В основе электрофизиологии ЖКТ лежит учение о синцитивности гладкомышечной ткани, вследствие которой некоторые зоны действуют как электрические водители ритма (пейсмейкеры), от которых волна деполяризации распространяется на другие клетки со скоростью, зависящей от водителя ритма. Именно это свойство гладкомышечной ткани ЖКТ лежит в основе моторной и эвакуаторной функций пищеварительного тракта. Таким образом, регистрация электрических потенциалов ЖКТ позволяет оценить его моторно-эвакуаторную функцию.

Согласно принятой классификации биопотенциалов гладких мышц выделяют [19, 20, 48, 49, 44, 45]:

• Трансмембранные потенциалы покоя.
• Медленные электрические волны (синонимы: электрическая контрольная активность, основной электрический ритм, базальный электрический ритм, ритмозадающие потенциалы).
• Пиковые потенциалы (синонимы: спайковая активность, потенциалы действия, электрическая ответная активность).

Под трансмембранным потенциалом покоя понимают разность потенциалов, существующую между внутри- и внеклеточной средой при отсутствии изменений электрической активности. Величина трансмембранного потенциала колеблется в пределах от 20 до 90 мв. Она может изменяться под влиянием различных воздействий: гормональных, нервных, химических, механических, температурных [3, 6, 7, 14, 19, 45, 60, 63, 77, 85, 89].

Медленные электрические волны представляют собой периодические фазы деполяризации и реполяризации мембран гладкомышечных клеток. В экспериментах in vivo и in vitro было отмечено, что эти изменения происходят автономно, они не связаны с влиянием нервной системы, гуморальных регуляторов, не угнетаются под действием фармакологических агентов. По-видимому, периодические изменения мембранного потенциала гладкомышечной клетки можно рассматривать как следствие колебаний внутриклеточных процессов метаболизма и проницаемости мембраны гладкомышечных клеток [15, 19].

По мнению ряда авторов, медленные волны – это подпороговые изменения мембранного потенциала, а при превышении порога возникают пиковые потенциалы действия и сокращения мышц. Медленные электрические волны постоянно проводятся в каудальном направлении независимо от амплитуды сокращений, числа и амплитуды пиковых потенциалов.

Амплитуда медленных электрических волн желудка, равно как и амплитуда его перистальтических сокращений, увеличивается от фундального отдела к антральному.

Кроме этого, было отмечено, что медленные изменения электрической активности в ЖКТ происходят с достаточно постоянной частотой для каждого из его отделов. Важно отметить, что частота медленных электрических волн определяет максимально возможную частоту сокращений гладких мышц ЖКТ [11, 15, 19, 22, 25, 48]. В эксперименте также было выявлено существование в кишечнике прокто-дистального градиента частот – частота медленных волн максимальна в двенадцатиперстной кишке и в начальном участке тощей кишки и уменьшается в дистальных отделах кишечника [15, 48].

Скорость распространения основного электрического ритма в различных отделах желудочно-кишечного тракта неодинакова и зависит от его функционального состояния и водителя ритма [19]. Для желудка она колеблется от 0,3-0,5 см/с (в фундальном отделе) до 1,4-4,0 см/с (в антральном отделе) [19, 20, 30, 49].

Пиковые потенциалы или потенциалы действия представляют собой относительно быстрое изменение мембранного потенциала, которое тесно связано с уровнем потенциала покоя и амплитудой медленной электрической волны, и отражают локальное сокращение мышечного волокна [19, 48].

Пиковые потенциалы возникают на плато медленной волны. Сила сокращения мышечного волокна зависит от частоты, амплитуды и числа пиковых потенциалов на электрограмме исследуемого органа. При этом интенсивность сокращения коррелирует с числом потенциалов действия в единицу времени, а медленная волна играет роль фактора, координирующего сократительную активность органа. Доказано отсутствие сокращений мышц вне регистрации пиковых потенциалов.

В отличие от механизма генерирования медленных электрических волн, который отличается устойчивостью к фармакологическим препаратам, на возникновение пиковых потенциалов и сокращение гладких мышц могут оказать значительное влияние такие вещества как ацетилхолин, неостигмин, атропин, адреналин, прокаин, морфин, гистамин, кокаин, никотин [10, 77, 85, 89].

