可调式胃电刺激器的不同参数对比格犬的摄食调节作用

李艳梅 ，姚树坤 ，赵洪川 ，张艳丽 ，姚 力 ，陈少轩 ，张伟硕 ，郭文娟 ，杜时雨 ，房 龙

（1．北京协和医学院 研究生院，北京 100730；2．中日友好医院 消化内科，北京 100029）

可调式胃电刺激器的不同参数对比格犬的摄食调节作用

李艳梅1，2，姚树坤2⋆，赵洪川2，张艳丽2，姚 力2，陈少轩2，张伟硕2，郭文娟2，杜时雨2，房 龙2

（1．北京协和医学院 研究生院，北京 100730；2．中日友好医院 消化内科，北京 100029）

目的：建立比格犬胃造瘘及胃电刺激器植入模型，观察胃电刺激对摄食量的影响，并筛选能够抑制犬摄食量的胃电刺激参数。方法：对8只比格犬进行了胃造瘘及可调式胃电刺激器的植入，每只动物进行假刺激及波宽为0.3～9ms不同参数的胃电刺激。观察胃电刺激下犬摄食量及症状的变化，筛选有效刺激参数。结果：胃电刺激可显著减少犬的摄食量，无严重并发症出现。每只犬的有效刺激参数呈现明显的个体化。结论：胃电刺激治疗肥胖需要采用个体化的刺激参数，可调式胃电刺激器较传统的胃电刺激器更有优势。

胃电刺激；摄食；参数；肥胖

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

肥胖治疗意义重大，目前仍缺乏有效方法。近年来国外应用胃电刺激（gastric electrical stimulation，GES）治疗肥胖获得一定效果，但疗效尚不理想[1]。我们之前的研究发现，受试者对GES的反应存在个体差异[2]。为了改善GES治疗肥胖的效果，可能需要对刺激参数进行个体化设置。另外，目前应用的胃电刺激器所能提供的刺激脉宽较窄，且参数不可调节。一些研究发现，较宽（数毫秒）的脉冲刺激抑制摄食量、减轻体重的效果更明显[3]，能更有效地改变胃动力[4]。我们与清华大学合作，研制出一种新型胃电刺激器，不但波宽明显加大，而且各种参数均可调节。

本实验拟建立比格犬胃造瘘及胃电刺激模型，采用新型的可调式胃电刺激器，观察GES对犬摄食量和症状的影响，对刺激参数的个体化进行深入研究。

1 对象与方法

1.1 实验对象及材料

健康成年雌性比格犬（体重8～12kg）共8只，由军事医学科学院实验动物中心提供。胃造瘘管由北京金牛伟业科技开发有限公司提供。YS99-01临时起搏导线，上海亿圣科技有限公司提供。

1.2 动物模型制备

动物禁食＞8h，通过腹腔注射4%戊巴比妥钠（0.1ml/kg，中国医药公司）及肌肉注射速眠新（0.1ml/kg，长春军事科学院军事兽医研究所）麻醉。监测生命体征：舌颜色、脉搏、呼吸频率。经腹壁正中切口，自剑突下2cm向下切开5cm，暴露胃前壁及幽门，将1对临时起搏导线植入胃浆膜下，位置为沿胃大弯侧幽门上3cm（胃的远端）。2个电极间的距离为1.0 cm（见图1），用硅胶垫片固定在胃壁上。电极的另一端自腹壁切口处引出，与刺激器相连，在右上腹肋缘下将皮下分离制成囊袋，将刺激器埋置于此囊袋中，囊袋应避开肋缘。导线在腹腔内的游离距离为6～10cm。在幽门上10cm的胃前壁处将胃壁切开1cm，将造瘘管（内径0.9cm）置入胃腔内（通过此造瘘管可插入电子恒压器导管及胃压力测定导管，以备后期实验应用），间断及荷包缝合关闭胃壁切口，在上腹部偏左侧将腹壁切开1cm，将造瘘管自此切口穿出，间断缝合腹壁切口。在胃造瘘管外用垫片固定，使胃壁与腹壁贴紧，用螺帽封闭造瘘口。术后给狗穿专用背心，在颈部以颈圈适当限制颈部活动，将狗转移至恢复笼中。术后恢复7d，7d后每天固定2h给予充足的固体食物（≥1kg的食物），其余时间不给予食物，饮水不限。2周后动物完全恢复后进入实验阶段。

