Skip to main content

Nye metoder til evaluering af sensoriske, biomekaniske og motoriske funktioner i mave-tarm-kanalen

Professor Asbjørn Mohr Drewes Aalborg Sygehus, Århus Universitetshospital, Medicinsk Gastroenterologisk Afdeling

31. mar. 2009
10 min.


Som led i forfatterens tiltrædelsesforelæsning som klinisk professor ved Aarhus Universitet giver denne artikel en status over nye metoder til at belyse sensoriske, biomekaniske og motoriske funktioner i mave-tarm-kanalen. Artiklen tager udgangspunkt i metoder, som primært er udviklet på Medicinsk Gastroenterologisk Afdeling i Aalborg.

Metoder til evaluering af sfinkterfunktionen

Den øsofagogastriske overgang (OGO) består af flere komponenter: 1) den glatte muskulatur i sphincter oesophagi, 2) crura diaphragmatica, 3) den intraabdominale lokalisation af overgangen i et lavtryksområde, 4) det frenoøsofageale ligament og 5) den snævre His' vinkel, som sikrer en klapfunktion. Selve kontrollen med åbne- og lukkefunktionen er underlagt en kompleks neurofysiologisk kontrol, og givet de ovenstående faktorer er det selvsagt vanskeligt at måle funktionen af OGO. Sygdomme som gastroøsofageal refluks er særdeles hyppige i befolkningen og er i høj grad relateret til en dysfunktion af OGO. Den klassiske behandling af refluks er hæmning af ventriklens syreproduktion med protonpumpehæmmere, men hvis dette er utilstrækkeligt, kan man tilbyde endoskopisk og kirurgisk behandling (typisk som laparoskopisk fundoplikation), hvor lukkefunktionen af OGO forbedres. Effekten og bivirkningsfrekvensen af disse tiltag er afhængig af, i hvor høj grad og på hvilken måde OGO forsnævres. Det er derfor af største vigtighed at have metoder, som kan måle på lukkefunktionen. Man har tidligere anvendt manometriske målemetoder. Imidlertid er der en række begrænsninger ved manometri, som bl.a. relateres til, at de fleste sfinkterregioner virker som en slags ventiler, som principielt kan være lukkede uden, at der kan måles et tryk [1]. Functional lumen imaging probe (FLIP) er en ny modalitet, som måler en række tværsnit i en cylindrisk ballon, mens den fyldes aktivt i OGO [1] - Figur 1. Hermed måles kompetencen af OGO, når den udvides. En »distensibilitetstest« vil således give information om åbne- og lukkedynamik i stedet for at vurdere den statiske sfinktertonus som ved manometri. Profilerne har været anvendt til at vurdere sfinkterregionen under farmakologisk, endoskopisk og kirurgisk behandling af OGO.

Konceptet med FLIP kan også anvendes andre steder i mave-tarm-kanalen. Der er for nylig udviklet en probe, som kan gå gennem instrumenteringskanalen på et duodenoskop. Denne har været anvendt på sphincter Oddi og har bidraget til at vise dens anatomiske profil og basale fysiologiske funktioner. Nye studier vil derfor kunne bidrage til vores forståelse af sphincter Oddis funktion før og efter sfinkterotomi og ved behandling med lægemidler. FLIP-konceptet er blevet kommercielt udviklet som den såkaldte »Endoflip«, der kan anvendes gennem biopsikanalen i et gastroskop, og metoden bliver derfor alment tilgængelig til evaluering af OGO i nærmeste fremtid.

Metoder til måling af motilitet og biomekanisk funktion

Ved mange sygdomme som f.eks. diabetes mellitus og sklerodermi er tarmens mekaniske og motoriske funktioner kompromitterede, hvilket giver anledning til symptomer som smerter, diarre og opkast. Forståelsen af ændringer i stivheden og andre biomekaniske variable i mave-tarm-kanalen er derfor af største betydning for at afsløre de mekanismer, som ligger bag symptomerne. Ved at kombinere f.eks. intraluminal ultralyd eller magnetisk resonans (MR)- billeder med fyldning af tarmen kan man opbygge finite element-modeller, som er matematiske modeller over de forskellige vævslags bidrag til strukturen. En model, som viser den komplekse anatomiske struktur under udvidelse af rectum samt beregner tensionen og stivheden i væggen, er vist i Figur 2 [2]. Modellerne har været anvendt in vivo ved forskellige sygdomme og har bidraget til at forklare basale mekanismer og gastrointestinale symptomer ved bl.a. diabetes, sklerodermi, gastroøsofageal reflukssygdom og colitis ulcerosa [3].

