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    可調(diào)式胃電刺激器的不同參數(shù)對(duì)比格犬的攝食調(diào)節(jié)作用

    2011-08-21 04:45:30李艷梅姚樹坤趙洪川張艷麗陳少軒張偉碩郭文娟杜時(shí)雨
    關(guān)鍵詞:胃電攝食個(gè)體化

    李艷梅 ,姚樹坤 ,趙洪川 ,張艷麗 ,姚 力 ,陳少軒 ,張偉碩 ,郭文娟 ,杜時(shí)雨 ,房 龍

    (1.北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 研究生院,北京 100730;2.中日友好醫(yī)院 消化內(nèi)科,北京 100029)

    可調(diào)式胃電刺激器的不同參數(shù)對(duì)比格犬的攝食調(diào)節(jié)作用

    李艷梅1,2,姚樹坤2?,趙洪川2,張艷麗2,姚 力2,陳少軒2,張偉碩2,郭文娟2,杜時(shí)雨2,房 龍2

    (1.北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 研究生院,北京 100730;2.中日友好醫(yī)院 消化內(nèi)科,北京 100029)

    目的:建立比格犬胃造瘺及胃電刺激器植入模型,觀察胃電刺激對(duì)攝食量的影響,并篩選能夠抑制犬?dāng)z食量的胃電刺激參數(shù)。方法:對(duì)8只比格犬進(jìn)行了胃造瘺及可調(diào)式胃電刺激器的植入,每只動(dòng)物進(jìn)行假刺激及波寬為0.3~9ms不同參數(shù)的胃電刺激。觀察胃電刺激下犬?dāng)z食量及癥狀的變化,篩選有效刺激參數(shù)。結(jié)果:胃電刺激可顯著減少犬的攝食量,無嚴(yán)重并發(fā)癥出現(xiàn)。每只犬的有效刺激參數(shù)呈現(xiàn)明顯的個(gè)體化。結(jié)論:胃電刺激治療肥胖需要采用個(gè)體化的刺激參數(shù),可調(diào)式胃電刺激器較傳統(tǒng)的胃電刺激器更有優(yōu)勢(shì)。

    胃電刺激;攝食;參數(shù);肥胖

    Author’s addressGraduate School of Peking Union Medical College,Beijing 100730,China

    肥胖治療意義重大,目前仍缺乏有效方法。近年來國(guó)外應(yīng)用胃電刺激(gastric electrical stimulation,GES)治療肥胖獲得一定效果,但療效尚不理想[1]。我們之前的研究發(fā)現(xiàn),受試者對(duì)GES的反應(yīng)存在個(gè)體差異[2]。為了改善GES治療肥胖的效果,可能需要對(duì)刺激參數(shù)進(jìn)行個(gè)體化設(shè)置。另外,目前應(yīng)用的胃電刺激器所能提供的刺激脈寬較窄,且參數(shù)不可調(diào)節(jié)。一些研究發(fā)現(xiàn),較寬(數(shù)毫秒)的脈沖刺激抑制攝食量、減輕體重的效果更明顯[3],能更有效地改變胃動(dòng)力[4]。我們與清華大學(xué)合作,研制出一種新型胃電刺激器,不但波寬明顯加大,而且各種參數(shù)均可調(diào)節(jié)。

    本實(shí)驗(yàn)擬建立比格犬胃造瘺及胃電刺激模型,采用新型的可調(diào)式胃電刺激器,觀察GES對(duì)犬?dāng)z食量和癥狀的影響,對(duì)刺激參數(shù)的個(gè)體化進(jìn)行深入研究。

    1 對(duì)象與方法

    1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象及材料

    健康成年雌性比格犬(體重8~12kg)共8只,由軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供。胃造瘺管由北京金牛偉業(yè)科技開發(fā)有限公司提供。YS99-01臨時(shí)起搏導(dǎo)線,上海億圣科技有限公司提供。

