Submit manuscript Sign in / Sign up
Advanced search
Article sections

METHOD OF STUDYING RHEOLOGICAL PROPERTIES OF MUCIC STOMACH GEL AND ITS DIAGNOSTIC RELEVANCE

Research article
Borisov Yu.Yu.
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.59.140
Issue: № 5 (59), 2017
Published:
2017/05/19
PDF

Борисов Ю.Ю.

ORCID: 0000-0003-2659-2211, Доктор медицинских наук, профессор,

Краснодарский муниципальный медицинский институт высшего сестринского образования

МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ  РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЛИЗИСТОГО ГЕЛЯ ЖЕЛУДКА И ЕЕ ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

Аннотация

Описана оригинальная методика изучения  реологических (структурно-механических) свойств слизистого геля желудка, выделенного и цельного желудочного сока центрифугированием. Показана высокая воспроизводимость всех изучаемых реологических характеристик.  По результатам исследования 66 больных и 17 здоровых испытуемых установлено, что при язвенной болезни существенно снижены упруговязкие свойства желудочной слизи, а выраженность и частота реологических нарушений зависят от локализации язвы. Убедительно доказано, что ротационная вискозиметрия обладает высокой  диагностической информативностью и может быть использована для изучения реологических характеристик желудочной слизи в клинических условиях.

Ключевые слова: слизистый гель желудка, ротационная вискозиметрия, реологические свойства.

Borisov Yu.Yu.

ORCID: 0000-0003-2659-2211, MD, Professor,

Krasnodar Municipal Medical Institute of Higher Nursing Education

METHOD OF STUDYING RHEOLOGICAL PROPERTIES OF MUCIC STOMACH GEL AND ITS DIAGNOSTIC RELEVANCE

Abstract

The paper describes original technique for studying rheological (structural and mechanical) properties of the mucic stomach gel, egested and whole gastric acid by means of centrifugation. It shows high reproducibility of all studied rheological characteristics. Based on the results of the study, it was found that peptic ulcer disease significantly reduced the elastic-viscous properties of gastric mucus for 66 patients and 17 healthy subjects, while the severity and frequency of rheological disorders depend on the localization of the ulcer. It is convincingly proved that rotational viscosity has high diagnostic informativity and can be used to study rheological characteristics of gastric mucus in clinical conditions.

Keywords: mucic stomach gel, rotational viscosity, rheological properties.

Водонерастворимый слизистый гель, выстилающий непрерывным слоем слизистую оболочку желудка (СОЖ), благодаря высокой вязкости, адгезивности и способности к самовосстановлению, образует своеобразный барьер, предотвращающий ее повреждение кислотой, пепсином и многочисленными экзогенными гастротоксическими веществами [2, С. 19], [6, С. 58], [9, С. 829]. Клиническая оценка этого барьера остается важной и пока еще до конца  не решенной проблемой. Довольно трудоемкие определения содержания в желудочном соке некоторых углеводных компонентов слизи (глюкозаминогликанов, фруктозы, галактозы, сиаловых кислот) дали весьма противоречивые результаты при обследовании сходных групп больных [5, С. 44], [8, С. 285] и не стали надежными диагностическими тестами.

Известно, что протективные свойства желудочной слизи обеспечиваются главным образом высокомолекулярными гликопротеинами (ГП), причем структура и пространственная ориентация этих макромолекул (по типу ветряной мельницы) обеспечивает ее вязкие и гельформирующие свойства [9, C.830]. Убедительно доказано, что вязкость слизи прямо коррелирует с ее способностью противостоять повреждающему действию кислоты и пепсина [7, C. 276], а противоязвенный эффект некоторых современных лекарственных средств, таких как мизопростол, обусловлен их способностью повышать вязкость желудочной слизи [1, C. 78]. Поэтому реологические (упруговязкие) свойства слизи, отражающие прочность внутренней структуры геля и степень полимеризации макромолекул ГП, могут служить ее интегральной и адекватной характеристикой.

В настоящем сообщении представлена достаточно простая и пригодная для широкого клинического применения методика выделения нерастворимых компонентов желудочной слизи, моделирования слизистого геля и определения его структурно-механических свойств, а также показана диагностическая ценность такого исследования.

