人結(jié)腸測壓技術(shù)的進(jìn)展

黃 敏，陳繼紅，譚詩云，羅和生，Jan D Huizinga

1.武漢大學(xué)人民醫(yī)院消化內(nèi)科 消化系統(tǒng)疾病湖北省重點實驗室，湖北 武漢430060;2.麥克馬斯持大學(xué)健康科學(xué)學(xué)院醫(yī)學(xué)，加拿大哈密爾頓

結(jié)腸功能障礙性疾病如慢性便秘臨床常見但治療效果不佳，其較高的患病率以及對患者生活質(zhì)量的影響，造成巨大經(jīng)濟(jì)和社會負(fù)擔(dān)［1］。根本原因在于對結(jié)腸運動生理認(rèn)識不足。基于實時監(jiān)測腔內(nèi)壓力變化判斷結(jié)腸運動規(guī)律的結(jié)腸測壓技術(shù)一直被臨床醫(yī)生視為最具有指導(dǎo)意義的檢測方法。如高振幅推進(jìn)性收縮(high amplitude propulsive contractions，HAPCs)的發(fā)現(xiàn)揭示了慢性便秘的最主要病理生理變化，一直沿用至今。但除此之外，眾多結(jié)腸動力研究難以呈現(xiàn)一致的變化規(guī)律或特定的生物學(xué)標(biāo)記，令研究者望而卻步。檢測技術(shù)的局限性如測壓孔間距過長是主要障礙［2］。隨著結(jié)腸基礎(chǔ)研究的不斷深入和多種肌源性和神經(jīng)源性腸道運動模式(motor patterns)生理意義的發(fā)現(xiàn)［3-5］，特定結(jié)腸運動模式的異常有望成為具有診斷價值的生物學(xué)標(biāo)記(biomarker)?；诖耍疚幕仡櫩偨Y(jié)了人結(jié)腸測壓的歷史和相關(guān)運動模式的發(fā)現(xiàn)及其意義，旨在探索最適用于臨床診治的人結(jié)腸測壓技術(shù)。

1 結(jié)腸測壓方法

依測壓導(dǎo)管不同，人結(jié)腸測壓分三類:水灌注導(dǎo)管測壓、固態(tài)導(dǎo)管測壓和光導(dǎo)纖維導(dǎo)管測壓。

1.1 水灌注測壓 Kerlin 等［6］在1983 年首次將水灌注導(dǎo)管用于結(jié)腸測壓。大多數(shù)研究首選水灌注導(dǎo)管。導(dǎo)管由軟質(zhì)聚氯乙烯或者硅橡膠組成，前者稍硬，后者較柔韌，患者感覺舒適。這種導(dǎo)管包含4 、8、12、16、32或更多個記錄端口或測壓孔，每個記錄端口連接一個開放腔到氣動液壓泵，該泵確保每個腔內(nèi)水流恒定。結(jié)腸壁收縮時作用于對應(yīng)的測壓孔，依收縮幅度和持續(xù)時間不同對腔內(nèi)灌流液的流動產(chǎn)生阻力。外置的壓力傳感器將該阻力轉(zhuǎn)換為壓力變化數(shù)據(jù)，即結(jié)腸收縮幅值。其靈敏性與固態(tài)測壓導(dǎo)管相當(dāng)。這種導(dǎo)管廉價耐用且有高通用性配置，如測壓孔數(shù)量、位置、間距、開孔方向、灌流量等均可按需靈活制備。硅膠導(dǎo)管可經(jīng)高壓滅菌法達(dá)到完全滅菌以便安全重復(fù)使用。多個測壓孔長時間記錄時，管腔內(nèi)灌注液的容量可達(dá)每天3L 以上，結(jié)腸具有每天吸收6L 水的能力，該灌流量對結(jié)腸運動的影響尚不清楚［7-8］。

由于持續(xù)灌注的需要，受試者不能自由活動，記錄時間為6 ～24 h，這種情況被視為非生理性。最初的液體灌注導(dǎo)管主要用于持續(xù)時間8 h 以內(nèi)的結(jié)腸運動記錄，而持續(xù)時間＞8 h 的記錄主要用于觀察各種生理刺激等對結(jié)腸基礎(chǔ)運動的影響［9］。