    1.2 動(dòng)物模型制備

    動(dòng)物禁食>8h,通過腹腔注射4%戊巴比妥鈉(0.1ml/kg,中國(guó)醫(yī)藥公司)及肌肉注射速眠新(0.1ml/kg,長(zhǎng)春軍事科學(xué)院軍事獸醫(yī)研究所)麻醉。監(jiān)測(cè)生命體征:舌顏色、脈搏、呼吸頻率。經(jīng)腹壁正中切口,自劍突下2cm向下切開5cm,暴露胃前壁及幽門,將1對(duì)臨時(shí)起搏導(dǎo)線植入胃漿膜下,位置為沿胃大彎側(cè)幽門上3cm(胃的遠(yuǎn)端)。2個(gè)電極間的距離為1.0 cm(見圖1),用硅膠墊片固定在胃壁上。電極的另一端自腹壁切口處引出,與刺激器相連,在右上腹肋緣下將皮下分離制成囊袋,將刺激器埋置于此囊袋中,囊袋應(yīng)避開肋緣。導(dǎo)線在腹腔內(nèi)的游離距離為6~10cm。在幽門上10cm的胃前壁處將胃壁切開1cm,將造瘺管(內(nèi)徑0.9cm)置入胃腔內(nèi)(通過此造瘺管可插入電子恒壓器導(dǎo)管及胃壓力測(cè)定導(dǎo)管,以備后期實(shí)驗(yàn)應(yīng)用),間斷及荷包縫合關(guān)閉胃壁切口,在上腹部偏左側(cè)將腹壁切開1cm,將造瘺管自此切口穿出,間斷縫合腹壁切口。在胃造瘺管外用墊片固定,使胃壁與腹壁貼緊,用螺帽封閉造瘺口。術(shù)后給狗穿專用背心,在頸部以頸圈適當(dāng)限制頸部活動(dòng),將狗轉(zhuǎn)移至恢復(fù)籠中。術(shù)后恢復(fù)7d,7d后每天固定2h給予充足的固體食物(≥1kg的食物),其余時(shí)間不給予食物,飲水不限。2周后動(dòng)物完全恢復(fù)后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)階段。

    本實(shí)驗(yàn)由中日友好醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)同意。

    1.3 癥狀記錄

    觀察并記錄實(shí)驗(yàn)期間動(dòng)物的精神、活動(dòng)、生命體征;大便性狀,有無惡心。記錄征象/癥狀:嘔吐、流涎、舔舌、發(fā)出聲音(哀鳴、咆哮、吠叫、尖叫)、運(yùn)動(dòng)。 并評(píng)分:0~3 分(0:無;1:輕度;2:中度;3:重度),總分15分。每次實(shí)驗(yàn)后得出總的癥狀評(píng)分。

    1.4 攝食情況觀察

    實(shí)驗(yàn)開始后,在同樣的時(shí)間給予1kg常規(guī)固體試餐,其他時(shí)間不給予食物。定期給予充足的水。連續(xù)3d,記錄平時(shí)攝食量。進(jìn)食前1h開始胃電刺激,持續(xù)到進(jìn)食結(jié)束,每天共刺激3h[5],進(jìn)食期間避免外界干擾,觀察動(dòng)物的癥狀,并記錄癥狀評(píng)分。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,將剩余的食物和水稱重,計(jì)算每次攝食量。記錄初期有效刺激時(shí)(大約在開始刺激后1周左右)的攝食量和后期有效刺激時(shí)(大約在開始刺激后2周左右)的攝食量,以及最大攝食量。

