兔膀胱肌电体表检测的实验研究

袁天琪 李承晏 俞小梅

膀胱功能的评价多采用尿动力学检查,包括经膀胱或尿道压力测定、尿流率测定以及尿道外括约肌肌电图等[1]。这些都是有创检查,给病人带来不适和痛苦,影响病人的接受以及检查结果的客观性。膀胱体表肌电检测是将体表电极放置在膀胱体表皮肤上,记录膀胱逼尿肌肌电活动,是一种无创的评估膀胱功能的检测手段。自从20世纪50年代早期开始,国内外进行了一些检测逼尿肌肌电活动的动物实验研究[2-8]。这些研究多将记录电极直接插入膀胱壁,记录充盈状态下通过药物或电刺激诱导膀胱收缩时产生的膀胱平滑肌肌电信号,这些记录到的肌电活动不能代表生理状态下的平滑肌肌电信号。国内从麻醉家兔上的体表成功地记录到正常生理性充盈及收缩排尿时的膀胱平滑肌肌电活动,但麻醉会引起肌肉松弛,也不能代表生理状态下的肌电信号[9]。本实验旨在探讨家兔清醒状态下体表记录膀胱信号的检测方法及肌电信号特征。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 健康成年雄性家兔3只(兔龄6～8个月,体重1.8～2.5 kg,由武汉生物制品研究所提供);RM-6240多通道生理信号采集处理系统(成都仪器厂);压力一电能转换器YPl00型(成都仪器厂);绝缘圆盘表面电极(美国VIASYS Healthcare公司,型号：019-409000);压力管(成都仪器厂);8号单腔导尿管;剃毛刀;酒精;生理盐水等。

1.2 方法

1.2.1 动物处理 在室温20～25℃且具有一定屏蔽作用的实验室,将家兔取仰卧背位固定于金属固定台(金属固定台用一粗导线与RM-6240多通道生理信号采集处理系统地线相连)。从一侧耳缘静脉以30滴/分钟左右速度持续静滴0.9%生理盐水,增加家兔排尿次数。

1.2.2 体表膀胱肌电的记录 本实验将两对一次性粘附表面电极分别置于膀胱体部以及膀胱体侧来记录膀胱体表肌电,即一对纵向电极记录体部,一对横向电极记录膀胱侧部。预先对膀胱体表部位进行备皮,降低表面电极-皮肤阻抗。先剃须刀剃毛,再用75%酒精脱脂待干,然后将表面电极牢固固定于相应部位(以减少电极移动产生运动伪差对膀胱肌电信号的影响)。具体部位如下：两记录电极(负极)分别置于耻骨上约2.0 cm的腹中线区域以及耻骨上3.0 cm腹中线旁开1.0 cm处,将参考电极(正极)置于距相应记录电极2 cm处,接地电极置于两侧大腿根部(靠近记录部位且运动时相对稳定)。所有电极均通过导线与RM 6240多道生理信号采集处理系统的生物电检测通道相连(生物电通道,参数根据预实验设置：采样频率：20 kH z,时间常数(DC)：0.002 s(80H z);滤波频率：500 Hz;扫描速度：200 ms/div;灵敏度：500μV/div;50H z陷波开)。将记录的肌电信号经RM 6240系统自带的软件滤波“高通滤波”进一步处理后,再测量并统计1通道和2通道肌电信号的平均峰值(μV)、最大振幅(μV)、频率(hz)及压力通道排尿期最大压力值(cmH 2O)、压力改变值(最大压力值-阈压力)(cmH 2O)。

1.2.3 膀胱内压力信号的记录 将家兔阴茎及会阴部消毒后插入经石蜡油润滑的8号单腔导尿管,有尿液流出证实尿管已插入膀胱内,固定导尿管,并将尿管开口接于压力管,压力管通过压力换能器连于RM 6240多道生理信号采集处理系统的压力检测通道。(压力通道,参数根据预实验设置：压力cm H2 O;200m s/div;50 cm H 2O;直流;30 Hz)。

1.2.4 观测指标及处理 同步显示并实时记录不同部位肌电信号以及膀胱压力变化,硬盘存储并测量、分析数据。实验过程中观测贮尿期及排尿期不同通道信号变化,以及心率、呼吸、肢体抖动等对肌电信号的影响。每只兔每次实验重复观察10个排尿周期,每3天重复一次实验,共重复4次。

1.2.5 统计学处理 采用SPSSl6.0版统计软件进行分析,数据均以均数±标准差(±s)表示;膀胱不同部位肌电信号的各项指标(包括平均振幅、最大振幅、频率)采用独立样本t检验进行差异性分析,P＜0.05为差异有统计学意义。两个通道肌电信号振幅之间采用Spearman作相关分析;膀胱不同部位记录肌电信号与膀胱内压的相关性分析：将膀胱体表肌电的平均峰值、最大振幅分别与排尿期最大压力值、压力改变值作相关分析,采用Spearman相关分析。

