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腸易激綜合征內臟敏感性檢測與評價方法的研究進展

2023-12-29 00:00:00侯雨君趙映蔣慧靈譚玉張薇李瑛鄭倩華
中國全科醫學 2023年21期

【摘要】 腸易激綜合征(IBS)是臨床上常見的功能性胃腸病,內臟敏感性增加是IBS重要的病理生理特征之一,對內臟敏感性的檢測和評價對IBS臨床診斷及治療具有實際意義。本文通過檢索、整理關于IBS內臟敏感性的研究,從中樞與外周兩個角度出發,綜述了對IBS患者和模型動物內臟敏感性增加狀態的檢測及評估方法,發現目前研究存在方法較單一、運用受限等問題。在未來的研究中,可以進一步探索各種評價方法在動物實驗與人體試驗中運用的可能性。

【關鍵詞】 腸易激綜合征;內臟敏感性;結腸敏感性;外周敏化;中樞敏化;評價指標;文獻綜述

【中圖分類號】 R 574.62 【文獻標識碼】 A DOI:10.12114/j.issn.1007-9572.2022.0605

【引用本文】 侯雨君,趙映,蔣慧靈,等. 腸易激綜合征內臟敏感性檢測與評價方法的研究進展[J]. 中國全科醫學,2023,26(21):2673-2677. DOI:10.12114/j.issn.1007-9572.2022.0605.[www.chinagp.net]

HOU Y J,ZHAO Y,JIANG H L,et al. Detection and evaluation methods of visceral sensitivity in irritable bowel syndrome:a review of the latest developments[J]. Chinese General Practice,2023,26(21):2673-2677.

Detection and Evaluation Methods of Visceral Sensitivity in Irritable Bowel Syndrome:a Review of the Latest Developments HOU Yujun ZHAO Ying JIANG Huiling TAN Yu ZHANG Wei LI Ying ZHENG Qianhua

1.School of Acupuncture-Massage/Third Affiliated Hospital,Chengdu University of Traditional Chinese Medicine,Chengdu 610075,China

2.Department of Traditional Chinese Medicine,Shifang People's Hospital,Deyang 618499,China

3.Graduate School,Chengdu University of Traditional Chinese Medicine,Chengdu 610075,China

Corresponding author:ZHENG Qianhua,Associate professor;E-mail:zhengqianhua@cdutcm.edu.cn

【Abstract】 Visceral hypersensitivity is one major pathophysiological characteristic of irritable bowel syndrome (IBS),a common functional bowel disorder. The detection and evaluation of visceral hypersensitivity are of practical significance for the guidance of clinical diagnosis and treatment of IBS. We reviewed the latest studies on the detection and evaluation methods of visceral hypersensitivity mediated by both peripheral and central factors in IBS patients and animal models,and found some limitations in these studies such as monotonous evaluation methods,and limited applications of the methods. The possible applications of these methods in both animal experiments and clinical trials can be explored in future researches.

【Key words】 Irritable bowel syndrome;Visceral sensitivity;Colonic sensation;Peripheral sensitization;Central sensitization;Evaluating indicator;Literature review

內臟敏感性增加是指內臟組織對刺激感受性增強的一種現象,是導致腸易激綜合征(irritable bowel syndrome,IBS)患者腹痛、腹部不適的主要原因。當腸道感受器感受到傷害性刺激時,信號經傳入神經,經脊髓背根神經節(dorsal root ganglia,DRG)、脊髓背角神經元傳入大腦,最終達到大腦感覺皮質,形成痛覺感知。在病理狀態下,痛覺信號上行通路中各環節異常可能導致內臟敏感性增加。外周與中樞的敏化是內臟敏感性增加的重要神經生物學機制[1],其中外周敏化指腸道、自主神經及DRG信號傳導異常,中樞敏化指脊髓背角神經元致敏以及大腦水平傳入信號處理異常。

對內臟敏感性進行客觀評價是IBS療效評價的重要環節,各方法適用情況不相同,在臨床研究或動物研究的運用中存在一定的局限性。本文將從外周與中樞兩個角度出發,基于動物實驗及臨床試驗,對IBS內臟敏感性的評價方法進行檢索、比較和綜述,探討這些方法的運用現狀與前景,為IBS內臟敏感性的相關研究提供文獻支撐和參考。