本实验由中日友好医院伦理委员会批准同意。

1.3 症状记录

观察并记录实验期间动物的精神、活动、生命体征；大便性状，有无恶心。记录征象/症状：呕吐、流涎、舔舌、发出声音（哀鸣、咆哮、吠叫、尖叫）、运动。 并评分：0～3 分（0：无；1：轻度；2：中度；3：重度），总分15分。每次实验后得出总的症状评分。

1.4 摄食情况观察

实验开始后，在同样的时间给予1kg常规固体试餐，其他时间不给予食物。定期给予充足的水。连续3d，记录平时摄食量。进食前1h开始胃电刺激，持续到进食结束，每天共刺激3h[5]，进食期间避免外界干扰，观察动物的症状，并记录症状评分。实验结束后，将剩余的食物和水称重，计算每次摄食量。记录初期有效刺激时（大约在开始刺激后1周左右）的摄食量和后期有效刺激时（大约在开始刺激后2周左右）的摄食量，以及最大摄食量。

1.5 体重变化

每天早晨空腹称重。记录实验前后每天的体重变化。

1.6 胃电刺激

应用胃电刺激器（NES-GA-SPA-01，清华大学微电子学研究所）进行胃电刺激。刺激模式为串脉冲：输出电流频率40Hz，电流3mA～10mA，波宽 0～10ms，2s-on、3s-off的周期性矩形脉冲。每只动 物 进 行 假 刺 激 及 波 宽 为 0.3ms、0.75ms、1ms、2ms、3ms、4ms、5ms、6ms、7ms、8ms、9ms、10ms， 其他参数不变的刺激，其顺序为从小到大排列，每组刺激持续1d，直至出现呕吐或明显躁动、症状评分≥3分时不再继续加大刺激强度，根据摄食情况筛选初期有效刺激参数，采用初期有效刺激参数进行胃电刺激3d；然后再重复上述过程1遍，筛选后期有效刺激参数，并采用后期有效刺激参数进行胃电刺激3d。如可耐受的波宽≤1ms，则采用较低电流强度（3mA、6mA及10mA）进行观察，假刺激时胃电刺激器信号输出开关是关闭的。选择刺激参数的条件：显著减少摄食量，但不引起明显症状的一组参数。

1.7 统计学方法

应用SPSS17.0统计分析软件进行统计学处理。胃电刺激前后及与假刺激之间的比较均采用配对t检验。

2 结果

2.1 GES引起的症状

狗对胃电刺激的耐受性好，生命体征稳定。低强度胃电刺激多不引起症状，或者仅引起吠叫和运动稍增多，症状评分0～2分，此时即出现显著的摄食减少。胃电刺激期间可见：精神萎靡、吠叫、躁动、恶心、呕吐，偶见症状有流涎、舔舌、嗳气，无腹泻。刺激脉宽达到10ms时一些实验动物仍能耐受。不耐受的表现为呕吐（有6只动物在刺激强度较大时出现）、明显躁动和吠叫 （2只动物出现），症状评分≥3分即认为不能耐受。刺激时呕吐症状出现的时间从开始刺激后5min～1h不等。刺激停止后有的动物很快恢复进食，有的则持续数小时都不再进食。

2.2 GES对摄食量的影响

本实验采用串脉冲进行个体化的、急性GES，刺激初期（刺激后1周左右），可以观察到摄食量的显著下降，根据摄食量的下降及症状评分筛选出初期有效刺激参数，此参数下的摄食量为初期有效刺激时的摄食量。表1示，初期有效刺激时的摄食量较平时摄食量显著下降（P＜0.01）。1周左右，动物对GES出现耐受，出现耐受的时间（8.0±2.92）d；此时加大刺激强度，仍能观察到摄食量的显著下降，这个刺激参数为后期有效刺激强度。表1示，后期有效刺激时的摄食量较平时显著减少（P＜0.01），后期有效刺激时的摄食量下降百分比低于初期有效刺激时的摄食量下降百分比，二者之间无显著差异（P＞0.05）。