Происхождение базальных электрических ритмов ЖКТ окончательно не выяснено, однако наиболее вероятна их миогенная природа. Изначально считалось, что источником медленных электрических волн является продольный мышечный слой, откуда они электротонически передаются в циркулярный слой, где происходит генерирование пиковых потенциалов действия. Однако при удалении в условиях эксперимента продольного слоя мышц электрическая деятельность ЖКТ сохранялась. Также в эксперименте показано, что механическое натяжение мышц не является абсолютно необходимым для распространения медленных электрических волн, поскольку они распространяются и в атоничном кишечнике. Тем не менее, в пользу миогенной природы электрических потенциалов свидетельствуют опыты по денервации ЖКТ, при которой не происходит блокирования ни медленных электрических волн, ни пиковых потенциалов. Однако некоторым исследователям удалось блокировать всякую активность кишки никотином. Это позволило им прийти к заключению, что медленные электрические волны ЖКТ возникают в его интрамуральном нервном сплетении [99]. Некоторые авторы считают, что источником потенциалов действия является циркулярный слой мышц, т.к. число и продолжительность потенциалов действия прямо пропорционально величине сокращений циркулярного мышечного слоя, что позволяет сделать вывод о миогенном происхождении потенциалов действия, так же, как и медленных волн [30].

Вопрос о локализации пейсмейкера ЖКТ остается открытым. Проведенные исследования показали, что «водитель ритма» желудка расположен в проксимальной части большой кривизны, а для тонкой кишки данную роль играет проксимальный отдел двенадцатиперстной кишки (наиболее вероятные локализации – область впадения общего желчного протока, верхне-горизонтальная ветвь двенадцатиперстной кишки). Он генерирует медленные электрические волны с частотой наиболее высокой для всей тонкой кишки [21, 30, 51]. Однако, достоверного морфологического подтверждения локализации пейсмейкерных зон не получено. При этом, в эксперименте было доказано, что любая зона ЖКТ является «датчиком ритма» для каудально расположенных сегментов или становится таковым в определенных условиях (например, при перерезке кишки), что может являться косвенным доказательством отсутствия морфологически обусловленных пейсмейкерных зон [15, 19].

Многочисленными исследователями было доказано существование тесной взаимосвязи между электрической и сократительной деятельностью ЖКТ [9, 11, 29, 40, 44, 48, 65, 71, 73, 74, 86, 97]. Электрическая и механическая деятельность ЖКТ взаимообусловлены и отражают разные стороны сократительной деятельности: первая – функциональное состояние мышечного слоя органа, вторая – наличие реализованных, координированных сокращений. При этом характер и величина биоэлектрической активности в достаточно широком диапазоне совпадает с изменениями механической деятельности [39].

Все существующие на настоящий момент электрофизиологические методы исследования ЖКТ можно разделить на две группы [4, 9, 39, 41, 47, 61, 66, 108].

Регистрация электрических потенциалов с помощью вживленных в стенку органа электродов (прямая электрогастроэнтерография).

Регистрация электрической активности с поверхности тела – брюшной стенки или конечностей (периферическая электрогастроэнтерография).

Методы, относящиеся к первой группе, позволяют регистрировать изменения потенциалов действия, которые непосредственно отражают моторную активность участка пищеварительной трубки. Преимуществом данных методов является высокая информативность получаемых данных, основанная на точной локализации электрода. В то же время потенциалы действия не могут быть непосредственно зарегистрированы на поверхности тела, так как они не распространяются дальше пределов органа. Таким образом, необходимость имплантировать электроды в стенку органа и невозможность оценки биоэлектрической активности всего ЖКТ (поскольку регистрируемые данные характеризуют состояние только локализованного под электродом участка кишки) ограничивают использование прямой электрогастроэнтерографии в повседневной клинической практике [15, 29].

Учитывая вышесказанное, исследователями была выявлена высокая прямая корреляционная связь между показателями изменений медленных волн и потенциалов действия. При этом основным преимуществом оценки медленных волн является возможность их регистрации с поверхности тела. В.Г. Ребров доказал возможность регистрации изменений электрического потенциала ЖКТ с конечностей (1974 г.). В результате был разработан метод периферической электрогастроэнтерографии.

H.P. Parkman и соавторы (2003 г.) выявили достоверную связь между результатами прямой и непрямой электрогастроэнтерографии, и эта связь тем теснее и достовернее, чем интенсивнее пиковая электрическая и моторная активность ЖКТ [29, 47].

Следует отметить, что электрогастроэнтерограмма, записанная как с помощью вживленных электродов, так и электродов, расположенных на поверхности тела, не позволяет судить о количестве, величине и силе координированных сокращений какого-либо отдела ЖКТ, однако она отражает общую физиологическую активность данного отдела, что выражается в колебаниях суммарной величины биопотенциала в единицу времени и в изменениях конфигурации кривой [11, 39].

В 1952-1954 гг. М.А. Собакиным была разработана методика регистрации электрических потенциалов желудка с поверхности тела (с передней брюшной стенки в проекции расположения желудка). Модификация данного метода была осуществлена В.Г. Ребровым в 1974 г. Он первым осуществил регистрацию электрических потенциалов ЖКТ с конечностей пациента [36]. В.Г. Ребровым была разработана классификация электрических сигналов, регистрируемых в полосе частот ЖКТ (см. табл. 1).