水灌注測壓顯示結(jié)腸運動模式有非推進(jìn)性收縮(non-propagated contractions，NPCs)、HAPCs、低振幅推進(jìn)性收縮(low amplitude propagated contractions LAPCs)以及逆行性收縮(retrograde propagated contractions，RPCs);Narducci 等［10］發(fā)現(xiàn)偶發(fā)的NPCs 是結(jié)腸的主要運動模式，后來又發(fā)現(xiàn)LAPCs 是結(jié)腸持續(xù)存在的生理性運動模式，可能與排氣有關(guān)［11］;有研究表明HAPCs 可能等同于結(jié)腸的集團(tuán)蠕動［12］在餐后和晨醒時［12］及排便前［13］明顯增多，逆行推進(jìn)性收縮少但其功能尚不清楚［14］。進(jìn)食和晨醒是結(jié)腸運動的主要生理刺激［10］;結(jié)腸運動存在著晝夜節(jié)律模式，即結(jié)腸運動夜間被抑制，晨醒時明顯增多［15］。對于慢性便秘患者，其HAPCs 頻率減少［16］，總的結(jié)腸收縮活動減少，對食物的反應(yīng)減少［15］，排便前無HAPCs 的增加［17］，這些為闡明慢性便秘患者的病理生理機(jī)制及尋找特定的生物標(biāo)記物提供了可能。

1.2 固態(tài)測壓 Soffer 等［18］在1989 年第一次將固態(tài)導(dǎo)管測壓運用于結(jié)腸。固態(tài)測壓導(dǎo)管由傳統(tǒng)的應(yīng)變儀插入軟質(zhì)聚氯乙烯導(dǎo)管裝配而成，每個應(yīng)變儀安裝一個微型柔軟壓力敏感膜片，形成惠斯通電橋電子通路并通過精細(xì)線路連接到放大及記錄系統(tǒng)，這就提供了一個簡單且精確度較高的壓力-電阻微小變化檢測方法。在沒有施加壓力時，應(yīng)變儀可被看作一個可變電阻器并在電路中與其他固定電阻保持平衡，當(dāng)施加壓力(結(jié)腸收縮或者管腔內(nèi)壓力變化)時，膜片變形導(dǎo)致應(yīng)變儀的電阻改變，打破循環(huán)電路的平衡，造成電流流動，結(jié)腸收縮的幅度和腸腔內(nèi)壓力的變化與相應(yīng)的電流流動呈正比，從而實時準(zhǔn)確記錄結(jié)腸運動的變化［9］。固態(tài)導(dǎo)管通常有6 ～10 個感應(yīng)器，間隔7 ～15 cm［19］?，F(xiàn)在壓力感應(yīng)器的數(shù)目可增加到36 個［20］。記錄的壓力信號存儲在便攜式數(shù)字錄音機(jī)里，受試者可自由走動，便于長時間持續(xù)記錄，即24 h 流動性測壓，利于評估隨時間變化的運動模式［21］，如睡眠期、清醒期、進(jìn)餐后、運動時、特定刺激后(藥物、食物、氣球擴(kuò)張等)，對結(jié)腸運動及其機(jī)制進(jìn)行完整評估。固態(tài)導(dǎo)管的弊端在于傳感器費用昂貴且容易受損，殘余大便等也會腐蝕傳感器［8］。

Crowell 等［22］利用固態(tài)導(dǎo)管測壓在1991 年第一次發(fā)現(xiàn)了逆行推進(jìn)性收縮，它和順行推進(jìn)性收縮同時發(fā)生，但其功能尚不清楚。Herbst 等［23］在1997 年第一次發(fā)現(xiàn)在乙狀結(jié)腸和降結(jié)腸存在著周期性活動，但其臨床意義尚不清楚。Rao 等［8］研究將結(jié)腸運動模式更加細(xì)化為7 種動力模式，包括單個壓力波、推進(jìn)性壓力波、特殊的推進(jìn)性壓力波、同時發(fā)生的壓力波、逆行推進(jìn)性壓力波、周期性結(jié)腸動力活動及周期性直腸動力活動，其中同時發(fā)生的、推進(jìn)性的或周期性(3 次/min)的壓力波是結(jié)腸的主要運動模式。研究發(fā)現(xiàn)結(jié)腸的運動活動存在著區(qū)段性差異，比如LAPCs 在右半結(jié)、橫結(jié)腸及脾曲更加頻繁［24］，橫結(jié)腸和降結(jié)腸與其他區(qū)段相比，在白天其壓力活動更頻繁［8］。有研究表明慢性便秘患者與正常人相比，其周期性直腸運動更加頻繁，并且在夜間復(fù)合運動的周期持續(xù)時間更長，壓力波振幅更高［25］，HAPCs 的推進(jìn)速度更慢［26］。

1.3 光導(dǎo)纖維測壓 Arkwright 等［27］在2009 年最早用光導(dǎo)纖維測壓導(dǎo)管進(jìn)行人結(jié)腸運動觀察。光導(dǎo)纖維導(dǎo)管使得傳感器的數(shù)量顯著增加，一般為72 ～120 個傳感器，目前傳感器可增加到144 個，傳感器間隔1 cm［2］。傳感器如此多的同時仍能保持較好的柔韌性插入全結(jié)腸。最初的結(jié)腸測壓研究表明能精確地探測結(jié)腸推進(jìn)行性運動的方向和頻率高度依賴傳感器彼此之間的間距，傳感器間距越大，越不易檢測到結(jié)腸運動模式，失誤幾率也相應(yīng)增加［28］。光纖導(dǎo)管非常昂貴，也容易受損，而且各導(dǎo)聯(lián)以串聯(lián)形式組合，限制了其廣泛應(yīng)用。