Mange sygdomme i mave-tarm-kanalen er karakteriseret ved dysmotilitet. Motiliteten måles normalt med manometri, men som beskrevet i afsnittet om FLIP, er der en række begrænsninger ved at anvende indirekte mål, specielt for den propulsive aktivitet. Man kan sammenligne dette med at måle funktionen af skeletmuskulaturen. Hvis man vil måle kraften af underarmen ved fleksion i albueleddet, vil man typisk anvende en kraftmåler i stedet for at måle f.eks. ændringer i tykkelsen af overarmen under belastningen, hvilket vil være et groft og indirekte mål. Tilsvarende vil måling af den kraft, som et givet tarmsegment påfører en bolus, være et reelt mål for den propulsive aktivitet frem for manometri. I øsofagus, hvor der kun er bevægelser i distal retning, vil et direkte mål for kraften under synkning være den optimale måde at evaluere synkefunktionen på. Dette gælder specielt ved patienter med dysfagi og motorisk dysfunktion af øsofagus. Disse er dårligt karakteriseret, hvilket bl.a. kan skyldes begrænsningen ved manometri. Der er udviklet en metode, der måler kraften af de peristaltiske bevægelser på en ballon i øsofagus [4]. Normalt er der god sammenhæng mellem kraften og den manometriske aktivitet i øsofagus hos raske, selv om det dynamiske område (den procentuelle øgning i målingen under stigende synkekraft) er bedre med kraftmålingen. Dog kan man - som illustreret i Figur 3 - undertiden se et misforhold. Hos patienter med dysfagi er der derimod oftest betydelig forskel på de to målemetoder, idet man - trods normal manometri - kan se på kraftmålingen, at ballonen enten ikke bevæger sig eller bevæger sig frem og tilbage. Patologisk synkefunktion kan også demonstreres ved røntgenundersøgelser, men de kan ikke måle synkningen kvantitativt eller i kombination med manometri. Fremtidige undersøgelser hos patienter med dysfagi og andre sygdomme i øsofagus vil formentlig kunne bidrage til en bedre klassifikation og til at følge responset på behandling. I princippet vil konceptet også kunne anvendes på tarmsegmenter, hvor man vil undersøge den propulsive aktivitet.



Metoder til evaluering af den sensoriske funktion

Mellem 20% og 40% af befolkningen er periodevis eller konstant generet af symptomer, som kan relateres til mave-tarm-kanalen. Symptomer fra de indre organer er diffuse og ledsagede af autonome reflekser og meddelte smerter til andre organer og somatiske strukturer. Mekanismerne bag disse symptomer er tidligere beskrevet i Ugeskrift for Læger [5]. Da kroniske smerter også er ledsaget af forskellige psykosociale symptomer, medicinering m.v. gør alle disse konfoundere diagnosticering og behandling vanskelig. For at omgås vanskelighederne i den kliniske situation kan man anvende eksperimentelle smertemodeller. Fordelen ved disse er, at man kan kontrollere omstændighederne under forsøget. Således kan man styre smertestimulusintensitet, modalitet, frekvens, sted osv., og man kan måle det sensoriske respons med validerede skalaer, billeddiagnostiske eller neurofysiologiske metoder [6]. Disse modeller har været meget anvendte i hud og muskler, men lokalisationen af organerne har gjort stimulering af mave-tarm-kanalen vanskelig, og oftest har metoderne ikke været valide [6]. Yderligere vil har man gerne villet undersøge effekten af en række forskellige smertestimuli, som kan aktivere forskellige nerver og smertemekanismer. Der er derfor udviklet en metode til »multimodal« stimulering af mave-tarm-kanalen - Figur 4. Det biomekaniske stimulus kan kontrolleres, idet man ved en elektrisk metode måler tværsnittet af ballonen, og herved kan udvidelsen (som aktiverer mekanoreceptorer i lamina muscularis) måles. Desuden gives elektriske stimuli med elektroder, der er placeret på ballonen. Samtidig måles impedansen mellem elektroderne for at sikre kontakten. Man kan også recirkulere koldt og varmt vand i ballonen og derved give termiske stimuli ved hjælp af en computerstyret pumpe. Endelig kan man anvende kemiske stimuli ved at perfundere slimhinden med 0,1 M saltsyre ± capsaicin (den aktive komponent i chilipeber). Den kemiske stimulering anvendes væsentligst til at efterligne kliniske situationer med aktivering af inflammationskaskaden. I de nyeste versioner er der indbygget en kanal, hvor man kan indsætte et tyndt endoskop, hvilket muliggør inspektion af slimhinden og evt. bioptering.