本文文獻檢索策略:以“內臟痛”“內臟敏感性增加”“內臟敏感性”“腸易激綜合征”“結腸感覺”“結腸敏感性”“外周敏化”“中樞敏化”為中文關鍵詞檢索中國知網、維普網、中國生物醫學文獻服務系統、萬方數據知識服務平臺;以“irritable bowel syndrome”“visceral hypersensitivity”“visceral sensitivity”“visceral pain”“peripheral sensitization”“central sensitization”“colonic sensation”為英文關鍵詞檢索PubMed,檢索策略為主題詞加自由詞,檢索時間為建庫至2022年1月,主要納入與主題相關的2012—2022年的文獻,側重基于內臟敏感性的機制研究。

1 外周

1.1 腸道 對腸道進行機械刺激,如結直腸擴張(colorectal distension,CRD)時會誘發內臟敏感性增加。對于模型動物,可以觀察其腹壁收縮情況與行為學改變,并使用細胞外記錄技術檢測腸道傳入神經放電情況,對受試者則可采取口頭評分的方式評價內臟敏感性。

1.1.1 腹壁撤退反射(abdominal withdrawal reflex,AWR) AWR是一種類似于內臟運動反射的無意識運動反射,其反映了內臟敏感性的一種狀態。目前常用的AWR的判斷標準主要包括AWR評分和AWR 3分閾值。AWR評分是由AL-CHAER等[2]在建立大鼠乳鼠CRD慢性內臟痛模型時研發出的模型評價指標,通過對腹部肌肉的分級收縮進行數值評分,從而量化模型的內臟敏感性。以大鼠為例,AWR評分標準如下,(1)0分:大鼠無明顯行為變化;(2)1分:大鼠情緒不穩定,偶爾扭頭;(3)2分:大鼠出現腹部肌肉收縮,未抬離地面;(4)3分:大鼠腹部收縮較強,并抬離地面;(5)4分:大鼠腹部肌肉收縮強烈,腹部呈弓形,腹壁、會陰抬離地面。AWR評分升高提示內臟敏感性增強。3分閾值是指在AWR的基礎上,觀察大鼠出現腹部收縮較強并抬離地面時,結腸中氣囊內的最小擴張壓力值[2]。AWR評分為3分時,動物腹部收縮和抬離地面的反應最為明顯,因此常用此方法評估內臟敏感的程度,內臟疼痛閾值越低,內臟敏感程度越高。

AWR是目前評價內臟敏感性的常用方法,于2000年被AL-CHAER等[2]首次使用。團隊前期研究發現,AWR與內臟痛閾值評價操作簡便,對動物傷害小,但在器械制作、插入深度、擴張時間與判斷標準等方面難以統一,因此常配合其他方法使用[3]。此外,有學者利用壓力換能器生物機能實驗系統統計大鼠腹部抬起的潛伏期以及腹部收縮的次數,在一定程度上避免了AWR評價的主觀性[4]。

1.1.2 腹外斜肌肌電 在動物清醒狀態下進行CRD會引起其腹部肌肉收縮,該反應可通過插入腹部肌肉的腹外斜肌肌電(electromyography,EMG)電極來記錄。肌肉組織隨著球囊擴張而收縮的“保護反射”被稱為內臟運動反應(visceromotor response,VMR)。通過記錄直腸球囊擴張狀態下的EMG并計算其積分變化率和曲線下面積(area under the curve,AUC)可反映VMR,可作為內臟敏感性的評價指標[5]。研究顯示,與對照組相比,IBS模型大鼠肌電活動明顯增強[6]。此法相對來說比較客觀,但動物本身的生理性放電可能會影響結果,且插入電極的過程可能會對動物造成不必要的刺激。

1.1.3 腸道神經元放電 自發的傳入神經放電增加使傳入神經出現高敏感狀態,通過P物質(substance P,SP)等神經活性物質的異常增加使信號傳入脊髓背角神經元時傷害性刺激被放大,引起內臟敏感性增高。DEITEREN等[7]運用細胞外記錄技術記錄并量化了大鼠腸道傳入神經的放電情況,結果顯示,在CRD期間,內臟敏感性增加的大鼠傳入神經放電顯著增加。HUGHES等[8]用IBS患者的結腸黏膜上清液灌注小鼠結腸,結果發現結腸傳入神經元興奮性增加,這與DEITEREN等[7]的結果一致,提示腸道傳入神經呈高敏狀態。此法可以較為直觀地觀察到內臟敏感性的變化,但是技術難度較大。