Техника выделения слизистого геля. Желудочный сок, полученный по стандартной методике, гомогенизируют для разрушения крупных агрегатов нерастворимой слизи и центрифугируют в течение 30 минут со скоростью вращения ротора 3000 об/мин. При этом нерастворимые компоненты слизи оседают на дно пробирок, где формируется гелевая структура, которая может рассматриваться в качестве модели нативного слизистого геля. Над осадочную жидкость сливают, выделенный слизистый гель подвергают структурно-механическому (реологическому) исследованию. В основу описанной методики положены уникальная способность ГП к формированию водонерастворимых вязкоэластичных гелей, когда их концентрация достигает 30-50 мг/мл, а также тот факт, что реологические свойства слизи полностью воспроизводятся при моделировании суспензией очищенных ГП [7, C. 277].

Измерение структурно-механических параметров слизи. Для исследования  структурно-механических свойств слизи использовали методические подходы, принятые в физико-химической механике для определения реологических свойств высокомолекулярных полимеров [3, С. 18], [4, С. 198]. Как известно, гели, к которым относится пристеноч­ная желудочная слизь, обладают свой­ствами твердого тела - упругостью, эластичностью, а также свойствами не­ньютоновской жидкости - аномальной вязкостью, значения которой зависят от скорости сдвигового течения. Для рео­логических исследований слизи целесо­образно использовать ротационную вис­козиметрию, обеспечивающую получе­ние наибольшего числа физико-механи­ческих характеристик материалов и об­ладающую высокой точностью, доста­точной простотой и надежностью [3, С. 24].

Ход исследования. Измерения реоло­гических параметров слизи проводили на прецизионном ротационном вискозимет­ре Rheotest-2 (фирма MLW, Германия)  с использованием системы конус - плита. Измеритель­ная ячейка вискозиметра термостатируется при температуре 37° С.

В соответствии с инструкцией по экс­плуатации прибора, 0,1 мл слизи наносят в центр рабочей плиты и соединяют по­следнюю с измерительным конусом та­ким образом, чтобы испытуемое веще­ство равномерно распределилось в кли­новидном зазоре между плитой и кону­сом. Реологические измерения проводят в двух режимах вращения конуса: при низкой скорости сдвига (D=11,1 с-1, 1а ступень числа оборотов), когда структура геля практически не разру­шается, и при высокой скорости сдвига (D=4860 с-1, 12а ступень числа оборо­тов), когда структура геля полностью разрушается в результате механического воздействия. Показания электронного динамометра, измеряющего величину касательного напряжения в клиновид­ном зазоре между стационарной плитой и вращающимся конусом, считывают со шкалы индикаторного прибора и реги­стрируют самопишущим прибором Н-399 (Россия).

Исчисление парамет­ров и выражение результатов. Предел упругости слизистого геля и эф­фективную вязкость его неразрушенной структуры определяют при низкой ско­рости сдвига (D=11,1 с-1), после чего при высокой скорости сдвига (D=4860 с-1) разрушают слизистый гель и определяют эффективную вязкость разрушенной структуры.

Предел упругости слизистого геля (τ, дин/см2), эффективную вязкость нативной (ƞ1, сП) и раз­рушенной (ƞ2, сП) слизи рассчитывают по формулам:

τ =с×а1;  ƞ1= c×a2×f1;   ƞ2 = c×а3×f2,

где С - константа конуса (68,11 дин/см2);  а1 - максимальное отклонение стрелки индикаторного прибора, соответствую­щее началу сдвигового течения; а2 и аз — отклонение стрелки индикатор­ного прибора при установившемся те­чении, соответственно, на низкой и высо­кой скоростях сдвига (в единицах деле­ния шкалы); f1 - расчетный коэффи­циент, равный 9,01, f2 - расчетный коэффициент, равный 0,0206.  Расчетные коэффициенты и констан­та конуса приведены в инструкции по эксплуатации прибора Rheotest-2.

Воспроизводимость результатов. Реологические свойства желудочной слизи по описанной методике исследовали у 12 человек с интервалом 3-7 дней. Коэффициент корреляции между показателями 1-го и 2-го исследований составил для τ  0,94, для ƞ1 0,96, для ƞ2 0,91 (р˂0,05). Эти результаты и приведенные в табл. 1 данные свидетельствуют, что реологические параметры слизи характеризуются достаточной для медико-биологических исследований воспроизводимостью.

