利用球囊插入法记录胃肠道运动

摘要

本方案概述了一种记录胃肠道运动活动的方法。该方法利用安全套和塑料管构建一个系统，通过气囊压力来可视化胃肠道蠕动。此方法可用于研究与胃肠道运动功能障碍相关的疾病。

摘要

胃肠动力是消化系统最重要的生理功能之一。移行性运动复合波（MMC）是禁食期间胃肠道中发生的一种特征性运动形式。MMC存在于包括人类在内的多种物种中。尽管MMC的生理作用尚未完全明确，但其异常与多种疾病相关。胃肠道动力的测定对于胃肠道疾病的诊断具有重要意义。因此，本研究构建了一套系统，该系统采用橡胶避孕套和聚乙烯（PE）管制成，一端置于小鼠胃肠道内，另一端连接压力传感器。当胃肠道运动挤压球囊时，即可记录到相应的运动信号。本研究详细介绍了该系统的结构设计与操作流程，并展示了体现其有效性的代表性实验结果。利用该装置，可实现对胃肠道运动功能的活体（in vivo）记录，为今后研究胃肠道功能障碍提供了新的技术手段。

引言

移行性运动复合波（MMC）是人类及其他动物胃肠道在禁食期和消化间期发生的一种特殊循环运动模式¹。MMC 参与未消化食物的转运，并有助于将细菌从小肠输送至大肠²。Code 和 Marlett³ 将 MMC 分为四个时相。在 I 期，胃肠道的平滑肌处于静息状态；在 II 期，胃肠道的蠕动活动增强；III 期表现为强烈的收缩活动，被认为是 MMC 的特征性时相。由于幽门保持开放，允许未消化的食物进入小肠，III 期突然开始，并以高强度、最大振幅和持续时间的收缩爆发结束。IV 期表现为收缩活动迅速减弱，是一个短暂的过渡阶段，随后进入下一个周期。鉴于 MMC 的关键作用，它已成为科学家研究的热点课题之一。

正常运作的移行性运动复合波（MMC）对于维持胃肠道稳态至关重要。MMC异常与多种胃肠道疾病相关，例如胃轻瘫、假性梗阻以及小肠细菌过度生长¹。MMC不同阶段的异常与多种胃肠道疾病相关。Ⅰ期延长可能导致胃排空延迟，这常见于糖尿病或特发性胃轻瘫患者⁴。Ⅱ期收缩异常可导致胃排空减慢，从而引起腹胀、早饱等症状。Ⅱ期活动减弱可导致小肠内容物滞留，增加细菌过度生长的风险⁵。Ⅲ期活动减少或缺失可导致肠道内容物滞留，引发慢性肠梗阻^6,7。Ⅳ期异常可能与胃内容物反流至食管有关，并加重反流症状⁸。同时，神经性厌食症也与Ⅳ期异常相关⁹。总体而言，了解MMC的时间特征及其与疾病的关系，对于胃肠道疾病的诊断与治疗具有重要价值。

因此，我们提出了一种通过可视化方法来测量MMC的技术。我们相信，该技术将为胃肠道动力学提供更深入的信息。

方案

本研究方案经中国针灸研究所动物护理与使用委员会批准（批准号：Y2023-03-14-02）。本研究遵循美国国立卫生研究院《实验动物护理与使用指南》。

1. 球囊胶囊的制备

1. 折断注射器针头，取下金属部分，将其插入聚乙烯（PE）管中。
2. 完成步骤1.1后，将PE管插入避孕套内，并在距末端0.5 cm处用医用缝线扎紧。确保结扎紧密，无泄漏。
3. 剪去多余的避孕套，以保证球囊表面光滑。
4. 用纯水填充胶囊，排出球囊和导管内的空气，然后通过医用三通阀将导管连接至运动压力传感器。

2. 手术

1. 使用6-8周龄的SD雄性/雌性大鼠。术前禁食12-18小时，不禁水，以确保胃部排空。
2. 使用异氟烷麻醉大鼠（以2%异氟烷气体维持），剃除腹部区域毛发，并用碘伏对大鼠进行消毒。
3. 将大鼠仰卧放置（图1A），并使用加热垫维持体温。
4. 在剑突下方约1 cm处沿腹壁正中线做长约2 cm的切口（图1B）。从皮肤至肌肉层逐层分离，确保不损伤其他内脏器官。
5. 暴露胃部，在距幽门约2 cm处沿十二指肠做长约0.2 cm的切口。通过切口将球囊导管插入十二指肠，并向上推送至十二指肠内，但不得经幽门进入胃窦部（图1C）。缝合手术切口并固定导管。
6. 最后，用无菌纱布（以生理盐水润湿）覆盖切口。将导管另一端连接至压力传感器。
7. 此时可进行直肠记录操作。直肠运动记录无需手术，球囊可直接经肛门插入0.5-1 cm。