Dinning 等［5］于2014 年報道，在空腹?fàn)顟B(tài)下，以推進(jìn)性運動的長度和速度不同有4 種推進(jìn)性運動模式，即周期性動力模式(每分鐘發(fā)生2 ～6 次)、單個短程動力模式、單個長距離動力模式、偶然發(fā)生緩慢逆行推進(jìn)動力模式。周期性及單個短程推進(jìn)性動力模式大部分是逆行推進(jìn)方向的，這證明了大量的逆行推進(jìn)性動力模式的存在，其意義有待更進(jìn)一步的研究。

1.4 高分辨率結(jié)腸測壓(high resolution colonic manometry，HRCM) HRCM 的技術(shù)核心是壓力檢測點的間距越小越利于運動模式的觀察，無論采用水灌注或固態(tài)或光纖導(dǎo)管。自1990 年代后期，高分辨率固態(tài)測壓技術(shù)在食管動力障礙性疾病的診治方面發(fā)揮了劃時代的作用，正常和異常的運動模式更易于識別并且量化，開啟了胃腸動力檢測的新時代。固態(tài)高分辨率結(jié)腸測壓也成為可能［20］。傳統(tǒng)結(jié)腸測壓即低分辨率測壓(主要是水灌注法)僅局限于高振幅推進(jìn)性運動模式的觀察，某些收縮的方向和頻率會呈現(xiàn)錯誤的表象，很大程度上遺漏了傳輸距離短的順行和逆行收縮波［21］。例如結(jié)腸常見的一種運動模式是逆行推進(jìn)7～10 cm 的蠕動波，間距5 cm 以上的低分辨率測壓無法識別該運動模式。隨著微型傳感器技術(shù)的進(jìn)步，36個間隔1 cm 的固態(tài)高清測壓導(dǎo)管可以識別絕大多數(shù)運動模式，只是全結(jié)腸固態(tài)測壓尚不能滿足［21］。高清光纖導(dǎo)管測壓使得所記錄的腸段長度可超過140 cm，打破了以往因?qū)Ч荛L度不足不能進(jìn)行全結(jié)腸記錄的局限［29］。綜合各種導(dǎo)管的利弊和普及成本，高分辨水灌注測壓有望成為結(jié)腸高清測壓的主要方式，本課題組結(jié)合前期固態(tài)高清結(jié)腸測壓的經(jīng)驗擬開展兒童和成人84 導(dǎo)聯(lián)間距1 cm 的水灌注高清結(jié)腸測壓。盡管如此，結(jié)腸高分辨測壓還處于初級臨床階段，觀測指標(biāo)和量化標(biāo)準(zhǔn)的確立均需要大量實踐后加以總結(jié)達(dá)成國際共識，診斷價值的普及可能仍然要數(shù)年［30］。

1. 5 無線動力膠囊(wireless motility/pH capsule，WMC)測壓 WMC 是一種新穎、流動、非侵襲性測量成人消化道傳輸、溫度和pH 變化的技術(shù)［31］。膠囊形狀為圓柱形，長約26.8 mm，直徑11.7 mm。它由固態(tài)壓力傳感器、離子感測電晶體pH 電極、溫度傳感器、射頻發(fā)射器、天線、1.5 V 氧化銀電池等組成。體外與一個隨身攜帶的便攜式數(shù)據(jù)接收機(jī)相連，門診即可完成。膠囊不會被機(jī)體所消化，最終通過肛門排出體外。膠囊進(jìn)入消化道內(nèi)便可提供它周圍環(huán)境的pH 值(0.05 ～9.0)、溫度(25 ～490 ℃)和壓力(0 ～350 mm-Hg)數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析可計算胃排空時間、小腸和結(jié)腸運輸時間、腔內(nèi)壓力變化總體趨勢(活躍程度)和部位(如左半結(jié)腸或乙狀結(jié)腸)。目前WMC 研究表明，慢性便秘患者在結(jié)腸傳輸時間正常輕度(≤59 h)或者中度(59 ～100 h)延遲的情況下，其收縮活動比正常人更活躍;但在結(jié)腸傳輸時間重度延遲(＞100 h)的情況下其收縮活動明顯減少，可見慢性便秘患者結(jié)腸并非一概而論的動力低下，特殊運動模式(非推進(jìn)性)在其中發(fā)揮了重要作用;闡明慢性便秘的亞型有助于揭示潛在的病理生理異常［32］。WMC 還有利于觀察正常人與便秘患者的胃結(jié)腸反射以及結(jié)腸活動的晝夜規(guī)律。WMC 的主要缺點是只有一個壓力傳感器并在腸腔內(nèi)隨意移動，無法用來判斷推進(jìn)性或非推進(jìn)性運動，定位不精確［31］。結(jié)合侵入性測壓技術(shù)，它具有重要的互補(bǔ)作用。WMC 可在必要時替代放射性方法評估傳輸［33］。