2 结 果

2.1 膀胱体表肌电的图形特征

连续同步记录膀胱体表肌电以及膀胱内压,结果显示：贮尿期,1通道和2通道均未记录到明显的肌电信号,膀胱内压也无明显变化,呈持续低压状态;排尿期,1通道和2通道记录到包含一系列幅度不等动作电位的脉冲串样肌电信号,为膀胱肌电活动的爆发,并伴随膀胱内压明显升高,压力曲线呈抛物线样改变,如图1所示。

图1 排尿期不同部位肌电信号及膀胱内压变化

2.2 不同部位膀胱体表肌电信号差异性及相关性分析

肌电信号图形显示：1通道和2通道记录到的膀胱表面肌电信号形态非常相似,为伴随膀胱排尿发生的爆发性肌电活动。1通道爆发波频率为(141.89±15.03)HZ,平均振幅为(146.99±30.39)μV,最大振幅为(591.23±194.34)μV;2通道爆发波频率为(143.55±21.74)HZ,平均振幅为(117.12±34.12)μV,最大振幅为(488.76±215.72)μV,见表1。差异性分析结果显示：体部膀胱体表肌电信号较侧部膀胱肌电信号明显,平均振幅及最大振幅均大于侧部,差异有统计学意义,平均振幅(t=7.160(P＜0.01)、最大振幅 t=3.866(P＜0.01);两个通道肌电信号频率无统计学差异,P=0.497。相关性分析结果显示：二者平均振幅、最大振幅之间明显相关,相关系数分别为r1=0.362(P＜0.01),r2=0.487(P＜0.01)。

表1 排尿期不同部位肌电信号振幅及频率(±s)

表1 排尿期不同部位肌电信号振幅及频率(±s)

注：与2通道比较,#P＜0.01,▲P＞0.05

记录部位脉冲串数(个)平均振幅(μV)最大振幅(μV)频率(Hz)1通道(体部) 120 146.99±30.39#591.23±194.34#141.89±15.03▲2通道(侧部) 120 117.12±34.12 488.76±215.72 143.55±21.74

2.3 不同部位膀胱体表肌电信号与膀胱内压的关系

从图形上看,随着膀胱内压的变化,表面肌电信号振幅也相应地增强或减弱。将两个通道表面肌电信号的平均振幅、最大振幅分别与膀胱内压的最大压力值、压差值作相关性分析,结果显示：表面肌电信号与膀胱内压显著相关,为正相关。平均振幅与最大收缩压相关系数分别为R1=0.803(P＜0.01),R2=0.467(P＜0.01);平均振幅与压差值作相关系数分别为R3=0.797(P＜0.01),R4=0.470(P＜0.01);最大振幅与最大收缩压相关系数分别为R5=0.743(P＜0.01),R6=0.530(P＜0.01);最大振幅与压差值作相关系数分别为R7=0.743(P＜0.01),R8=0.530(P＜0.01)。1通道肌电信号相对2通道,与膀胱内压相关性更明显。

2.4 其他干扰信号

在记录膀胱体表肌电过程中,家兔始终处于清醒状态,这样便于了解实验过程中家兔的心电、呼吸、肢体运动等是否对膀胱体表肌电信号有影响。结果表明：贮尿期除家兔肢体运动时产生运动伪迹外,无明显肌电信号及膀胱内压改变,心电、呼吸伪差以及胃肠道平滑肌肌电对膀胱体表肌电无明显影响。但是,清醒状态家兔肌电检测易受到家兔肢体运动影响,产生大量的运动伪迹。家兔肢体运动时产生的伪迹信号与膀胱体表肌电明显不同,不伴随家兔自主排尿及膀胱内压明显上升,而且运动伪迹均一性和重复性差,频率不固定、波幅不规则且明显小于膀胱体表肌电,易将膀胱肌电信号与伪迹信号区分开来,如图2。

图2 运动伪迹及膀胱肌电信号 左图为家兔肢体抖动时运动伪迹及膀胱压力变化;右图为家兔自主排尿时肌电信号及膀胱压力变化

3 讨 论

表面肌电信号(surface EMG,sEMG)是将检测电极放置在皮肤表面测得的EMG信号,用来检测相应位置内部肌肉的动作电位,是一种无创的EMG检测方法,目前已广泛运用于临床。区别于传统的插入式直接肌电检测,表面肌电图肌肉中运动单位的动作电位不是在肌纤维上直接采集,而是大量肌纤维运动单位同时兴奋电位募集,电流通过各种组织如肌肉组织、皮下组织、皮肤甚至骨骼这样一个复杂的容积导体,在皮肤表面间接的被体表电极检测到[10]。它与肌肉的活动状态和功能状态存在着不同程度的关联,能在一定程度上反映神经肌肉的电活动。但是由于平滑肌电信号本身比较微弱,且从体内传导到皮肤受到肌肉和组织等组织容积的衰减作用,到达皮肤时已经非常微弱,同时易受心电、皮肤电等生物电和呼吸伪差、运动伪迹的影响,尚远远不及不上心电、骨骼肌电的发展[11～13]。近年来子宫以及胃肠等体表平滑肌电检测迅猛发展已逐渐推广并应用于临床,但是膀胱体表肌电目前国内外研究很少。