Таблица 1. Классификация биоэлектрических волн ЖКТ (по В.Г. Реброву, 1981 г.) [5, 33]

Аналогичные результаты значения частоты желудка были получены и другими исследователями [30, 51]. Данные значения легли в основу алгоритма оценки электрофизиологической активности ЖКТ на основании ее частотных характеристик.

На основании данного алгоритма выделяют три варианта электрической активности желудка [30, 51, 61, 109, 110, 113, 115, 116].

Нормогастрия – наибольший максимум электрической активности желудка приходится на диапазон частот 2-4 цикл/мин.

Брадигастрия – наибольший максимум электрической активности желудка приходится на диапазон частот <2 цикл/мин.

Тахигастрия – наибольший максимум электрической активности желудка приходится на диапазон частот более 4 цикл/мин.

Кроме данного способа оценки электрогастрографии (ЭГГ), с учетом ведущей частоты, существует также характеристика ЭГГ по величине средней амплитуды биоэлектрической активности, согласно которой выделяют нормокинетический, гипокинетический и гиперкинетический типы кривой ЭГГ [59].

Было доказано, что нормальная электрофизиологическая деятельность желудка характеризуется следующим. Преобладающая частота как до, так и после пищевой нагрузки находится в диапазоне 2-4 цикл/мин (при этом после приема пищи происходит увеличение частоты биоэлектрической активности желудка по сравнению с тощаковым исследованием). После пищевой стимуляции происходит увеличение амплитуды биоэлектрической активности желудка в области основной частоты и снижение фактора нестабильности по частоте (ФНЧ – отношение стандартного отклонения частоты биоэлектрической активности к ее среднему значению, выраженное в процентах). Уменьшение последнего показателя свидетельствует об уменьшении аритмии, что, вероятнее всего, обусловлено более координированной работой различных отделов желудка после приема пищи [30, 31, 40].

Однако, несмотря на многочисленные работы, проведенные в этой области, до настоящего времени отсутствует унифицированная методика регистрации и анализа биоэлектрической активности желудка и кишечника. Это связано в первую очередь с отсутствием прямой корреляции, как это наблюдается при проведении электрокардиографии, между электрической активностью органа и сокращениями его гладкой мускулатуры [11]. Кроме того, конфигурация и амплитуда электрогастро- и энтерограмм изменчива и зависит от функционального состояния органов желудочно-кишечного тракта, способа регистрации (внутри- и внеклеточно, униполярно или биполярно), конструкции электрода, способа его фиксации или вживления, ориентации биполярных электродов относительно продольной оси исследуемого органа, межэлектродного расстояния и сопротивления, времени пребывания электродов в организме. Немаловажное значение имеет и полоса пропускания усилителя биопотенциалов регистрирующего устройства. По мнению одних авторов, оптимальная полоса пропускания для регистрации неискаженных электрических потенциалов от органов желудочно-кишечного тракта должна составлять 0,05-500 Гц [19, 48], по мнению других 0-1 Гц [29].

По данным литературы, применение метода периферической ЭГЭГ в повседневной клинической практике позволяет [58, 64, 70, 75, 81, 83, 84, 91, 104]:

Оценивать биоэлектрическую активность ЖКТ и на основании полученных данных оценивать состояние моторно-эвакуаторной функции различных отделов ЖКТ.

Выявлять на ранних стадиях функциональную и органическую патологию ЖКТ (ХДН, ГЭР, ДГР и т.д.), когда возможности диагностики данных состояний другими методами еще невозможны или ограничены.

Адекватно подбирать коррегирующую терапию, оценивать ее эффективность и изучать механизмы воздействия лекарственных препаратов на моторную функцию ЖКТ.

Диагностировать формирующийся стеноз выходного отдела желудка на ранних стадиях, выявлять локализацию и степень выраженности стеноза.

Прогнозировать развитие гастростаза после операций на желудке.

Диагностировать на ранних стадиях послеоперационный парез ЖКТ.

В настоящее время в клинической практике появляется возможность одновременного проведения электрогастрографии и внутрижелудочной рН-метрии [2, 13, 30, 39, 47].

При этом метод периферической ЭГЭГ имеет ряд недостатков, ограничивающих его использование в практике. К таким недостаткам, по данным литературы, относятся:

Отсутствие стандартной методики выполнения периферической ЭГЭГ.

Отсутствие общепринятых норм электрофизиологических параметров биоэлектрической активности ЖКТ.

Невозможность оценки изменения электромоторных нарушений в конкретные моменты времени на локальных участках ЖКТ.

Тем не менее, несмотря на существующие недостатки, метод периферической ЭГЭГ становится в настоящее время все более популярным в практической гастроэнтерологии, о чем свидетельствует большое количество исследовательских работ в данной области [87, 88, 90, 92, 93, 95, 96, 100, 102, 107].