    1.5 體重變化

    每天早晨空腹稱重。記錄實(shí)驗(yàn)前后每天的體重變化。

    1.6 胃電刺激

    應(yīng)用胃電刺激器(NES-GA-SPA-01,清華大學(xué)微電子學(xué)研究所)進(jìn)行胃電刺激。刺激模式為串脈沖:輸出電流頻率40Hz,電流3mA~10mA,波寬 0~10ms,2s-on、3s-off的周期性矩形脈沖。每只動(dòng) 物 進(jìn) 行 假 刺 激 及 波 寬 為 0.3ms、0.75ms、1ms、2ms、3ms、4ms、5ms、6ms、7ms、8ms、9ms、10ms, 其他參數(shù)不變的刺激,其順序?yàn)閺男〉酱笈帕校拷M刺激持續(xù)1d,直至出現(xiàn)嘔吐或明顯躁動(dòng)、癥狀評(píng)分≥3分時(shí)不再繼續(xù)加大刺激強(qiáng)度,根據(jù)攝食情況篩選初期有效刺激參數(shù),采用初期有效刺激參數(shù)進(jìn)行胃電刺激3d;然后再重復(fù)上述過程1遍,篩選后期有效刺激參數(shù),并采用后期有效刺激參數(shù)進(jìn)行胃電刺激3d。如可耐受的波寬≤1ms,則采用較低電流強(qiáng)度(3mA、6mA及10mA)進(jìn)行觀察,假刺激時(shí)胃電刺激器信號(hào)輸出開關(guān)是關(guān)閉的。選擇刺激參數(shù)的條件:顯著減少攝食量,但不引起明顯癥狀的一組參數(shù)。

    1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

    應(yīng)用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。胃電刺激前后及與假刺激之間的比較均采用配對(duì)t檢驗(yàn)。

    2 結(jié)果

    2.1 GES引起的癥狀

    狗對(duì)胃電刺激的耐受性好,生命體征穩(wěn)定。低強(qiáng)度胃電刺激多不引起癥狀,或者僅引起吠叫和運(yùn)動(dòng)稍增多,癥狀評(píng)分0~2分,此時(shí)即出現(xiàn)顯著的攝食減少。胃電刺激期間可見:精神萎靡、吠叫、躁動(dòng)、惡心、嘔吐,偶見癥狀有流涎、舔舌、噯氣,無腹瀉。刺激脈寬達(dá)到10ms時(shí)一些實(shí)驗(yàn)動(dòng)物仍能耐受。不耐受的表現(xiàn)為嘔吐(有6只動(dòng)物在刺激強(qiáng)度較大時(shí)出現(xiàn))、明顯躁動(dòng)和吠叫 (2只動(dòng)物出現(xiàn)),癥狀評(píng)分≥3分即認(rèn)為不能耐受。刺激時(shí)嘔吐癥狀出現(xiàn)的時(shí)間從開始刺激后5min~1h不等。刺激停止后有的動(dòng)物很快恢復(fù)進(jìn)食,有的則持續(xù)數(shù)小時(shí)都不再進(jìn)食。

    2.2 GES對(duì)攝食量的影響

    本實(shí)驗(yàn)采用串脈沖進(jìn)行個(gè)體化的、急性GES,刺激初期(刺激后1周左右),可以觀察到攝食量的顯著下降,根據(jù)攝食量的下降及癥狀評(píng)分篩選出初期有效刺激參數(shù),此參數(shù)下的攝食量為初期有效刺激時(shí)的攝食量。表1示,初期有效刺激時(shí)的攝食量較平時(shí)攝食量顯著下降(P<0.01)。1周左右,動(dòng)物對(duì)GES出現(xiàn)耐受,出現(xiàn)耐受的時(shí)間(8.0±2.92)d;此時(shí)加大刺激強(qiáng)度,仍能觀察到攝食量的顯著下降,這個(gè)刺激參數(shù)為后期有效刺激強(qiáng)度。表1示,后期有效刺激時(shí)的攝食量較平時(shí)顯著減少(P<0.01),后期有效刺激時(shí)的攝食量下降百分比低于初期有效刺激時(shí)的攝食量下降百分比,二者之間無顯著差異(P>0.05)。