Metoden har bl.a. været anvendt til at afdække smertemekanismerne hos patienter med gastroøsofageal reflukssygdom, kronisk pancreatitis, colitis ulcerosa, sklerodermi og diabetes mellitus [7]. Desuden har den været anvendt i farmakologisk forskning, hvor den bl.a. har været brugt til at vise forskelle på analgetikas effekt i de viscerale organer [8]. Også denne metode forventes at blive kommercielt tilgængelig i 2009.

Man kan måle det sensoriske respons med validerede skalaer, men da f.eks. smerte er et overordnet begreb, som indeholder information om tid, sted, kvalitet og styrke - foruden affektive og kognitive komponenter - er disse skalaer udtryk for den subjektive opfattelse af et meget komplekst fænomen. Hvis den successive aktivering af de forskellige dele af det perifere og centrale nervesystem skal forstås mere detaljeret, må man anvende metoder, som giver en detaljeret information om nervesystemet. For at opnå denne information kan man bruge billeddiagnostiske og neurofysiologiske metoder. Metoder, der er baseret på billeddiagnostik, er begrænsede af, at processeringen af smerter gennem forskellige centre i hjernen foregår inden for få millisekunder. Hvis man skal opnå en forståelse for, hvilke centre der er aktive i den ascenderende aktivering af neuroaksen, må man derfor måle den neuronale aktivitet direkte. De fleste steder anvendes elektroencefalografi (EEG) eller magnetencefalografi. Sammenlignet med magnetencefalografi er EEG-signalet fra de neuronale strukturer forvrænget af bl.a. hud og knogle, men det har den fordel, at man kan måle den dybe hjerneaktivitet, og udstyret er billigere. De tekniske problemer kan i stor udstrækning løses med signalanalytiske metoder. Den moderne computerteknik har gjort analyse af store datamængder mulig og har bidraget til at løse »det inverse problem« - dvs. at beregne hjernenaktiviteten baseret på den elektriske aktivitet målt i hovedbunden. Typisk kombinerer man sin matematiske model med en MR-skanning af personens hjerne, så individuelle forskelle i anatomi ikke begrænser beregningerne. Der findes forskellige modeller til at løse det inverse problem, men det har for nylig vist sig, at hvis man opløser signalet i individuelle bølgeformer, kan man beregne lokalisationen af det aktive center i hjernen med en nøjagtighed på få millimeter - og i realtid - Figur 5 [9]. Man har bl.a. anvendt sådanne metoder til at sandsynliggøre, at smerterne ved kronisk pancreatitis er af neurogen oprindelse [10]. Det er også vist, at hjernens bearbejdning af smerter hos patienter med funktionelle tarmsygdomme som f.eks. colon irritabile minder om dem, man kan fremkalde hos raske, når øsofagus sensibiliseres med syre. Disse ændringer kan måske forklare den allodyni, der er et kendetegn ved mange af disse patienter, og som kan manifestere sig ved smerter ved normal afføring og luft i tarmen.

Konklusivt vil de nye metoder kunne anvendes til at øge vores forståelse for basalfysiologiske mekanismer. Desuden vil de kunne bidrage med ny viden om patogenese, klassifikation og behandling af nogle af de almindeligste sygdomme inden for gastroenterologien.


Asbjørn Mohr Drewes , Medicinsk Gastroenterologisk Afdeling, Aalborg sygehus, Århus Universitethospital, DK-9000 Aalborg.E-mail: drewes@smi.auc.dk

Antaget: 12. februar 2009

Interessekonflikter: Ingen

Artiklen er skrevet på basis af forfatterens professortiltrædelsesforelæsning for at belyse aktive frontlinjeforskningsområder i Danmark.