1.1.4 內臟壓力閾值 對于人體試驗,可以在對受試者直腸擴張的同時進行口頭評價。受試者排空直腸,取左側屈膝屈髖臥位,將潤滑后帶有氣囊的導管插入直腸15 cm。待受試者適應3 min后用注射器向導管球囊內緩慢注氣,受試者對其感受進行口頭評分,評分標準為,(1)0分:沒有感覺;(2)1分:有感覺,但無急迫感;(3)2分:有急迫感,但可忍受;(4)3分:無法忍受。評分達到3分時實驗終止,3分對應壓力值即為受試者直腸擴張時的壓力閾值[9]。研究發現,與對照組相比,IBS患者的壓力閾值明顯降低,提示IBS狀態下內臟敏感性增高[10]。此法可以在人體試驗中對受試者內臟敏感性進行評價,但與AWR類似,采用口頭評價的方式也會導致一定的主觀性,目前臨床上還常與IBS嚴重程度評分系統(IBS Symptom Severity Scale,IBS-SSS)與內臟敏感指數(visceral sensitivity index,VSI)等癥狀自評量表配合使用共同評價受試者內臟敏感性。

1.2 自主神經 中樞神經系統通過迷走神經和交感神經支配胃腸道的感覺及運動功能,交感-迷走神經功能失調會誘發內臟敏感性升高[11]。應激可以刺激交感神經,導致兒茶酚胺(如去甲腎上腺素)的產生,去甲腎上腺素促進腸道神經生長因子(nerve growth factor,NGF)的表達,使DRG敏感性升高[12];迷走神經在抗炎反應中發揮重要作用,應激抑制迷走神經活性,促進腫瘤壞死因子α(TNF-α)等炎性因子過度表達,刺激腸道感受器[13],交感神經的過度活躍與迷走神經張力降低可誘導內臟敏感性升高。因此,對自主神經功能進行評價對判斷內臟敏感性增加狀態起著重要的輔助作用。

1.2.1 心率變異性(heart rate variability,HRV) HRV在一定程度上可作為胃腸自主神經功能的標志物,其低頻功率與高頻功率之比(LF/HF)代表心交感神經平衡狀態[14]。R-R間隔變化(R-R interval variation,RRIV)也可通過分析休息及深呼吸時心率的變異程度反映迷走神經功能。常規采集心電圖信號,分析RRIV與HRV,可反映機體自主神經的功能狀態,可用于實驗動物與人體試驗中。研究發現,內臟敏感性增高動物HRV時域指標平均值的標準差、RR間期平均值標準差、相鄰RR間期差值的均方根、相鄰RR間期gt;50 ms的個數占總竇性心搏個數的百分比等指標均低于對照組,證明內臟敏感性增加的動物出現自主神經功能紊亂[15];IBS患者休息與深呼吸時RRIV值均明顯高于對照組,表明副交感神經張力升高,自主神經平衡失調[16];IBS患者靜息時LF/HF較高,提示交感神經活動增加,副交感神經活動減少[17]。

1.2.2 皮膚反應 交感神經皮膚反應(sympathetic skin response,SSR)是一種產生于皮膚深層的慢波,由交感神經傳出纖維的反射性興奮產生,可反應交感神經狀態。官俏兵等[18]使用電極置于受試者手背或足背,并使用肌電誘發儀記錄SSR波形與潛伏期后發現,與對照組相比,IBS患者SSR潛伏期更長,波幅更小。皮膚電阻反應(skin conductance response,SCR)也可反映交感神經狀態。EDEBOL-CARLMAN等[19]對IBS患者進行CRD的同時測量SCR后發現,IBS患者SCR異常率明顯高于對照組,以上結果提示IBS患者存在自主神經功能障礙。

1.2.3 局部血流量 激光多普勒血流測定法(laser Doppler flowmetry,LDF)與連續波多普勒超聲(continuous-wave Doppler sonography)評估深度約為1 mm的皮膚微循環血流,可在靜息狀態或冷熱、電刺激狀態下進行,是評估周圍自主神經功能障礙最常用的方法。指尖血流量(fingertip blood flow,FTBF)[20]與直腸黏膜血流量(rectal mucosal blood flow,RMBF)是評估腸道特異性自主神經支配活動的常用指標[21]。IBS患者FTBF與RMBF反應均顯著降低,提示存在過度交感神經活動[20-21]。

1.2.4 肌交感神經活動(muscle sympathetic nerve activity,MSNA) MSNA是記錄交感神經活動較直接的方法,可通過顯微造影技術進行測量。研究發現,雖然在靜息狀態下IBS患者與對照組無明顯區別,但在冷加壓試驗后,IBS患者MSNA增加,提示IBS患者總體副交感神經張力較低[22]。