    2.3 GES的參數(shù)篩選

    根據(jù)選擇刺激參數(shù)的條件,選擇顯著減少攝食量,但不引起明顯癥狀的一組參數(shù),見表2??梢钥闯?,每只動(dòng)物的有效刺激參數(shù)和不耐受刺激參數(shù)波動(dòng)很大,呈現(xiàn)明顯的個(gè)體化。初期有效刺激參數(shù)波動(dòng)在0.3ms/6mA~3ms/10mA (只有脈寬和電流強(qiáng)度進(jìn)行了調(diào)節(jié),其它參數(shù)均固定),初期不耐受刺激強(qiáng)度波動(dòng)在1ms/3mA~7ms/10mA,后期有效刺激參數(shù)波動(dòng)在0.75ms/10mA~6ms/10mA,后期不耐受刺激強(qiáng)度在1ms/6mA~10ms/10mA之間。根據(jù)后期有效刺激強(qiáng)度篩選出用于慢性胃電刺激時(shí)的參數(shù)。

    表1 8只比格犬平時(shí)與胃電刺激時(shí)的攝食量變化(xˉ±s)

    實(shí)驗(yàn)中觀察到,電流強(qiáng)度對(duì)刺激效果的影響較波寬小,如1只動(dòng)物0.75ms/10mA能很好耐受,幾乎無癥狀,而1ms/3mA則會(huì)引起嘔吐。

    2.4 急性GES對(duì)體重的影響

    胃電刺激前與刺激2周后的體重分別為(9.94±0.46)kg 和(9.96±0.39)kg,兩者間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。

    3 討論

    肥胖在全世界范圍流行,已逐漸成為我國(guó)嚴(yán)重的公共健康問題,目前尚缺乏理想的治療方法。GES于1995年首次應(yīng)用于人類肥胖治療,是將電極植入胃壁肌層,由脈沖發(fā)生器發(fā)放一定模式的電脈沖刺激,從而抑制食欲、影響胃的運(yùn)動(dòng)并減輕體重,其操作技術(shù)較減肥手術(shù)簡(jiǎn)單,不改變胃腸道的正常解剖結(jié)構(gòu)。臨床研究表明,GES可使超重體重減輕5%~35%,其安全性也得到了驗(yàn)證[6]。

    GES治療肥胖的研究已取得進(jìn)展,但還有一些問題需要解決。接受GES治療的患者中僅1/3取得理想療效,對(duì)GES的反應(yīng)可能存在個(gè)體差異;目前影響療效的主要問題是缺乏理想的刺激參數(shù)。國(guó)外臨床研究采用的刺激參數(shù)均為串脈沖(2s-on 3s-off, 20Hz~40Hz, 波幅 6mA~10mA, 波寬0.3ms),其波寬很短,一些研究發(fā)現(xiàn),波寬為數(shù)毫秒的GES能夠誘發(fā)胃擴(kuò)張、增加胃容積,與0.3ms的刺激相比,對(duì)攝食和體重的影響更為顯著[4]。目前國(guó)內(nèi)外尚無應(yīng)用波寬為數(shù)毫秒的GES治療肥胖患者的臨床研究。

    為了研究GES的作用及其機(jī)制,篩選理想的刺激參數(shù),改善GES效果,我們?cè)O(shè)計(jì)了此實(shí)驗(yàn)。此動(dòng)物模型包括胃造瘺和植入胃電刺激器兩部分,前者用來進(jìn)行胃容受性和胃竇壓力的測(cè)定,結(jié)果表明,內(nèi)徑0.9cm的胃造瘺管動(dòng)物能夠耐受,造瘺管局部恢復(fù)良好,并且能夠通過它順利地進(jìn)行胃容受性和胃竇壓力的測(cè)定。通過胃電刺激器可以進(jìn)行GES,觀察發(fā)現(xiàn),狗對(duì)GES的耐受性良好,實(shí)驗(yàn)中未出現(xiàn)嚴(yán)重的不良反應(yīng),最大耐受刺激強(qiáng)度達(dá)到10ms、10mA,說明GES安全性良好。

    表2 8只比格犬初期和后期胃電刺激的參數(shù) (波寬/電流,ms/mA)