本研究记录的肌电信号波形显示：在整个记录过程中,图形基线稳定,受心电及呼吸伪差影响较小。贮尿期未记录到明显的肌电信号改变,仅家兔躁动时可见形态、振幅不一的脉冲串,且重复性、均一性差,不伴随膀胱内压的明显升高,较易与家兔自主排尿时膀胱肌电信号区别开来。以往研究多采用直接膀胱壁肌电检测,实验中记录电极直接与膀胱接触,膀胱收缩排尿时难免会因电极与膀胱组织间移动产生伪迹信号,从而严重干扰真实的比较微弱膀胱肌电信号[14]。而表面肌电检测表面电极不与膀胱壁直接接触,可以避免膀胱排尿时膀胱收缩与电极产生的电机械伪迹信号。本研究还表明：虽然膀胱肌电信号比较微弱,但是通过严密的实验设计,包括皮肤的处理、表面电极的选择、肌电检测装置的独立接地以及生物信号采集系统对肌电信号的处理,能够记录到比较明显的膀胱体表肌电。

本研究对象为未经麻醉的清醒家兔,记录的图形可以客观地反映生理状态下正常生理性充盈及收缩排尿时的膀胱平滑肌肌电活动。实验结果显示：贮尿期,膀胱体表两个部位均未记录到明显的电信号,膀胱内压也无明显升高;膀胱自发性非等容性收缩排尿时,膀胱体表两个部位均记录到重复性和均一性好的肌电信号,为包含一系列幅度不等动作电位的脉冲串,实为膀胱肌电活动的爆发。与国外电刺激骶神经根[5]及Kinder等快速充盈和直接电刺激膀胱壁[6]时记录直接膀胱壁肌电信号图形相似。张等研究发现家兔麻醉状态的直接膀胱壁肌电信号和膀胱体表肌电信号[9]形态相似,与本研究一样,均为脉冲串样的肌电信号。大量的研究已证明,逼尿肌肌电图记录的是细胞外信号,是由于钙通道开放Ca2+内流引起肌膜去极化产生的,只有大量平滑肌细胞协调、同步收缩产能记录到明显肌电信号。大多数平滑肌组织都是依靠缝隙连接来实现众多平滑肌纤维的同步电活动,为单一单位的平滑肌。虽然到目前为止尚未在逼尿肌发现“典型的缝隙连接”,但逼尿肌组织中发现的突触连接和超近桥粒可能作为一种特殊的缝隙连接,来实现膀胱平滑肌同步收缩的[15]。膀胱逼尿肌本身没有自律性,不能自发地引起整个膀胱的收缩。但也有研究表明膀胱实际是存在着自发性电活动及收缩活动,但是这种自发性电活动比较微弱,只能引起膀胱局部的收缩[16],因而在贮尿期并不能记录到明显的肌电信号。排尿期膀胱逼尿肌在神经协调下作为一个功能整体起反应,通过特殊的缝隙连接结构实现神经冲动从神经支配的肌细胞向无神经支配的肌细胞传递,从而使大量肌纤维运动单位同时兴奋电位募集,电流经过体内诸多组织后达到体表皮肤被体表电极记录下来,表现为肌电活动的爆发。膀胱体表肌电信号记录是膀胱平滑肌总的电活动,包含许多幅度不等的动作电位。

本实验中用的两对电极分别在膀胱体部及侧部引导膀胱肌电,均在排尿期记录到明显的肌电信号。肌电信号波形相似,为脉冲串样电信号;且二者与膀胱内压也呈明显正相关,这表明膀胱体表部位均能记录到反映膀胱功能的膀胱肌电信号。本实验两个部位膀胱体表肌电指标差异性结果显示：二者频率无统计学差异;膀胱体部体表记录肌电信号振幅明显高于体侧体表,差异有统计学意义。两个通道肌电信号与膀胱内压相关性分析显示：1通道较2通道与膀胱内压相关性更为明显。振幅是肌电图的重要指标,反映肌电信号的强度。振幅与参与活动的运动单位数目有关,以往的研究发现在膀胱体主要分布的是胆碱能受体,a-肾上腺素能受体稀少,从而经体部体表引导可以采集到更多的募集电位。此外,膀胱体表肌电信号是体内逼尿肌运动单位兴奋电位募集的电流通过一系列组织容积传导到体表,信号的强弱还与距体表的距离有关系。膀胱收缩时,膀胱体部更加接近体表,衰减相对较弱,从而肌电信号更为明显。所以我们认为从膀胱体部记录到的肌电信号可能更能真实地代表膀胱的肌电活动。

本实验成功地从体表记录到生理状态下的膀胱肌电信号,并对其特征进行了分析。到目前为止,膀胱平滑肌电信号的检测仍多限于动物实验,人类膀胱肌电检测较少,从动物实验过渡到临床仍有较长的一段路。

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12 龚 旭.膀胱肌电检测及其意义.贵州医药,2005,(1)：89-91.

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14 Ballaro A,Mundy A lt,Fry CH,et a1.Bladder electrical activity：the elusive electromyog ram.BJU in ternational,2003,92：78-84.

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