2.3 GES的参数筛选

根据选择刺激参数的条件，选择显著减少摄食量，但不引起明显症状的一组参数，见表2。可以看出，每只动物的有效刺激参数和不耐受刺激参数波动很大，呈现明显的个体化。初期有效刺激参数波动在0.3ms/6mA～3ms/10mA （只有脉宽和电流强度进行了调节，其它参数均固定），初期不耐受刺激强度波动在1ms/3mA～7ms/10mA，后期有效刺激参数波动在0.75ms/10mA～6ms/10mA，后期不耐受刺激强度在1ms/6mA～10ms/10mA之间。根据后期有效刺激强度筛选出用于慢性胃电刺激时的参数。

表1 8只比格犬平时与胃电刺激时的摄食量变化（x¯±s）

实验中观察到，电流强度对刺激效果的影响较波宽小，如1只动物0.75ms/10mA能很好耐受，几乎无症状，而1ms/3mA则会引起呕吐。

2.4 急性GES对体重的影响

胃电刺激前与刺激2周后的体重分别为（9.94±0.46）kg 和（9.96±0.39）kg，两者间无统计学差异（P＞0.05）。

3 讨论

肥胖在全世界范围流行，已逐渐成为我国严重的公共健康问题，目前尚缺乏理想的治疗方法。GES于1995年首次应用于人类肥胖治疗，是将电极植入胃壁肌层，由脉冲发生器发放一定模式的电脉冲刺激，从而抑制食欲、影响胃的运动并减轻体重，其操作技术较减肥手术简单，不改变胃肠道的正常解剖结构。临床研究表明，GES可使超重体重减轻5%～35%，其安全性也得到了验证[6]。

GES治疗肥胖的研究已取得进展，但还有一些问题需要解决。接受GES治疗的患者中仅1/3取得理想疗效，对GES的反应可能存在个体差异；目前影响疗效的主要问题是缺乏理想的刺激参数。国外临床研究采用的刺激参数均为串脉冲（2s-on 3s-off， 20Hz～40Hz， 波幅 6mA～10mA， 波宽0.3ms），其波宽很短，一些研究发现，波宽为数毫秒的GES能够诱发胃扩张、增加胃容积，与0.3ms的刺激相比，对摄食和体重的影响更为显著[4]。目前国内外尚无应用波宽为数毫秒的GES治疗肥胖患者的临床研究。

为了研究GES的作用及其机制，筛选理想的刺激参数，改善GES效果，我们设计了此实验。此动物模型包括胃造瘘和植入胃电刺激器两部分，前者用来进行胃容受性和胃窦压力的测定，结果表明，内径0.9cm的胃造瘘管动物能够耐受，造瘘管局部恢复良好，并且能够通过它顺利地进行胃容受性和胃窦压力的测定。通过胃电刺激器可以进行GES，观察发现，狗对GES的耐受性良好，实验中未出现严重的不良反应，最大耐受刺激强度达到10ms、10mA，说明GES安全性良好。