    GES對(duì)每只動(dòng)物的作用呈現(xiàn)顯著的個(gè)體化,不論早期有效刺激強(qiáng)度、早期不耐受刺激強(qiáng)度,或是后期有效刺激強(qiáng)度、后期不耐受刺激強(qiáng)度,均呈現(xiàn)顯著的個(gè)體化現(xiàn)象,提示為了改善GES的療效,刺激參數(shù)的個(gè)體化選擇非常重要。刺激參數(shù)的個(gè)體化在以往研究較少。Yao[2]提出,受試者對(duì)GES內(nèi)臟敏感性的個(gè)體差異較大,對(duì)GES的參數(shù)設(shè)置應(yīng)個(gè)體化;用臨時(shí)粘膜電極GES觀察內(nèi)臟敏感性可作為長(zhǎng)期植入式GES患者的篩選手段。未能實(shí)現(xiàn)個(gè)體化可能是既往臨床研究中某些患者GES效果不佳的原因之一。在這些試驗(yàn)中,刺激參數(shù)不僅波寬小(0.3ms),而且不可調(diào)節(jié)。為了盡量選擇可能對(duì)GES反應(yīng)好的患者,美國(guó)研究者在已有資料的基礎(chǔ)上提出了篩選規(guī)則表(screening algorithm)。本研究結(jié)果提示,對(duì)于肥胖的治療,除了需要進(jìn)一步研究篩選患者的指標(biāo)外,對(duì)每例患者應(yīng)根據(jù)個(gè)體對(duì)刺激的癥狀反應(yīng)以及攝食量的情況,選擇個(gè)體化的刺激參數(shù),這就需要有新型的胃電刺激器,可以在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)刺激參數(shù)的可調(diào)節(jié)性。我們研制應(yīng)用的胃電刺激器可實(shí)現(xiàn)刺激參數(shù)的穩(wěn)定和可調(diào),其調(diào)節(jié)范圍波寬為0.3ms~10ms、電流強(qiáng)度為1mA~10mA,完全可以滿足GES的需要。在臨床中,患者可根據(jù)自己的食欲、飽感、不適感覺調(diào)節(jié)刺激參數(shù),從而達(dá)到刺激效果的最大化。

    文獻(xiàn)報(bào)道,10mA電流較6mA對(duì)減輕體重更有效[7]。故本研究設(shè)計(jì)的刺激參數(shù)篩選,初始的電流強(qiáng)度均為10mA,只有脈寬≤1ms動(dòng)物仍不能耐受時(shí),才降低電流強(qiáng)度至3mA和6mA繼續(xù)觀察。

    一項(xiàng)研究應(yīng)用長(zhǎng)脈沖的逆行GES(1.1倍固有頻率)發(fā)現(xiàn),逆行GES能夠顯著減少狗的攝食,并能顯著影響胃肌電活動(dòng)的規(guī)律性和耦合性。其中,較強(qiáng)的刺激(550ms~950ms,6mA~9mA)能引起明顯癥狀,而較弱的刺激(550ms,3mA~4.5mA)不引起明顯癥狀[8]。本實(shí)驗(yàn)也觀察到,較大強(qiáng)度的急性串脈沖GES能夠引起嘔吐和躁動(dòng),較小的強(qiáng)度則不引起或只引起輕微的癥狀,刺激癥狀與刺激強(qiáng)度有關(guān)。

    本實(shí)驗(yàn)觀察到,電流強(qiáng)度對(duì)刺激效果的影響較波寬小,如0.75ms/10mA能很好耐受,幾乎無癥狀,而1ms/3mA會(huì)引起嘔吐。如動(dòng)物出現(xiàn)不耐受的情況,首先應(yīng)下調(diào)波寬,反之,如果刺激效果不明顯,首先可上調(diào)波寬,電流強(qiáng)度可以相對(duì)固定。

    本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,1周左右的有效刺激的波寬為 0.3~3ms,2周左右為 0.75~6ms。 而最大耐受刺激的波寬在5~10ms。這些數(shù)據(jù)可以解釋,目前臨床所應(yīng)用的0.3ms的GES為何在一部分患者有效,但對(duì)其他患者效果不明顯,每個(gè)個(gè)體的有效刺激強(qiáng)度不同,且在GES的不同時(shí)期需要的刺激強(qiáng)度也不同,單一固定的0.3ms的刺激在部分個(gè)體遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到有效刺激的強(qiáng)度。