對自主神經功能進行評價可以在一定程度上反映內臟敏感性,但是一般需要與其他評價方法搭配進行。

1.3 DRG DRG是外周到中樞的感覺中轉站,具有重要的信息傳導與轉換功能,在內臟敏感性增加的發生、發展中發揮著重要作用。DRG神經元形態改變可能會導致DRG神經元興奮性增加,進一步誘導內臟敏感性增高。袁莉莉等[23]在標記、分離模型大鼠DRG后進行熒光顯微鏡下觀察細胞及全細胞膜片鉗記錄,結果發現,內臟敏感性增加模型大鼠DRG神經元平均直徑大于對照組,且動作電位頻率高于對照組,表明模型大鼠DRG神經元的興奮性增加。此法較直觀,但技術難度較大。

2 中樞

2.1 脊髓 脊髓神經元的敏化是內臟敏感性增加的重要機制之一,大量動物實驗也證明內臟痛閾值與脊髓背角放電之間呈正相關[24],存在于脊髓背角的降鈣素基因相關肽(calcitonin gene-related peptide,CGRP)、腦源性神經營養因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)等物質也可使內臟敏感性增高。對直腸進行節律性機械刺激時,信號通過感覺神經傳輸到脊髓背角,導致脊髓感覺神經元興奮性增加,使用電極可在脊髓相應節段記錄到脊髓誘發電位(spinal evoked potentials,SEP)。SEP是一種多向波,各波潛伏期反映神經纖維的傳導功能,波幅代表引起同步性放電神經元的數量。與對照組相比,IBS模型大鼠SEP潛伏期縮短,峰間波幅顯著增高[25]。除此之外,FAN等[26]使用細胞外記錄,識別并記錄大鼠脊髓背角神經元對CRD的反應,發現內臟敏感性增加模型大鼠脊髓背角神經元放電率明顯高于對照組,提示存在脊髓背角神經元致敏,誘導內臟對CRD的敏感性升高。SEP與細胞外記錄均可比較客觀地記錄脊髓神經元的興奮程度從而反映內臟敏感性,但記錄SEP需要進行有創手術,可能會對動物造成不必要的傷害。

2.2 腦 胃腸道是人體唯一一個由中樞神經、腸神經和自主神經共同支配的器官,胃腸道的生理、病理與中樞神經在多個層次密切地聯系。當內臟感覺產生異常時,大腦相應區域的活化情況與電活動也會發生變化。

2.2.1 腦電生理記錄 IBS內臟敏感性增加的產生與多個腦核團有關。對清醒動物使用在體神經元放電多通道同步記錄技術后發現,前扣帶回皮質(anterior cingulate cortex,ACC)[4]、丘腦腹后外側核[27]神經元的放電頻率顯著增加,提示當內臟敏感性升高時,大腦相應區域活化、電活動增強。腦電信號是大腦神經元興奮性和抑制性突觸后電位的總體反映,腦電圖(electroencephalogram,EEG)檢查是指在顱骨表面安置電極,記錄大腦整體電活動的電生理記錄方法,可反應IBS患者腦-腸電生理作用的異常。有研究發現,與對照組相比,IBS患者EEG異常率更高,出現了后置緩慢波形,且P波百分比增高,說明腦-腸軸在處理信號的過程中出現異常[28]。在進行CRD時可通過置于頭皮的電極檢測到腦皮質誘發電位(cortical evoked potentials,CEP),可作為內臟傳入敏感性的客觀評價工具。AREBI等[29]發現與對照組相比,IBS患者CEP早期峰值較高,且潛伏期較短,證明在對直腸的階段性機械刺激時,IBS患者CEP延遲更短,提示IBS患者出現內臟敏感性增加。CEP無創、便捷,可應用于人體試驗,但周圍環境的雜音、頭皮點擊位置放置不準等因素也會干擾試驗結果。

