新型可穿戴式經(jīng)皮脛神經(jīng)刺激器抑制貓膀胱反射的刺激參數(shù)研究

梁雅楠，何盼奇，廖利民,2b,3

1.首都醫(yī)科大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院，北京市 100068；2.中國(guó)康復(fù)研究中心北京博愛(ài)醫(yī)院，a.泌尿外科；b.神經(jīng)泌尿科，北京市 100068；3.首都醫(yī)科大學(xué)泌尿外科學(xué)系，北京市 100069

0 引言

脛神經(jīng)刺激(tibial nerve stimulation,TNS)是膀胱過(guò)度活動(dòng)癥(overactive bladder,OAB)患者在藥物等保守治療失敗后的重要替代選擇，有良好的效果[1-7]。經(jīng)皮針式脛神經(jīng)刺激(percutaneous tibial nerve stimula‐tion,PTNS)器是脛神經(jīng)刺激器的雛形；貼片式經(jīng)皮脛神經(jīng)刺激(transcutaneous tibial nerve stimulation,TTNS)器的使用避免了針式刺激器導(dǎo)致的出血、疼痛、感染等副作用[8]，但需要患者定期到醫(yī)院治療，不夠便攜，降低患者依從性[9-10]。植入式脛神經(jīng)刺激可以通過(guò)單次微創(chuàng)手術(shù)將微型無(wú)線驅(qū)動(dòng)刺激器植入到患者脛神經(jīng)附近，直接刺激脛神經(jīng)[11]，但這種治療方法有創(chuàng)，長(zhǎng)時(shí)間使用可能出現(xiàn)刺激器移位、神經(jīng)損傷等副作用。

我們研發(fā)一種可穿戴式經(jīng)皮脛神經(jīng)刺激器，基礎(chǔ)研究證實(shí)能抑制0.5%醋酸誘導(dǎo)的貓膀胱過(guò)度活動(dòng)，但未對(duì)刺激參數(shù)進(jìn)行探索。本研究比較其不同刺激頻率、強(qiáng)度和波形對(duì)貓生理性膀胱反射的刺激效果，為進(jìn)一步應(yīng)用研究提供基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 刺激系統(tǒng)

新型可穿戴式經(jīng)皮脛神經(jīng)刺激系統(tǒng)(浙江杭州承諾電子科技有限公司)由兩部分組成：刺激器和移動(dòng)終端。前者由脈沖發(fā)放器和兩個(gè)自粘電極貼片組成，兩者之間通過(guò)按扣連接(圖1)。移動(dòng)終端是手機(jī)或平板電腦可以免費(fèi)下載的一款應(yīng)用軟件，可以通過(guò)藍(lán)牙與脈沖發(fā)放器連接，以調(diào)節(jié)刺激參數(shù)等。

圖1 刺激器模型圖

1.2 方法

本土短毛貓18 只，體質(zhì)量2.5～3.5 kg，雄性10只，雌性8只。異氟烷(批號(hào)21080101，瑞沃德生命科技有限公司)含氧量2%～3%，流速0.6～1.0 L/min 吸入麻醉，靜脈注射α-氯醛糖(批號(hào)S10010533，上海玉研科學(xué)儀器有限公司) 65 mg/kg 維持麻醉。監(jiān)測(cè)并維持血氧和心率于生理水平，加熱毯維持體溫。

恥骨聯(lián)合上緣腹正中做一切口。暴露輸尿管，結(jié)扎一側(cè)輸尿管，另一側(cè)輸尿管體外引流；暴露尿道，尿道上切口，將雙腔測(cè)壓管插入膀胱，結(jié)扎固定。雙腔測(cè)壓管一個(gè)腔連接MP150 壓力傳感器(BIOPAC 系統(tǒng)，美國(guó)CAMINO GOLETA 公司)，另一個(gè)腔連接微量灌注泵，向膀胱內(nèi)灌注生理鹽水。

貓一側(cè)后肢備皮、消毒，將可穿戴式經(jīng)皮脛神經(jīng)刺激系統(tǒng)兩個(gè)自粘電極貼片分別穿戴于內(nèi)踝后方和內(nèi)踝上3～4 cm處，連接脈沖發(fā)放器。

本實(shí)驗(yàn)經(jīng)首都醫(yī)科大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(No.AEEI-2021-093)。