表2 8只比格犬初期和后期胃电刺激的参数 （波宽/电流，ms/mA）

GES对每只动物的作用呈现显著的个体化，不论早期有效刺激强度、早期不耐受刺激强度，或是后期有效刺激强度、后期不耐受刺激强度，均呈现显著的个体化现象，提示为了改善GES的疗效，刺激参数的个体化选择非常重要。刺激参数的个体化在以往研究较少。Yao[2]提出，受试者对GES内脏敏感性的个体差异较大，对GES的参数设置应个体化；用临时粘膜电极GES观察内脏敏感性可作为长期植入式GES患者的筛选手段。未能实现个体化可能是既往临床研究中某些患者GES效果不佳的原因之一。在这些试验中，刺激参数不仅波宽小（0.3ms），而且不可调节。为了尽量选择可能对GES反应好的患者，美国研究者在已有资料的基础上提出了筛选规则表（screening algorithm）。本研究结果提示，对于肥胖的治疗，除了需要进一步研究筛选患者的指标外，对每例患者应根据个体对刺激的症状反应以及摄食量的情况，选择个体化的刺激参数，这就需要有新型的胃电刺激器，可以在较大范围内实现刺激参数的可调节性。我们研制应用的胃电刺激器可实现刺激参数的稳定和可调，其调节范围波宽为0.3ms～10ms、电流强度为1mA～10mA，完全可以满足GES的需要。在临床中，患者可根据自己的食欲、饱感、不适感觉调节刺激参数，从而达到刺激效果的最大化。

文献报道，10mA电流较6mA对减轻体重更有效[7]。故本研究设计的刺激参数筛选，初始的电流强度均为10mA，只有脉宽≤1ms动物仍不能耐受时，才降低电流强度至3mA和6mA继续观察。

一项研究应用长脉冲的逆行GES（1.1倍固有频率）发现，逆行GES能够显著减少狗的摄食，并能显著影响胃肌电活动的规律性和耦合性。其中，较强的刺激（550ms～950ms，6mA～9mA）能引起明显症状，而较弱的刺激（550ms，3mA～4.5mA）不引起明显症状[8]。本实验也观察到，较大强度的急性串脉冲GES能够引起呕吐和躁动，较小的强度则不引起或只引起轻微的症状，刺激症状与刺激强度有关。

本实验观察到，电流强度对刺激效果的影响较波宽小，如0.75ms/10mA能很好耐受，几乎无症状，而1ms/3mA会引起呕吐。如动物出现不耐受的情况，首先应下调波宽，反之，如果刺激效果不明显，首先可上调波宽，电流强度可以相对固定。

本实验结果显示，1周左右的有效刺激的波宽为 0.3～3ms，2周左右为 0.75～6ms。 而最大耐受刺激的波宽在5～10ms。这些数据可以解释，目前临床所应用的0.3ms的GES为何在一部分患者有效，但对其他患者效果不明显，每个个体的有效刺激强度不同，且在GES的不同时期需要的刺激强度也不同，单一固定的0.3ms的刺激在部分个体远远达不到有效刺激的强度。

本研究结果表明，GES能够显著抑制狗的食欲，减少摄食。虽然在1周左右出现耐受，但通过增加刺激强度，仍能够显著地抑制摄食而不引起明显的症状。这表明，可调式胃电刺激器能达到抑制摄食的效果，为该胃电刺激器用于减肥治疗提供了实验支持。虽然我们所观察的2周内动物体重没有显著变化，但因观察例数有限、时间较短，还需扩大样本、延长观察时间。曾有报道动物对GES产生耐受，在一项研究中，GES（375ms，6cpm，4mA）可减少摄食和体重，刺激开始几天后达到低谷，但后期摄食量和体重都有部分恢复，表明随着时间动物可能产生适应[9]。慢性刺激中也观察到这种现象，一项为期35周的猪的串脉冲刺激结果表明，GES可以改变动物的进食行为，减少摄食次数，体重的变化呈现周期性的波动，最终体重下降[10]。这表明动物虽对GES存在一定的耐受，但经过加大刺激强度，或者随着刺激时间的延长，GES仍然会对摄食及体重产生抑制的效果。

总之，本研究显示，以新型的可调式胃电刺激器进行的串脉冲急性GES能够显著减少比格犬的摄食量，效果显著、安全性好，可以用于肥胖的治疗。比格犬对GES的反应呈显著的个体化，有效刺激的波宽波动范围很大，需要实现刺激参数的可调性，新型的可调式胃电刺激器对治疗肥胖有较好的临床应用前景。

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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

课题项目：国家自然科学基金资助，项目号 81070299；首都医学发展科研基金资助，项目号2001-2018。

2* 本文通讯作者。

李艳梅（1973-），女，主治医师，博士研究生。

2011-07-28

2011-08-12