3. 胃压记录

1. 记录前，用双蒸水填充压力传感器。
2. 打开神经放大器、数据采集单元和数据分析软件。将仪器的记录系统参数设置为采样频率1 kHz。打开三通阀，确保球囊内的压力与大气压相通。然后调节放大器上的调零旋钮，将基线调整至0 mmH₂O。
3. 向球囊内注入约0.5 mL双蒸水，并通过微调球囊内的水量使压力维持在20–40 mmH₂O。
4. 将针座一端连接至三通阀，另一端连接至压力传感器，该传感器可将机械信号转换为电信号。
5. 待波形稳定（基线稳定维持超过>30分钟）后，开始记录十二指肠压力。
   注意：示意图见图1D，完成的球囊插入系统见图1E，记录装置见图1F。
   注意：实验过程中需密切监测呼吸、角膜反射和皮肤颜色等生理状态指标，并使用加热毯维持体温。若观察到大鼠生理状况出现任何异常，应立即终止实验。

4. 数据分析

1. 使用数据分析软件分析胃肠道运动信号，从软件中获取收缩波的频率和振幅。
2. 使用鼠标右键在软件中添加游标，以获取两个游标之间的时间持续时长；同样，使用鼠标右键添加水平线以确定振幅。
3. 根据持续时间与振幅的变化分析胃肠道运动。如图2A所示，平滑的水平线被记为基线，测量基线以上的振幅和持续时间，以确定移行性运动复合波（MMC）的不同阶段。

结果

图2A展示了在正常大鼠十二指肠中记录的移行性复合运动（MMC）轨迹。在正常大鼠中，胃动力表现为规律且节律性的收缩，可通过球囊胶囊记录的波形观察到。实验动物的性别对MMC无影响，不同性别之间无统计学上的显著差异。在图2A中，MMC波形通常表现出四个时相：

第一阶段：此阶段为运动静止期。十二指肠保持相对静止状态，使胃部得以休息并为下一周期做好准备。

第二阶段：此阶段以中等幅度的间歇性、不规则收缩为特征。这些收缩的协调性不如第三阶段，在第三阶段中，残余的胃内容物被混合并清除。随着此阶段向第三阶段过渡，收缩频率逐渐增加。

第III期：此阶段的特点是强烈、节律性且高振幅的收缩，是MMC中最活跃的阶段。这些强有力的收缩波会扫过胃和小肠，清除未消化的物质，并防止细菌过...

讨论

本方案概述了一种检测胃肠道蠕动的方法 在体 通过可视化MMC过程，该方法对研究胃肠道动力学具有重要意义。首先，在制备球囊胶囊时，需确保接口连接良好，并保证医用缝线扎紧且无泄漏。术前可将球囊胶囊置于盛有去离子水的50 mL烧杯中进行测试。将整个系统浸入去离子水中，向球囊胶囊内注入空气，若出现气泡，则表明连接处密封不良。

其次，实验动物应在手术前禁食12-18小时。然而，可在手术开始前少量喂食，以诱导胃肠道运动波形。手术应尽快进行，因为实验动物的生理状态在手术过程中容易受到影响。异氟烷是手术麻醉的首选，因其对胃肠道运动影响较小。其他麻醉方法（如戊巴比妥钠）容易影响实验动物的胃肠道运动。因此，手术期间应使用加热垫以维持动物体温。

第三，在记录胃内压力之前，必须将数值校准至零。注入气囊导管中的去离子水量应严格控制。若注入过多纯水，可能导致实验动物内部不适，并干扰胃肠道动力波形。

在代表性结果中，展示了振幅和持续时间。其他指标，如移行性复合运动（MMC）的频率和曲...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
动物生理信号数据采集器	Cambridge Electronic Design	Micro1401-4	用于胃肠道运动记录（数据采集系统）
生物信号放大器	Digitimer-neurolog system	NL900D	用于胃肠道运动记录（神经放大器）
胃肠道运动传感器	北京欣航兴业科贸有限公司	WS100	用于胃肠道运动监测
加热垫	中国小林制药有限公司	03721	用于维持大鼠体温；95 mm ´ 70 mm
皮下注射针头	上海 kindly 企业发展集团有限公司	GB15811-2001	用于制作水球
异氟烷	鲁南贝特制药有限公司	H20020267	用于大鼠麻醉
天然乳胶光面安全套	Okamoto，日本	20172186398	用于制作水球
聚乙烯导管	北京泰今科技有限公司	PE90	用于制作水球；外径 0.94 mm，内径 0.51 mm
Powerlab 信号采集与分析系统	AD Instruments，澳大利亚	PL3508	用于胃肠道运动监测
软件 Spike	Cambridge Electronic Design	Spike 2.0	用于胃肠道运动波形记录（数据分析软件）
无菌纱布	河北康基医疗器械有限公司	20232140292	用于外科手术
三通阀	江苏颐生科医疗科技有限公司	20203140477	用于胃肠道运动监测