1.3 刺激方案

早期的研究表明[1]，頻率5～30 Hz 的TNS 可以抑制過(guò)度活動(dòng)的膀胱收縮，本研究選用4 種刺激頻率：5 Hz、10 Hz、15 Hz、30 Hz。測(cè)量閾值強(qiáng)度(thresh‐old,T)，定義為能夠引起肉眼可見(jiàn)的腳趾收縮的最小電流強(qiáng)度。選用4 種刺激強(qiáng)度：1/2 T、1 T、3/2 T、2T。刺激器設(shè)計(jì)了兩種波形：波形A 和波形B。波形A 由一個(gè)正向方波和一個(gè)負(fù)向指數(shù)波組成；波形B 由一個(gè)正向方波和一個(gè)負(fù)向方波組成。

首先在沒(méi)有TNS的情況下重復(fù)灌注生理鹽水，速度1～3 mL/min，同時(shí)進(jìn)行膀胱壓力-容積測(cè)定，當(dāng)首次出現(xiàn)較大膀胱收縮波(壓強(qiáng)＞30 cmH2O，持續(xù)時(shí)間＞20 s，1 cmH2O=98 Pa)時(shí)，膀胱容量為基礎(chǔ)膀胱容量[12-13]?；A(chǔ)膀胱容量穩(wěn)定后，將動(dòng)物分成3 組。強(qiáng)度組(n=6)：頻率15 Hz，脈寬200 μs，波形A，隨機(jī)順序行強(qiáng)度1/2 T、1 T、3/2 T、2 T TNS，同時(shí)行膀胱灌注和膀胱內(nèi)壓力-容積測(cè)定。頻率組(n=6)：強(qiáng)度3/2 T，脈寬200 μs，波形A，隨機(jī)順序行頻率5 Hz、10 Hz、15 Hz、30 Hz TNS，同時(shí)行膀胱灌注和膀胱內(nèi)壓力-容積測(cè)定。波形組(n=6)：強(qiáng)度3/2 T，頻率15 Hz，脈寬200 μs，隨機(jī)順序行波形A 和波形B TNS，同時(shí)行膀胱灌注和膀胱內(nèi)壓力-容積測(cè)定。

灌注、TNS 和膀胱測(cè)壓同時(shí)開(kāi)始，首次出現(xiàn)較大膀胱收縮波時(shí)停止灌注和刺激，每次測(cè)壓結(jié)束后均排空膀胱。每組間進(jìn)行2～3 組無(wú)刺激情況下測(cè)壓，測(cè)壓間歇5～10 min，以使膀胱恢復(fù)到灌注前的狀態(tài)。記錄膀胱容量。將記錄的膀胱容量以同一動(dòng)物的基礎(chǔ)膀胱容量標(biāo)準(zhǔn)化。

同一只動(dòng)物在相同條件下測(cè)得的多組膀胱容量取平均值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 24.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。標(biāo)準(zhǔn)化膀胱容量符合正態(tài)分布，以()表示，不同參數(shù)間比較采用單因素方差分析。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 強(qiáng)度組

基礎(chǔ)膀胱容量為(10.76±5.44) mL。3/2 T 和2 T 強(qiáng)度刺激下標(biāo)準(zhǔn)化膀胱容量增加(P＜0.05)。1/2 T 和1 T強(qiáng)度刺激下標(biāo)準(zhǔn)化膀胱容量我明顯增加(P＞0.05)。見(jiàn)表1、圖2。

表1 不同強(qiáng)度下標(biāo)準(zhǔn)化膀胱容量比較 單位：%

圖2 不同強(qiáng)度下膀胱內(nèi)壓

2.2 頻率組

基礎(chǔ)膀胱容量為(11.35±4.67) mL。5 Hz、10 Hz、15 Hz刺激后膀胱容量增大(P＜0.05)。30 Hz刺激后膀胱容量無(wú)明顯增大(P＞0.05)。見(jiàn)表2、圖3。

圖3 不同頻率下膀胱內(nèi)壓

表2 不同頻率下標(biāo)準(zhǔn)化膀胱容量比較 單位：%

2.3 波形組

基礎(chǔ)膀胱容量為(8.29±4.43)mL。。波形A 刺激后膀胱容量增大(P＜0.05)。波形B 刺激后膀胱容量沒(méi)有明顯增大(P＞0.05)。見(jiàn)表3、圖4。

圖4 波形組的膀胱內(nèi)壓測(cè)量圖

表3 不同波形下標(biāo)準(zhǔn)化膀胱容量比較 單位：%

3 討論

本研究顯示，新型可穿戴式經(jīng)皮脛神經(jīng)刺激器能夠抑制生理狀態(tài)下貓的膀胱反射，抑制效果與刺激頻率、強(qiáng)度和波形等參數(shù)相關(guān)。

