Experimentální elektrogastrografie

Souhrn

Transkutánní elektrogastrografie (EGG) je neinvazivní vyšetření myoelektrické aktivity žaludku pomocí elektrod umístěných na kůži epigastria. Naše skupina vypracovala metodiku EGG u experimentálního prasete. Dominantní frekvence EGG prasete je plně srovnatelná s člověkem. Experimentální EGG proto představuje důležitou metodu pro preklinické farmakologické a toxikologické studie.

Klíčová slova:
elektrogastrografie – experimentální prase – preklinické studie – Sus scrofa f. domestica

Prof. MUDr. Zdeněk Mařatka, DrSc., FCMA

Významným způsobem ovlivnil několik generací gastroenterologů nejen u nás, ale i v zahraničí. Jeho zásadní mezinárodní přínos je především v terminologii digestivní endoskopie, ve správném klinickém pojetí funkční dyspepsie a ve výzkumu idiopatických střevních zánětů. Z jeho ­gastroenterologické školy vyšly nejméně dvě generace žáků a pokračovatelů. Je třeba připomenout, že prof. Mařatka věnoval velkou pozornost také experimentální vědecké a výzkumné práci [1]. Prof. Mařatka strávil dva roky ­(1947–1948) na pracovišti slavného gastrointestinálního fyziologa, prof. A. C. Ivyho (University of Illinois, Chicago).

Experimentální výzkum prof. Mařatky byl zaměřen především na význam bakterií tlustého střeva v etiopatogenezi idiopatických střevních zánětů. Jeho dvojsložková hypotéza patogeneze ulcerózní proktokolitidy je aktuální i dnes [2]. Jedním z pojítek experimentálního výzkumu a funkční dyspepsie u lidí je elektrogastrografie.

Elektrogastrografie

Transkutánní elektrogastrografie (EGG) je neinvazivní metoda záznamu myo­elektrické aktivity žaludku pomocí elektrod umístěných na kůži v epigastriu. Žaludeční pacemaker je u člověka lokalizován na velké kurvatuře v horní třetině žaludečního těla. Základní elektrická rytmická automaticita je zajištěna tzv. pomalými gastrickými vlnami (electrical control activity), jejich normální frekvence je tři cykly za minutu. Kromě pomalých vln se na zajištění správné myoelektrické kontroly žaludku podílejí ještě vrcholové potenciály (electrical response activity), které jsou nezbytné pro správnou koordinovanou kontraktilitu žaludečního antra [3–7].

Vedle myoelektrické činnosti žaludku hodnocené pomocí EGG je další důležitou fyziologickou aktivitou gastrická motorická funkce. Neinvazivním vyšetřením této funkce jsou testy evakuace žaludku [8]. U zdravého člověka spolu EGG a gastrické evakuační testy navzájem dobře korelují [9].

V klinické medicíně se v současné době EGG využívá především v diabetologii (k diagnostice gastroparézy), u funkční dyspepsie, k objektivnímu posouzení efektu prokinetik a k vyšetření některých kinetóz. Charakteristické EGG nálezy jsou také např. u mentální anorexie, intestinální pseudoobstrukce a řady dalších stavů ­[3–7,10–15]. V minulosti byly problémy EGG v nízké reprodukovatelnosti vyšetření, časové náročnosti vyhodnocení a v obtížném odstraňování pohybových a dechových artefaktů, které záznam zkreslovaly. Po několika desetiletích skepse prožívá nyní EGG jakousi „renesanci“ obnovení zájmu o toto vyšetření, a to jak díky zdokonalení přístrojového vybavení, tak i díky možnostem počítačového zpracování a vyhodnocení EGG záznamu.

Experimentální elektrogastrografie

Naše skupina vypracovala a postupně zdokonalovala metodiku EGG u experimentálního prasete [16–19]. Prase domácí (Sus scrofa f. domestica) má celou řadu velmi podobných gastrointestinálních a metabolických funkcí jako člověk, a proto je vhodné pro preklinické testování a výzkum v mnoha oblastech [20–22]. Zdokonalení experimentální EGG spočívalo jak v přístrojové, tak i v metodické části. Současné zařízení snímá EGG záznam pomocí sedmi svodů (oproti původním třem) a umožňuje identifikovat dvojice elektrod s nejlepším signálem. To je velmi důležité např. při zátěžovém objemovém vodním testu, kdy se objem a poloha žaludku v průběhu vyšetření mění. EGG zařízení má dále abdominální pás, který umožňuje registrovat (a automaticky eliminovat) dechové a pohybové artefakty (obr. 1, 2).