    本研究結(jié)果表明,GES能夠顯著抑制狗的食欲,減少攝食。雖然在1周左右出現(xiàn)耐受,但通過增加刺激強(qiáng)度,仍能夠顯著地抑制攝食而不引起明顯的癥狀。這表明,可調(diào)式胃電刺激器能達(dá)到抑制攝食的效果,為該胃電刺激器用于減肥治療提供了實(shí)驗(yàn)支持。雖然我們所觀察的2周內(nèi)動(dòng)物體重沒有顯著變化,但因觀察例數(shù)有限、時(shí)間較短,還需擴(kuò)大樣本、延長(zhǎng)觀察時(shí)間。曾有報(bào)道動(dòng)物對(duì)GES產(chǎn)生耐受,在一項(xiàng)研究中,GES(375ms,6cpm,4mA)可減少攝食和體重,刺激開始幾天后達(dá)到低谷,但后期攝食量和體重都有部分恢復(fù),表明隨著時(shí)間動(dòng)物可能產(chǎn)生適應(yīng)[9]。慢性刺激中也觀察到這種現(xiàn)象,一項(xiàng)為期35周的豬的串脈沖刺激結(jié)果表明,GES可以改變動(dòng)物的進(jìn)食行為,減少攝食次數(shù),體重的變化呈現(xiàn)周期性的波動(dòng),最終體重下降[10]。這表明動(dòng)物雖對(duì)GES存在一定的耐受,但經(jīng)過加大刺激強(qiáng)度,或者隨著刺激時(shí)間的延長(zhǎng),GES仍然會(huì)對(duì)攝食及體重產(chǎn)生抑制的效果。

    總之,本研究顯示,以新型的可調(diào)式胃電刺激器進(jìn)行的串脈沖急性GES能夠顯著減少比格犬的攝食量,效果顯著、安全性好,可以用于肥胖的治療。比格犬對(duì)GES的反應(yīng)呈顯著的個(gè)體化,有效刺激的波寬波動(dòng)范圍很大,需要實(shí)現(xiàn)刺激參數(shù)的可調(diào)性,新型的可調(diào)式胃電刺激器對(duì)治療肥胖有較好的臨床應(yīng)用前景。

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    Effects of adjustable gastric electrical stimulator with different parameters on the food intake of Bea-gle dogs

    LI Yan-mei,YAO Shu-kun,ZHAO Hong-chuan,et al//Journal of China-Japan Friendship Hospital,2011 Oct,25(5):285-289

    Objective:To establish the effects of adjustable gastric electrical stimulation (GES)on the food-intake and deriving the optimal parameters in a canine model.Methods:Eight dogs were each implanted with a gastric cannula and an adjustable stimulator.GES with trains of short-pulses:10mA,2s-on,3s-off,40Hz and a series of pulse widths (0.3ms~9ms)were performed.Food intake and symptoms during acute GES were observed to find the most effective parameters.Results:GES may significantly inhibit beagle dogs’food intake without causing any serious complication.The effective parameters vary greatly among the subject beagle dogs to demonstrate remarkable distinctions for each dog.Conclusion:The parameters of GES should be individualized in treating obesity and adjustable GES may have an advantage over the traditional GES.

    gastric electrical stimulation;food intake;parameter;obesity

    R454.1

    A

    1001-0025(2011)05-0285-05

    10.3969/j.issn.1001-0025.2011.05.009

    課題項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助,項(xiàng)目號(hào) 81070299;首都醫(yī)學(xué)發(fā)展科研基金資助,項(xiàng)目號(hào)2001-2018。

    2* 本文通訊作者。

    李艷梅(1973-),女,主治醫(yī)師,博士研究生。

    2011-07-28

    2011-08-12

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