Таблица 1 – Данные о воспроизводимости реологических параметров желудочной слизи (Х±n)

Реологический показатель Первый тест   Второй тест   Δ
абс. %
τ, дин/см2 ƞ1 сП ƞ2, сП 281±17,8 1559±92,3 11,6±1,19 293±18,1 1636±95,1 12,0±0,84   10±+20,4 77±73,6 0,55±0,45   3,3±4,79 3,2±3,34 4,8±4,30

 

Диагностическая информативность метода. Результаты исследований, проведенных у 66 больных язвенной болезнью (56 – с дуоденальной локализацией язвы и 10 – с язвой тела желудка) и 17 практически здоровых лиц представлены в табл. 2.  В качестве нормативов нами принята двухсигмальная зона колебаний реологических параметров желудочной слизи у здоровых людей (X±2σ). Для предела упругости (τ)  с учетом округления норматив составил от 300 до 800 дин/см2, для эффективной вязкости, измеренной при низкой скорости сдвига (ƞ1) - от 1800 до 4700 сП. Выход за указанные границы наблюдался только у 1 (6±6%) из 17 здоровых людей.

У больных дуоденальной язвой реологические параметры слизи существенно снижены: предел упругости – в 1,5 раза, эффективная вязкость, измеренная при низкой и высокой скоростях сдвига,  соответственно, в 1,8 и 1,5 раза (р˂0,01). Предел упругости оказался ниже нижней границы нормы у 48±7% больных, а эффективная вязкость слизи – у 63±6%. Для больных язвой тела желудка характерны еще большие нарушения реологических свойств слизи. У них предел упругости слизистого геля в 2,1 раза ниже, чем у здоровых и в 1,4 раза ниже, чем у больных дуоденальной язвой, эффективная вязкость неразрушенной слизи ниже соответственно в 2,3 и 1,3 раза (р<0,05), а эффективная вяз­кость разрушенной слизи не отличается от таковой у больных дуоденальной язвой. В целом, упругие свойства слизи снижены у 50±17%, а ее эффективная вязкость –  у 90±10% больных язвой тела желуд­ка.

Таблица 2 – Реологические параметры желудочной слизи у больных язвенной болезнью

Группа обследованных n τ, дин/см2 ƞ1, сП ƞ2, сП
Контрольная 17 544±32,1 3206±175,9 17,6±1,53
Больные: дуоденальной язвой язвой тела желудка   56 10   358±23,3* 264±27,2*+   1798±87,6* 1415±138,1*+   11,,6±0,54* 11,9±1,62*

Примечание: *p˂0,05 по сравнению с контролем, + p˂0,05 по сравнению с больными дуоденальной язвой.

В целом, упругие и (или) вязкостные свойства слизи снижены у 73±6% больных дуоденальной язвой и у 90±10% больных язвой тела желудка. Обнаруженное нами снижение вязкоупругих свойств желудочной слизи хо­рошо согласуется с данными об увели­чении содержания низкомолекулярных ГП в слизи у больных язвенной болезнью [9, С. 830].

Статистический анализ результатов свидетельствует о высокой диагностиче­ской информативности метода, в част­ности, при язвенной болезни. Так, у больных дуоденальной язвой чувстви­тельность теста, включающего сниже­ние упругости и (или) эффективной вяз­кости нативной слизи составляет 73%, специфичность — 94%, эффектив­ность — 84%, предсказуемая ценность положительного результата — 78%, отрицательного — 96%. Применитель­но к язвенной болезни тела желудка показатели диагностической информа­тивности еще более высоки: чувстви­тельность указанных нарушений равна 90%, специфичность — 94%, эффек­тивность — 92%, предсказуемая цен­ность положительного результата — 90%, отрицательного — 94%.

Таким образом, предложенная мето­дика исследования структурно-механических свойств желудочной слизи при наличии соответствующей аппаратуры отличается простотой, доступностью, точ­ностью, высокой диагностической ин­формативностью и, следовательно, мо­жет быть рекомендована для оценки функционального состояния слизистого барьера желудка в гастроэнтерологи­ческой клинике.

