*_<4,0 .

Считаем, что введение в протокол четырех новых достоверных показателей фактической кислотности, а именно: среднего рН* за сутки; среднего рН*_<4,0 за время с рН < 4 (вычисленных через концентрации ионов Н⁺); средней концентрации ионов Н⁺ за сутки, вычисленной через среднесуточный рН*; средней концентрации ионов Н⁺ за время с рН < 4, вычисленной через показатель кислотности рН*_{<4,0 ,} повысит информативность, достоверность и значимость суточной рН-метрии при диагностировании кислотозависимых болезней в желудке и пищеводе. Границы нормы и патологии для предложенных нами четырех показателей кислотности должны установить практические врачи.

Литература:

1. А.С. Артемьев, И.А. Ильин, Л.В. Кононенко, А.Г. Михеев, Л.Е. Мишулин, Т.В. Никитина, Б.В.Ракитин, М.М.Трифонов, С.И.Щукин, Г.А.Яковлев Импедансоацидомонитор «Гастроскан-ИАМ» // Медицинская техника. 2013. № 6 (282). С. 10–14.

2. Г.А. Яковлев Модернизация метода определения средней величины рН в медицине.//21.07.2010, www.medlinks.ru

3. Яковлев Г.А. О выборе метода расчета средней величины кислотности при 24-часовой рН-метрии // 29/12/2015, www.medlinks.ru

4. Яковлев Г.А. Основы зондовой рН-метрии, 2009, М., «Медицина», 175с.

5. Яковлев Г.А. Некоторые рекомендации о проведении измерений, анализа и оценки кислотности в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) по величинам рН, измеренным рН-зондом (или Z-рН-зондом) с сурьмяными электродами// 16-12-2015, www.medlinks.ru .

6. Кукушкина М. Д., Морозов С. В., Исаков В. А. Роль комбинированной 24-часовой рН-импедансометрии пищевода в диагностике различных клинических форм гастроэзофагеальной рефлюксной болезни,- Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология, 2012, № 7, с.91-96.

7. Ю. В. Васильев, О. Б. Янова Интерпретация результатов ацидификации пищевода и желудка (по данным 24-часовой pH-метрии), Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. – 2011, N 5, с. 75-79.

8. Frootan M., Choobtashani S., Azargashb E. et al. Non-erosive reflux disease compared with erosive esophagitis with regards to acid reflux and symptom patterns // Turk J Gastroenterol. — 2011. — Vol. 22. — P. 464 – 471.