2 人結(jié)腸測壓插管技術(shù)

可經(jīng)鼻或者口腔順行插管或經(jīng)肛門逆行插管，目前多經(jīng)肛門測壓，造瘺患者可經(jīng)腸道造瘺口插管。

2.1 順行插管 順行插管是一種不常見的記錄結(jié)腸運動的插管方法并限于成人的研究。導(dǎo)管通常在熒光鏡下從鼻腔或者口腔插入，當(dāng)經(jīng)過幽門時，向?qū)Ч芮岸说那蚰覂?nèi)注入空氣或者水使其膨脹，利用小腸和大腸蠕動的過程幫助其向前推進(jìn)，從而避免了做腸道準(zhǔn)備，確保生理條件下進(jìn)行。然而這個過程和逆行插管相比比較耗時，甚至連正常人都可能需要多達(dá)36 h 來完成插管［9，13］，鼻腔、口腔/咽部的不適和惡心等癥狀常見，因此受試者的耐受性很差。僅適于健康人和結(jié)腸傳輸相對正?；颊叩慕Y(jié)腸動力研究［17］。

2.2 逆行插管 逆行插管是最簡易的成人和兒童研究方法。在結(jié)腸鏡引導(dǎo)下將導(dǎo)管置入結(jié)腸，大部分研究是將結(jié)腸鏡插至結(jié)腸脾曲或者橫結(jié)腸，也有將導(dǎo)管固定于升結(jié)腸或者盲腸進(jìn)行全結(jié)腸觀察［26，34］。有經(jīng)活檢孔插入導(dǎo)絲再經(jīng)導(dǎo)絲插入測壓導(dǎo)管的;本課題組采用測壓導(dǎo)管與結(jié)腸鏡并行插入的方法，具體操作是用結(jié)腸鏡活檢通道內(nèi)的活檢鉗夾住測壓管頭端固定的棉線結(jié)，在助手協(xié)助下將結(jié)腸鏡和導(dǎo)管一起緩慢插入結(jié)腸，到達(dá)目標(biāo)部位后，活檢鉗松開棉線結(jié)退出活檢通道，然后攜帶鈦夾經(jīng)活檢孔將游離的棉線結(jié)固定于結(jié)腸黏膜，可多部位固定也可僅僅頂端固定，然后退出結(jié)腸鏡。邊退鏡邊抽吸結(jié)腸內(nèi)氣體?？捎肵 光、放射性核素(經(jīng)測壓通道注入少量有核素標(biāo)記物的液體)等確定導(dǎo)管位置。逆行插管患者耐受性較好。

2.3 順行和逆行雙向插管 使用上述插管方法，右半結(jié)腸測壓經(jīng)口腔或鼻腔途徑插管，左半結(jié)腸測壓經(jīng)肛門插管，先順行后逆行插管［24］。有利于同時觀察末端小腸和結(jié)腸運動的協(xié)調(diào)性。

2.4 經(jīng)腸道造瘺口插管 在慢傳輸型便秘兒童已成功實施經(jīng)闌尾造瘺口、盲腸造瘺口、回腸造瘺口或者結(jié)腸造瘺口插管法結(jié)腸測壓［35-37］。插管前，先清洗腸道，然后鎮(zhèn)靜，測壓導(dǎo)管可直接經(jīng)造瘺口緩慢插入，也可給予比沙可啶誘發(fā)推進(jìn)性運動，和/或在導(dǎo)管頭端的氣球內(nèi)注入適量水，幫助導(dǎo)管順利移行至遠(yuǎn)端結(jié)腸;造瘺口合適的患者可以在結(jié)腸鏡協(xié)助下插管。最后X光定位。

人結(jié)腸測壓的臨床應(yīng)用已有30 多年歷史，經(jīng)歷了水灌注、固態(tài)、光纖導(dǎo)管和無線膠囊等不同方法，但由于對結(jié)腸生理和病理生理認(rèn)識的不足，加之分辨率等技術(shù)問題，該檢測尚未列入臨床常規(guī)診斷。近年隨著對結(jié)腸推進(jìn)性和非推進(jìn)性運動模式的基礎(chǔ)研究不斷進(jìn)步，以及高分辨率技術(shù)的發(fā)展，人高清結(jié)腸測壓技術(shù)逐漸成熟，有望在不久的將來成為揭示結(jié)腸生理和病理生理異常的主要手段。

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