Список литературы / References in English

  1. Борисов Ю. Ю. Влияние мизопростола на желудочную цитопротекцию при язвенной болезни / Ю. Ю. Борисов, Г. Г. Ломоносова, Ю. К. Ворончихина // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. – 2015. –№ 5 (117). – С. 78–b.
  2. Ивашкин В. Т. Достижения и перспективы развития клинической гастроэнтерологии / В. Т. Ивашкин, С. И. Рапопорт, А. А. Шептулин // Клиническая медицина. – 2010.  – № 4.  – С. 17–21.
  3. Крутоголовов В. Д. Рота­ционные вискозиметры. / В. Д. Крутоголовов,  М. В. Кулаков. – М.: Машиностроение, 1984. – 112 с.
  4. Подорожко Е. А. Изучение криоструктурирования полимерных систем / Е. А. Подорожко, И. А. Лунев, А. Н. Рябев, Н. В. Кильдеева, В. И. Лозинский // Коллоидный журнал. – 2015. – том 77.  – № 2. – С. 197–206.
  5. Рустамова М. Т. Изменение содержания нерастворимых гликопротеинов в слизистом барьере желудка как диагностический критерий оценки тяжести течения язвенной болезни двенадцатиперстной кишки  / М. Т. Рустамова, А. А. Хамраев // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. – 2005. –№  – С. 43–47
  6. Allen A. Gastroduodenal mucus bicarbonate barrier: protection against acid and pepsin / A. Allen, G. Flemstrom // American Journal of Physiology – Cell Physiology. – 2005. – V. 288. – № 1. – P. 57–61.
  7. Bell A. E. Properties of gastric and duodenal mucus / A. E. Bell, L. A. Sellers, A. Allen // Gastroenterology. – 1985. – V. 88. – N 1. – P. – 269–280.
  8. Slomifny B. I. Rоlе оf саrbоhydrаtisin thе visсоsityаnd pеrmеаbilityоf gаstriс muсintо hydrоgеn iоn / B. I. Slomifny, J. Sarosuеk // Biосhеm. Biоphys. Rеs. Соm. – 1987. – V. – 142. – N 3. – P. 782–790
  9. Younan F. Changes in the structure of the mucous gel on the mucosal surface of the stomach in association with peptic ulcer disease / F. Younan, J. Pearson, A Allen  // Gastroenterology. – 1982. – V. 82. – № 5. – P. 827–831.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Borisov Ju. Ju. Vlijanie mizoprostola na zheludochnuju citoprotekciju pri jazvennoj bolezni [The influence of misoprostol on gastric cytoprotection in peptic ulcer disease] / Ju. Ju. Borisov, G. G. Lomonosova, Ju. K. Voronchihina // Jeksperimental'naja i klinicheskaja gastrojenterologija [Experimental and clinical gastroenterology]. – –  № 5 (117). –  P. 78–b. [in Russian]
  2. Ivashkin V. T. Dostizhenija i perspektivy razvitija klinicheskoj gastrojenterologii [Achievements and prospects of clinical gastroenterology] / V. T. Ivashkin, S. I. Rapoport, A. A. Sheptulin // Klinicheskaja medicina [Clinical medicine]. – 2010. – № 4. – P. 17–21. [in Russian]
  3. Krutogolovov V. D. Rotacionnye viskozimetry [Rotational viscometers] / V. D. Krutogolovov, M. V. Kulakov. – M.: Mashinostroenie, 1984. – 112 p. [in Russian]
  4. Podorozhko E. A. Izuchenie kriostrukturirovanija polimernyh sistem [Study of cryostructuration of polymer systems] / E. A. Podorozhko, I. A. Lunev, A. N. Rjabev, N. V. Kil'deeva, V. I. Lozinskij // Kolloidnyj zhurnal [Colloid journal]. – 2015. – Vol. 77. – № 2. – P. 197–206. [in Russian]
  5. Rustamova M. T. Izmenenie soderzhanija nerastvorimyh glikoproteinov v slizistom bar'ere zheludka kak diagnosticheskij kriterij ocenki tjazhesti techenija jazvennoj bolezni dvenadcatiperstnoj kishki [Changes in the content of insoluble glycoproteins in the mucous barrier of the stomach as a diagnostic criterion for assesstment of the severity of the duodenal ulcer associated with helicobacter infection] / M. T. Rustamova, A. A. Hamraev // Jeksperimental'naja i klinicheskaja gastrojenterologija [Experimental and clinical gastroenterology]. – 2005. – № 5. – P. 43–47 [in Russian]
  6. Allen A. Gastroduodenal mucus bicarbonate barrier: protection against acid and pepsin / A. Allen, G. Flemstrom // American Journal of Physiology – Cell Physiology. – 2005. – Vol. 288. – № 1. – P. 57–61.
  7. Bell A. E. Properties of gastric and duodenal mucus / A. E. Bell, L. A. Sellers, A. Allen // Gastroenterology. 1985. –  88. – № 1. P. 269-280.
  8. Slomifny B. I. Rоlе оf саrbоhydrаtis in thе visсоsityаnd pеrmеаbilityоf gаstriс muсintо hydrоgеn iоn / B. I. Slomifny, J. Sarosuеk // Biосhеm. Biоphys. Rеs. Соm. – 1987. – Vol. – 142. – № 3.  – P. 782–790
  9. Younan F. Changes in the structure of the mucous gel on the mucosal surface of the stomach in association with peptic ulcer disease / F. Younan, J. Pearson, A. Allen  // Gastroenterology. – 1982. – Vol. 82. – № 5. – P. 827-831.