  1. McMahon BP, Jobe BA, Pandolfino JE et al. Do we really understand the role of the oesophagogastric junction in disease? World J Gastroenterol 2009;15:144-50.
  2. Frøkjær JB, Liao D, Bergmann A et al. Three-dimensional biomechanical properties of the human rectum evaluated with magnetic resonance imaging. Neurogastroenterol Motil 2005;17:531-40.
  3. Drewes AM, Arendt-Nielsen L, Funch-Jensen P et al. Experimental human pain models in gastro-esophageal reflux disease and unexplained chest pain. World J Gastroenterol 2006;12:2806-17.
  4. Gravesen FH, McMahon BP, Drewes AM. Measurement of the axial force during pri mary peristalsis in the oesophagus using a novel electrical impedance technology. Physiol Meas 2008;29:389-99.
  5. Drewes AM. Smertefysiologi. Ugeskr Læger 2006;168:1941-3.
  6. Drewes AM, Gregersen H, Arendt-Nielsen L. Experimental pain in gastroenterology: a reappraisal of human studies. Scand J Gastroenterol 2003;38:1115-30.
  7. Drewes AM, Gregersen H. Multimodal pain stimulation of the gastrointestinal tract. World J Gastroenterol 2006;12:2477-86.
  8. Staahl C, Drewes AM. Experimental human pain models: A review of standardised methods for preclinical testing of analgesics. Basic Clin Pharmacol Toxicol 2004;95:97-111.
  9. Drewes AM, Sami SA, Dimcevski G et al. Cerebral processing of painful oesophageal stimulation. A study based on independent component analysis of the EEG. Gut 2006;55:619-29.
  10. Drewes AM, Krarup AL, Detlefsen S. Pain in chronic pancreatitis: the role of neuropathic pain mechanisms. Gut 2008;57:1616-27.






Summary

Summary Novel methods for the assessment of sensory, biomechanical and motor functions of the gastrointestinal tract Ugeskr Læger 2009;171(14):1178-1182 The article gives a review of new methods in gastroenterology. The »functional lumen imaging probe« is a method used to evaluate the competence of sphincter regions during distension. The axial force probe can measure forces in the oesophagus during swallowing and give new information about patients with motor disorders of the oesophagus. The »multimodal probe« measures the sensory response to electrical, mechanical, thermal and chemical stimuli. Together with advanced modeling of the brain activity, these methods have increased our knowledge about the pathogenesis of sensory symptoms.

Referencer

  1. McMahon BP, Jobe BA, Pandolfino JE et al. Do we really understand the role of the oesophagogastric junction in disease? World J Gastroenterol 2009;15:144-50.
  2. Frøkjær JB, Liao D, Bergmann A et al. Three-dimensional biomechanical properties of the human rectum evaluated with magnetic resonance imaging. Neurogastroenterol Motil 2005;17:531-40.
  3. Drewes AM, Arendt-Nielsen L, Funch-Jensen P et al. Experimental human pain models in gastro-esophageal reflux disease and unexplained chest pain. World J Gastroenterol 2006;12:2806-17.
  4. Gravesen FH, McMahon BP, Drewes AM. Measurement of the axial force during primary peristalsis in the oesophagus using a novel electrical impedance technology. Physiol Meas 2008;29:389-99.
  5. Drewes AM. Smertefysiologi. Ugeskr Læger 2006;168:1941-3.
  6. Drewes AM, Gregersen H, Arendt-Nielsen L. Experimental pain in gastroenterology: a reappraisal of human studies. Scand J Gastroenterol 2003;38:1115-30.
  7. Drewes AM, Gregersen H. Multimodal pain stimulation of the gastrointestinal tract. World J Gastroenterol 2006;12:2477-86.
  8. Staahl C, Drewes AM. Experimental human pain models: A review of standardised methods for preclinical testing of analgesics. Basic Clin Pharmacol Toxicol 2004;95:97-111.
  9. Drewes AM, Sami SA, Dimcevski G et al. Cerebral processing of painful oesophageal stimulation. A study based on independent component analysis of the EEG. Gut 2006;55:619-29.
  10. Drewes AM, Krarup AL, Detlefsen S. Pain in chronic pancreatitis: the role of neuropathic pain mechanisms. Gut 2008;57:1616-27.