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

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8只比格犬進行了胃造瘺及可調(diào)式胃電刺激器的植入，每只動物進行假刺激及波寬為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)明顯的個體化。結(jié)論：胃電刺激治療肥胖需要采用個體化的刺激參數(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。

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GES的反應(yīng)存在個體差異[2]。為了改善GES治療肥胖的效果，可能需要對刺激參數(shù)進行個體化設(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)。

本實驗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對犬?dāng)z食量和癥狀的影響，對刺激參數(shù)的個體化進行深入研究。

1 對象與方法

1.1 實驗對象及材料

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)院實驗動物中心提供。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臨時起搏導(dǎo)線，上海億圣科技有限公司提供。

1.2 動物模型制備

動物禁食＞8h，通過腹腔注射4%戊巴比妥鈉（0.1ml/kg，中國醫(yī)藥公司）及肌肉注射速眠新（0.1ml/kg，長春軍事科學(xué)院軍事獸醫(yī)研究所）麻醉。監(jiān)測生命體征：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對臨時起搏導(dǎo)線植入胃漿膜下，位置為沿胃大彎側(cè)幽門上3cm（胃的遠端）。2個電極間的距離為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)管及胃壓力測定導(dǎo)管，以備后期實驗應(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，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），其余時間不給予食物，飲水不限。2周后動物完全恢復(fù)后進入實驗階段。

本實驗由中日友好醫(yī)院倫理委員會批準同意。

1.3 癥狀記錄

觀察并記錄實驗期間動物的精神、活動、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）、運動。 并評分：0～3 分（0：無；1：輕度；2：中度；3：重度），總分15分。每次實驗后得出總的癥狀評分。

1.4 攝食情況觀察

實驗開始后，在同樣的時間給予1kg常規(guī)固體試餐，其他時間不給予食物。定期給予充足的水。連續(xù)3d，記錄平時攝食量。進食前1h開始胃電刺激，持續(xù)到進食結(jié)束，每天共刺激3h[5]，進食期間避免外界干擾，觀察動物的癥狀，并記錄癥狀評分。實驗結(jié)束后，將剩余的食物和水稱重，計算每次攝食量。記錄初期有效刺激時（大約在開始刺激后1周左右）的攝食量和后期有效刺激時（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。記錄實驗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 物 進 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，其順序為從小到大排列，每組刺激持續(xù)1d，直至出現(xiàn)嘔吐或明顯躁動、癥狀評分≥3分時不再繼續(xù)加大刺激強度，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)進行胃電刺激3d。如可耐受的波寬≤1ms，則采用較低電流強度（3mA、6mA及10mA）進行觀察，假刺激時胃電刺激器信號輸出開關(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)計學(xué)方法

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

2 結(jié)果

2.1 GES引起的癥狀

狗對胃電刺激的耐受性好，生命體征穩(wěn)定。低強度胃電刺激多不引起癥狀，或者僅引起吠叫和運動稍增多，癥狀評分0～2分，此時即出現(xiàn)顯著的攝食減少。胃電刺激期間可見：精神萎靡、吠叫、躁動、惡心、嘔吐，偶見癥狀有流涎、舔舌、噯氣，無腹瀉。刺激脈寬達到10ms時一些實驗動物仍能耐受。不耐受的表現(xiàn)為嘔吐（有6只動物在刺激強度較大時出現(xiàn)）、明顯躁動和吠叫 （2只動物出現(xiàn)），癥狀評分≥3分即認為不能耐受。刺激時嘔吐癥狀出現(xiàn)的時間從開始刺激后5min～1h不等。刺激停止后有的動物很快恢復(fù)進食，有的則持續(xù)數(shù)小時都不再進食。

2.2 GES對攝食量的影響

本實驗采用串脈沖進行個體化的、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的攝食量。表1示，初期有效刺激時的攝食量較平時攝食量顯著下降（P＜0.01）。1周左右，動物對GES出現(xiàn)耐受，出現(xiàn)耐受的時間（8.0±2.92）d；此時加大刺激強度，仍能觀察到攝食量的顯著下降，這個刺激參數(shù)為后期有效刺激強度。表1示，后期有效刺激時的攝食量較平時顯著減少（P＜0.01），后期有效刺激時的攝食量下降百分比低于初期有效刺激時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。可以看出，每只動物的有效刺激參數(shù)和不耐受刺激參數(shù)波動很大，呈現(xiàn)明顯的個體化。初期有效刺激參數(shù)波動在0.3ms/6mA～3ms/10mA （只有脈寬和電流強度進行了調(diào)節(jié)，其它參數(shù)均固定），初期不耐受刺激強度波動在1ms/3mA～7ms/10mA，后期有效刺激參數(shù)波動在0.75ms/10mA～6ms/10mA，后期不耐受刺激強度在1ms/6mA～10ms/10mA之間。根據(jù)后期有效刺激強度篩選出用于慢性胃電刺激時的參數(shù)。

表1 8只比格犬平時與胃電刺激時的攝食量變化（xˉ±s）

實驗中觀察到，電流強度對刺激效果的影響較波寬小，如1只動物0.75ms/10mA能很好耐受，幾乎無癥狀，而1ms/3mA則會引起嘔吐。

2.4 急性GES對體重的影響

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，已逐漸成為我國嚴重的公共健康問題，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、影響胃的運動并減輕體重，其操作技術(shù)較減肥手術(shù)簡單，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證[6]。

