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 γ, который определяется экспериментально

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

где К_w - ионное произведение воды.

Как всякая константа равновесия, константа К_w 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 = Jk^ = 10^-7 моль/л (при температуре 22°С).

Таблица 2.1 Температурная зависимость ионного произведения воды

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 К зависит от температуры (табл. 2.1).

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 γ в табл. 2.2 определен именно для чистого раствора HCl в воде. Для желудочного сока, содержащего много разных компонентов, коэффициент активности будет другим.

Водородный показатель рН предложил в 1909 году датский биохимик S.P.L. S0rensen (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. Sorensen 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. Sorensen 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.

Таблица 2.2 Сравнение различных характеристик растворов соляной кислоты

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

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

Свои исследования S.P.L. Sorensen 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 р_Н был заменен на рН.

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 титра ционным, 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 10⁷— 10¹⁰ 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. Девятко-вым (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 внутрижелу-дочная 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.

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

Одновременно с изучением интрагастрального рН важная роль отводилась изучению рН содержимого в двенадцатиперстной кишке (В.И. Есенин, 1970; С.А. Чернякевич, 1973; Baugh et a l, 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).

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, B.X. Василенко с сотр., 1971 и др.). Опыт использования сочетан-ного 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 "Иономано-метрическое 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 мони-торирование 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 гастроэзо-фагеальных 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 дифференци альной диагностики загрудинных болей - "Гастроскан-ЭКГ";
• для мониторинга одновременно рН и электрической активности ЖКТ (же лудка, 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).

Показаниями для проведения рН-метрии являются:

• гастроэзофагеальная рефлюксная болезнь (ГЭРБ);
• язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки;
• различные формы хронического гастрита;
• болезнь Золлингера-Эллисона;
• оценка действия лекарственных средств, снижающих секрецию, их инди
  видуальный подбор для больного;
• состояния после резекции желудка.

Основные исследования, проводимые с помощью определения рН, условно можно подразделить на следующие группы: длительный мониторинг рН пищевода, длительный мониторинг рН желудка, кратковременная внутрижелудоч-ная рН-метрия и экспресс рН-метрия.

2.2.1. Длительный мониторинг рН пищевода позволяет определить наличие или отсутствие гастроэзофагеальных рефлюксов, особенно в некоторых клинически неясных случаях.

рН-метрия пищевода необходима в случаях отсутствия выраженных эндоскопических изменений у больных с типичными проявлениями гастроэзофаге-альной рефлюксной болезни (ГЭРБ):

• У больных с атипичными проявлениями ГЭРБ:
  • боль в груди, не связанная с заболеваниями сердечно-сосудистой системы, (у больных с нормальными данными коронарографии в 40-50%
    случаев приступы болей в груди связаны с эпизодами гастроэзофагеального рефлюкса);
  • приступы бронхиальной астмы (по данным различных авторов связь приступов бронхиальной астмы с эпизодами гастроэзофагеального
    рефлюкса выявляется в 34-89% случаев, а у 20% здоровых лиц в течение жизни отмечались приступы бронхоспазма, связанные с забросом кислоты в пищевод).
• У больных с ЛОР заболеваниями (кислотный рефлюкс в 10-50% случаев является причиной патологической охриплости голоса, хронического кашля, хронического ларингита, гранулемы голосовых связок, стеноза глотки или трахеи, а иногда даже неопластических процессов).
• До и после оперативного вмешательства по поводу рефлюкс-эзофагита.
• Для оценки эффективности проводимого лечения (особенно у больных с малосимптомными проявлениями ГЭРБ).

2.2.2. Длительный мониторинг рН желудка позволяет

• судить о процессе кислотообразования в течение суток в естественных условиях с оценкой действия различных факторов (пищи, курения и т. д.);
• оценить действие различных лекарственных препаратов на внутрижелудочную кислотность (блокаторов Н₂-рецепторов гистамина, блокаторов Н⁺-К⁺-АТФ-азы, антацидов и др.);
• выявить резистентность к приему различных антисекреторных препаратов;
• оценить функциональное состояние желудка до и после оперативных вмешательств;
• подобрать эффективную схему приема антисекреторных препаратов, особенно у больных с кровоточащими язвами.

2.2.3. Основной задачей кратковременной внутрижелудочной рН-метрии является исследование кислотообразующей функции желудка в базальных и стимулированных условиях. При экспресс рН-метрии определяется только базальный уровень кислотности, т.е. решается вопрос о наличии или отсутствии соляной кислоты и определяется примерный уровень интрагастральной концентрации водородных ионов.

2.3. Противопоказания к проведению рН-метрии

Противопоказания к исследованию складываются из противопоказаний к введению желудочного зонда и противопоказаний к использованию тех или иных стимуляторов или ингибиторов желудочной секреции.

Противопоказания к введению рН-зонда:

• желудочное кровотечение (во время кровотечения и в течение 10 суток после его завершения);
• аневризма аорты;
• ожоги, дивертикулы, стриктуры пищевода;
• тяжелые формы гипертонической болезни и коронарной недостаточности;
• обструкция носоглотки;
• тяжелые челюстно-лицевые травмы;
• тяжелые формы коагулопатий.

Относительными противопоказаниями являются:

• недавние хирургические вмешательства на верхних отделах ЖКТ;
• опухоли и язвы пищевода;
• наличие варикозных вен пищевода;
• кровотечение из верхних отделов ЖКТ (после остановки кровотечения возможно проведение длительной рН-метрии для контроля эффективно
  сти действия антисекреторных препаратов предупреждающих развитие повторных кровотечений).

Противопоказания к использованию стимуляторов (гистамин, инсулин):

• тяжелые формы сердечной и легочной недостаточности;
• тяжелые формы гипертонической болезни;
• почечная недостаточность;
• печеночная недостаточность;
• тяжелые формы сахарного диабета;
• тяжелые формы аллергических реакций в анамнезе.

В качестве стимулятора секреции желудка часто используется пентагастрин. Этот синтетический аналог антрального гормона гастрина является физиологически адекватным возбудителем желудочной секреции, и выгодно отличается от гистамина тем, что не вызывает побочных реакций. При подкожном введении отечественного пентагастрина в обычно применяемой дозе (6 мкг на 1 кг массы тела) секреция соляной кислоты усиливается почти также, как при использовании субмаксимальных (0,08-0,01 мг/кг) доз солянокислого гистамина.

Противопоказанием к использованию пентагастрина являются: недостаточность кровообращения II-III стадии, нарушения сердечного ритма, выраженная гипотензия.