2.2.2 功能性腦成像 功能性腦成像包括功能性核磁共振影像技術(functional magnetic resonance imaging,fMRI)、正電子發射斷層顯像/計算機斷層顯像(positron emission tomography/computed tomography,PET/CT)、單光子發射計算機斷層成像(single-photon emission computed tomography,SPECT)與擴散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)等技術,常用任務態方式進行,即對受試者進行CRD時觀察腦成像[30]。研究發現,IBS患者大腦血流灌注與對照組相比出現明顯異常,常見異常腦區包括內臟傳入與感覺相關腦區如腦島、丘腦;疼痛與情緒喚起相關腦區如ACC、中腦、杏仁核;抑郁癥狀相關腦區如前額葉皮質。這些影像學技術可以反映腦部的活化程度,從而輔助評估內臟敏感性。PET/CT分辨率高,但價格昂貴,且用放射性同位素作為顯像劑易導致重復研究受限;fMRI不需要放射性同位素,但其成像依賴的大腦結構易被骨腔和大血管簇影響導致磁場不規則和偽影。

3 討論

當腸道受到傷害性刺激時,位于腸壁的感受器接收信號,通過DRG上的傳入神經經脊髓背角神經元整合后傳遞到中樞。中樞神經系統通過自主神經支配胃腸道的感覺及運動功能,迷走-交感神經失衡會誘發感覺異常。在痛覺傳輸與調控的每個環節發生異常,均可能會導致內臟敏感性增加。因此,可以從中樞與外周兩方面著手,對內臟敏感性進行更加完整地評估。

對內臟敏感性進行正確、客觀地評價對IBS的深入研究有重要意義,但目前研究還存在一定局限性,主要體現在以下兩點:一是評價方法各自的局限性,例如行為學觀察可操作性強,但具有一定的主觀性,難以統一標準;電生理學檢測客觀性較強,但通過手術在腹肌中植入記錄電極和導線可能會造成額外的刺激[2];影像學技術無創,可應用于人體試驗,但雜音、磁場等因素可能會干擾試驗結果,且價格昂貴;自主神經功能評價可行性較好,但不能單獨作為內臟敏感性增高的證據。這些技術的局限性需隨著科技的發展和研究的深入逐步改進。二是技術運用的局限性,例如CEP與功能性腦成像,理論上也可用于動物研究[31];運動誘發電位(motor-evoked potentials,MEP)可評估傳出通路,聯合MEP與CEP可對腦-腸軸進行雙向評估[32];此外,腦磁圖、胃電圖、食管誘發電位等技術理論上也可用于評價IBS內臟敏感性,但由于條件、成本等因素限制,目前相關研究較缺乏。

經統計,目前國內發表的研究主要使用AWR或者內臟痛閾值評價內臟敏感性,而國際上發表的研究則多用EMG等較為客觀的方法。本團隊前期研究發現,結合AWR與內臟痛閾值共同評價內臟敏感性可以一定程度上避免其主觀性。近期發表的一項高質量研究結合了動物實驗與人體試驗,并且同時制作了兩種不同的動物模型,利用EMG評價動物內臟敏感性,并檢測受試者腸道神經元放電情況反映內臟敏感性[33]。這樣從兩個角度使用不同的方法對內臟敏感性進行評價,或者聯合使用兩種方法,可以避免單一方法評價的不足。未來研究還可以進一步探索各種評價方法在動物實驗與人體試驗中運用的可能性。

《素問·調經論》中指出“志有余則腹脹飧泄”,說明胃腸疾病的發生與精神、心理因素有關,這與現代研究中關于內臟敏感性異常的理論不謀而合。在治療方面,現代中醫藥研究結合中醫理論基礎與現代研究技術,采用“腦腸同調”[34]、“調神健脾”[35]等方法,圍繞著外周與中樞兩個角度,對IBS進行多靶點治療,顯現出獨特的優勢。內臟敏感性增高是造成IBS腹痛、腹部不適的主要原因,對內臟敏感性進行評價也是中醫藥治療IBS研究不可或缺的環節,對中醫研究IBS有著重要科學意義。

流行病學調查顯示,IBS影響著全球7%~21%的人口[36]。內臟敏感性增加作為該病的重要病因與特征,對其進行評估在該病的研究中占據重要地位。雖然目前的檢測與評價方法多樣,但仍存在諸多不足,因此,在實踐中不僅要廣泛運用上述方法,還需不斷對其進行改良和創新。

作者貢獻:侯雨君完成文獻的整理以及論文主體部分的寫作;趙映負責部分文獻的檢索;蔣慧靈負責文獻的整理與歸納;譚玉對論文提出修改意見;張薇負責對文章進行潤色并修改英文摘要;李瑛提出論文思路;鄭倩華負責最終版本修訂,對論文負責。

本文無利益沖突。

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(收稿日期:2022-05-27;修回日期:2022-09-04)

(本文編輯:賈萌萌)

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