Hodnocení EGG záznamu využívá spektrální analýzu založenou na Fourierově transformaci a dále stanovení plochy amplitud (power) (obr. 3, 4). V humánní medicíně se standardně využívá procentuální vyjádření zastoupení určitého rytmu (dominantní frekvence) z celkového časového úseku, tedy normální rytmus tří cyklů za minutu ­(2,5–3,5 cyklů za 1 min), bradygastrie (< 2,5 cykly za 1 min), tachygastrie ­(3,5–10 cyklů za 1 min) a/nebo duodenální aktivita (> 10 cyklů za 1 min). V experimentální EGG stanovujeme průměrné dominantní frekvence v jednominutových intervalech. To umožňuje jednak detailnější hodnocení a jednak korelaci s dalšími ukazateli (např. farmakokinetikou léčiva). V humánní medicíně se k hodnocení EGG dále využívá myoelektrická odpověď na příjem potravy, a to jako poměr jednotlivých ploch amplitud postprandiálně a nalačno (power ratio). V experimentální EGG používáme poměr plochy amplitud záznamu po intervenci a bazální klidové EGG. Moderní počítačové programy jsou schopny eliminovat pohybové a dechové artefakty.

V našich studiích jsme prokázali, že klidová dominantní frekvence EGG experimentálního prasete je plně srovnatelná s EGG člověka [4,16,19]. To umožňuje rozsáhlé využití v preklinických studiích funkčních, farmakologických a toxikologických.

Vliv celkové anestezie

Pro některé farmakologické a toxikologické studie je třeba zaznamenávat EGG dlouhodobě, až osm hodin. Experimentální EGG je třeba u prasat provádět vždy v celkové anestezii [23]. Cílem jedné z našich studií bylo zjistit, jak celková anestezie ovlivňuje EGG. U identické skupiny zvířat jsme postupně testovali thiopental, izofluran, oxid dusný a kombinaci izofluranu a oxidu dusného. Efekt všech anestetik na EGG byl malý, jako nejvhodnější se z tohoto aspektu jeví thiopental, jehož efekt byl minimální [19].

Zátěžový vodní test

V humánní medicíně je EGG po vypití standardního objemu vody důležitým testem pro funkční dyspeptický syndrom horního typu [24,25]. Prase je schopno v jedné porci přijmout výrazně větší objem potravy ve srovnání s člověkem. Na rozdíl od člověka má pylorickou svalovou řasu (torus pyloricus), která ovlivňuje evakuaci žaludku prasete [26,27]. Proto bylo třeba zátěžový vodní test u experimentálního prasete provádět s většími objemy tekutin. Při různých objemech instilovaných do žaludku prasete gastrickou sondou nedošlo k významnějším změnám dominantní frekvence. Při analýze plochy amplitud došlo k nejrychlejšímu vzestupu (již v prvních 15 min) po instilaci 500 ml vody. Po aplikaci 1 000 ml bylo maxima dosaženo v druhém 15minutovém intervalu, po instilaci 1 500 ml vody bylo maxima dosaženo po 60 min. Po všech třech různých objemech došlo následně k významnému poklesu (na hodnoty nižší než byly bazální) a k finálnímu vyrovnání po 255 min (graf 1–3). Můžeme tedy konstatovat, že zátěžový vodní test je možno provádět i u experimentálního prasete se zohledněním různých objemů [28].

Efekt prokinetik

Itoprid je dopaminový D2 antagonista s inhibiční acetylcholinesterázovou aktivitou. Při standardním dávkování (3 mg/kg) jsme u experimentálního prasete neprokázali významnější ovlivnění EGG itopridem [16].

Erytromycin je nejsilnější známé prokinetikum zvyšující na EGG jak dominantní frekvenci, tak i amplitudy [16,17,29]. Důležité je studium efektu erytromycinu zejména u stavů s významnou žaludeční motorickou dysfunkcí. V humánní medicíně je to především diabetická gastroparéza. V experimentálním modelu idiopatického střevního zánětu pomocí DSS (dextransodiumsulfát) jsme prokázali gastrickou motorickou poruchu. ­Intragastrické podání erytromycinu následně zvýšilo u experimentálního prasete dominantní frekvenci [29].