本刺激器可直接穿戴在腳踝處，外觀類似腕表，很容易被衣服遮蓋。治療過(guò)程中，使用者的活動(dòng)不受影響，對(duì)心理狀態(tài)無(wú)影響；脈沖發(fā)放器便攜，可以通過(guò)藍(lán)牙與移動(dòng)終端相連，使用者可以通過(guò)手機(jī)軟件設(shè)置和調(diào)節(jié)刺激參數(shù)，患者不需要定期至醫(yī)院就診，可隨時(shí)隨地行TNS 治療；并根據(jù)治療效果調(diào)整使用時(shí)間。醫(yī)務(wù)人員可通過(guò)查看刺激記錄了解治療過(guò)程，評(píng)估治療效果。GekoTM也是一種相對(duì)便攜的TTNS 刺激器，但是該刺激器刺激參數(shù)固定，尚未批準(zhǔn)用于治療OAB[14]。

Booth 等[15]的回顧性研究顯示，TTNS 是治療成人OAB安全、有效的方法，沒(méi)有任何與刺激相關(guān)的不良反應(yīng)。TTNS 能改善脊髓損傷并發(fā)OAB 患者的尿動(dòng)力學(xué)參數(shù)(膀胱容量、膀胱順應(yīng)性等)[16]。TTNS 與PTNS治療特發(fā)性O(shè)AB 臨床效果相似，但TTNS更方便，患者的舒適度和滿意度更高[17-18]。

盡管TNS已應(yīng)用于臨床多年，但刺激參數(shù)尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。本研究顯示，3/2 T 和2 T 強(qiáng)度刺激能抑制膀胱收縮，而1/2 T 和1 T TNS 沒(méi)有明顯抑制作用。一項(xiàng)臨床研究比較了兩種閾值強(qiáng)度(感覺(jué)閾值和運(yùn)動(dòng)閾值)刺激的效果[19]，其中感覺(jué)閾值強(qiáng)度約是運(yùn)動(dòng)閾值的兩倍，結(jié)果顯示兩種強(qiáng)度TNS 效果無(wú)顯著性差異，強(qiáng)度較低的感覺(jué)閾值可能給患者更多的舒適感。

周圍神經(jīng)電刺激對(duì)膀胱收縮的影響是頻率節(jié)段依賴性的。骶背根神經(jīng)節(jié)電刺激3～7 Hz抑制膀胱等容性節(jié)律收縮，0.25～1.5 Hz和15～30 Hz有興奮作用[20]。陰部神經(jīng)刺激3～15 Hz 抑制膀胱收縮，20～50 Hz 誘導(dǎo)膀胱反射[21-22]。0.5～3 Hz TNS 可誘導(dǎo)正常和活動(dòng)低下膀胱出現(xiàn)大幅度持續(xù)收縮，而5～20 Hz 可抑制膀胱反射[23-24]。這與我們的結(jié)果5～15 Hz TNS 增大貓膀胱容量一致。TNS最佳刺激頻率有待進(jìn)一步研究。

目前臨床使用較多的波形為單向方波和雙向方波[5,25]。本研究使用的刺激器可以輸出兩種新的波形，只有波形A 能抑制生理狀態(tài)下貓膀胱反射，增大膀胱容量。支配膀胱的傳入神經(jīng)包括有髓Aδ纖維和無(wú)髓C纖維。灌注生理鹽水誘發(fā)貓生理性膀胱反射時(shí)，Aδ纖維傳遞膀胱充盈的信息，誘發(fā)脊髓上排尿反射[26-27]；C 纖維對(duì)生理性膀胱充盈不敏感，主要對(duì)傷害性刺激(如化學(xué)刺激)做出反應(yīng)，觸發(fā)脊髓排尿反射[26,28]。波形B 是否對(duì)傷害性膀胱反射有抑制作用，有待進(jìn)一步研究。

本研究?jī)H探索該刺激器對(duì)生理狀態(tài)下貓膀胱反射的急性抑制效果，該刺激器的長(zhǎng)期抑制效果及病理生理機(jī)制仍需要進(jìn)一步探索。貓的后肢相對(duì)較小，電刺激脛神經(jīng)的同時(shí)可能會(huì)有其他神經(jīng)(腓腸神經(jīng)等)聯(lián)合激活[23]，如何優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)也是需要解決的問(wèn)題。

本研究為這種新型刺激器的應(yīng)用提供了臨床前證據(jù)，初步證明刺激器在3/2 T、2 T，5 Hz、10 Hz、15 Hz，波形A 參數(shù)下能抑制生理狀態(tài)下貓的膀胱反射。關(guān)于該刺激器的最佳刺激參數(shù)、長(zhǎng)期效果及對(duì)OAB的影響有待于進(jìn)一步研究。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。