GES治療肥胖的研究已取得進展，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GES的反應(yīng)可能存在個體差異；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)胃擴張、增加胃容積，與0.3ms的刺激相比，對攝食和體重的影響更為顯著[4]。目前國內(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的作用及其機制，篩選理想的刺激參數(shù)，改善GES效果，我們設(shè)計了此實驗。此動物模型包括胃造瘺和植入胃電刺激器兩部分，前者用來進行胃容受性和胃竇壓力的測定，結(jié)果表明，內(nèi)徑0.9cm的胃造瘺管動物能夠耐受，造瘺管局部恢復(fù)良好，并且能夠通過它順利地進行胃容受性和胃竇壓力的測定。通過胃電刺激器可以進行GES，觀察發(fā)現(xiàn)，狗對GES的耐受性良好，實驗中未出現(xiàn)嚴重的不良反應(yīng)，最大耐受刺激強度達到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對每只動物的作用呈現(xiàn)顯著的個體化，不論早期有效刺激強度、早期不耐受刺激強度，或是后期有效刺激強度、后期不耐受刺激強度，均呈現(xiàn)顯著的個體化現(xiàn)象，提示為了改善GES的療效，刺激參數(shù)的個體化選擇非常重要。刺激參數(shù)的個體化在以往研究較少。Yao[2]提出，受試者對GES內(nèi)臟敏感性的個體差異較大，對GES的參數(shù)設(shè)置應(yīng)個體化；用臨時粘膜電極GES觀察內(nèi)臟敏感性可作為長期植入式GES患者的篩選手段。未能實現(xiàn)個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GES反應(yīng)好的患者，美國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，對于肥胖的治療，除了需要進一步研究篩選患者的指標外，對每例患者應(yīng)根據(jù)個體對刺激的癥狀反應(yīng)以及攝食量的情況，選擇個體化的刺激參數(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)，從而達到刺激效果的最大化。

文獻報道，10mA電流較6mA對減輕體重更有效[7]。故本研究設(shè)計的刺激參數(shù)篩選，初始的電流強度均為10mA，只有脈寬≤1ms動物仍不能耐受時，才降低電流強度至3mA和6mA繼續(xù)觀察。

一項研究應(yīng)用長脈沖的逆行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的規(guī)律性和耦合性。其中，較強的刺激（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]。本實驗也觀察到，較大強度的急性串脈沖GES能夠引起嘔吐和躁動，較小的強度則不引起或只引起輕微的癥狀，刺激癥狀與刺激強度有關(guān)。

本實驗觀察到，電流強度對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會引起嘔吐。如動物出現(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，電流強度可以相對固定。

本實驗結(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，但對其他患者效果不明顯，每個個體的有效刺激強度不同，且在GES的不同時期需要的刺激強度也不同，單一固定的0.3ms的刺激在部分個體遠遠達不到有效刺激的強度。

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驗支持。雖然我們所觀察的2周內(nèi)動物體重沒有顯著變化，但因觀察例數(shù)有限、時間較短，還需擴大樣本、延長觀察時間。曾有報道動物對GES產(chǎn)生耐受，在一項研究中，GES（375ms，6cpm，4mA）可減少攝食和體重，刺激開始幾天后達到低谷，但后期攝食量和體重都有部分恢復(fù)，表明隨著時間動物可能產(chǎn)生適應(yīng)[9]。慢性刺激中也觀察到這種現(xiàn)象，一項為期35周的豬的串脈沖刺激結(jié)果表明，GES可以改變動物的進食行為，減少攝食次數(shù)，體重的變化呈現(xiàn)周期性的波動，最終體重下降[10]。這表明動物雖對GES存在一定的耐受，但經(jīng)過加大刺激強度，或者隨著刺激時間的延長，GES仍然會對攝食及體重產(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GES的反應(yīng)呈顯著的個體化，有效刺激的波寬波動范圍很大，需要實現(xiàn)刺激參數(shù)的可調(diào)性，新型的可調(diào)式胃電刺激器對治療肥胖有較好的臨床應(yīng)用前景。

[1]Thomas LA，Anil M，Nighat AP.Looking to the future：electrical stimulation for obesity[J].Am J Med Sci，2006，331（4）：226－232.

[2]Yao SK，Ke M，Wang Z，et al.Visceral sensitivity to gastric stimulation and its correlation with alterations in gastric emptying and accommodation in humans[J].Obes Surg，2005，15（2）：247-253.

[3]Zhang J，Tang M，Chen JD.Gastric electrical stimulation for obesity：the need for a new device using wider pulses[J].Obesity （Silver Spring），2009，17（3）：474-480.

[4]JH Xing，JD Z Chen.Effects and mechanisms of long-pulse gastric electrical stimulation on canine gastric tone and accommodation[J].Neurogastroenterol Motil，2006，18：136-143.

[5]Zhu H，Chen JD.Implantable gastric stimulation inhibits gastricmotilityviasympatheticpathway in dogs[J].Obes Surg，2005，15（1）：95-100.

[6]Arthur Bohdjalian，Gerhard Prager，Ricardo Aviv，et al.Oneyear experience with Tantalus?A new surgical approach to treat morbid obesity[J].Obes Surg，2006，16（5）：627-634.

[7]Cigaina V.Gastric pacing as therapy for morbidity：preliminary results[J].Obes Surg，2002，12（Suppl 1）：12s-16s.

[8]Chen JZ，Ueno T，Xu X，et al.Reverse gastric pacing reduces food intake without inducing symptoms in dogs[J].Scand J Gastroenterol，2006，41（1）：30-36.

[9]Xing JH，Brody F，Brodsky J，et al.Gastric electrical-stimulation effectson canine gastric emptying，food intake，and body weight[J].Obes Res，2003，11（1）：41-47.

[10]Cigaina V，Saggioro A，Rigo V，et al.Long-term effects of gastric pacing to reduce feed intake in swine[J].Obes Surg，1996，6（3）：250-253.

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

課題項目：國家自然科學(xué)基金資助，項目號 81070299；首都醫(yī)學(xué)發(fā)展科研基金資助，項目號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