Inhibitory, modulátory a reaktivátory acetylcholinesterázy

Spektrum použití látek zasahujících do cholinergního mediátorového systému se pohybuje od intoxikací organofosforovými sloučeninami přes vegetativní dystonie centrální (např. parkinsoniz­mus) a periferní (myasthenia gravis, glaukom) až po onemocnění typu Alzheimerovy demence. Interakční mechanizmy jednotlivých působků se odehrávají buď přímo na receptorové (efektorové) úrovni, nebo nepřímo prostřednictvím zásahu do biosyntézy a biodegradace mediátoru (acetylcholinu). Celosvětově je vyvíjeno velké úsilí na hledání nových látek aplikovatelných pro terapii výše uvedených stavů. U řady potenciálně úspěšných nových léčiv této skupiny jsou limitem závažné nežádoucí vedlejší účinky, především gastrointestinální a hepatální. Většina nežádoucích vedlejších účinků léčiv a toxických látek na trávicí ústrojí se projeví gastrointestinální motorickou dysfunkcí. Vzhledem k tomu, že reaktivátory acetylcholinesterázy nelze z etických důvodů testovat na zdravých dobrovolnících, je preklinické testování zásadně důležité pro budoucí humánní použití v případě kritických katastrofických situací (průmyslové otravy organofosfáty, toxické předávkování inhibitory acetylcholinesterázy, teroristický útok nervově paralytickými látkami aj.). V iniciální fázi našeho rozsáhlého projektu řešícího tuto problematiku jsme testovali efekt atropinu, paraoxonu a reaktivátoru acetylcholinesterázy oximu HI-6 [30–32].

U identické skupiny zvířat jsme v náhodném pořadí postupně (s jednotýdenními odstupy) podali 1,5 mg, 3 mg a 4,5 mg atropinu i.m., což odpovídalo dávce 0,05, 0,1 a 0,15 mg/kg hmotnosti. Dominantní frekvence se významně nezměnila. Došlo však k signifikantním změnám amplitud. Po dávkách 1,5 a 3 mg došlo k dvojvrcholovému vzestupu hodnot plochy amp­litud, zatímco po dávce atropinu 4,5 mg i.m. (odpovídající 10 mg atropinu pro 70kilového člověka) došlo k postupnému setrvalému poklesu hodnot ­(graf 4–6) [32]. První dva tvary odpovídají dvojkompartmentovému modelu eliminační kinetiky atropinu. Maximální plazmatická koncentrace atropinu je dosažena za 3–5 min po i.m. podání, eliminační poločas atropinu je 2–3 hod pro člověka a 3–4 hod pro experimentální prase [33]. ­Vysvětlení odlišného EGG vzoru po vyšší dávce atropinu je třeba hledat v dávkově závislém ovlivnění presynaptických muskarinových receptorů a následné parasympatické ­odpovědi [34].

V dalším projektu jsme 10 min po podání paraoxonu (1,5 g i.m.) podali oxim HI-6 DMS (1,5 g i.m.). Před podáním paraoxonu a po něm a následně 90 min po podání HI-6 jsme sledovali EGG. Reaktivátor acetylcholinesterázy HI-6 signifikantně blokoval gastrický efekt paraoxonu [31].

Závěr

EGG u experimentálního prasete je důležitou neinvazivní metodou k výzkumu myoelektrické aktivity žaludku. EGG prasete je v základních parametrech plně srovnatelné s EGG člověka. Experimentální EGG tak představuje důležitou metodu pro preklinické farmakologické a toxikologické studie.

Další rozsáhlá literatura u autorů.

Práce vznikla v rámci řešení grantu IGA NT/14270-3.

Část této práce byla prezentována na Americkém gastroenterologickém kongresu Digestive Disease Week 2014 (Chicago, IL, USA; 3.–6. května 2014).

Autoři deklarují, že v souvislosti s předmětem studie nemají žádné komerční zájmy.

Redakční rada potvrzuje, že rukopis práce splnil ICMJE kritéria pro publikace zasílané do biomedicínských časopisů.

Doručeno: 16. 5. 2014

Přijato: 6. 6. 2014

prof. MUDr. Jan Bureš, CSc., FCMA

II. interní gastroenterologická klinika LF UK a FN Hradec Králové

Sokolská 581, 500 05 Hradec Královébures@lfhk.cuni.cz