新型可穿戴式经皮胫神经刺激器抑制猫膀胱反射的刺激参数研究

梁雅楠，何盼奇，廖利民,2b,3

1.首都医科大学康复医学院，北京市 100068；2.中国康复研究中心北京博爱医院，a.泌尿外科；b.神经泌尿科，北京市 100068；3.首都医科大学泌尿外科学系，北京市 100069

0 引言

胫神经刺激(tibial nerve stimulation,TNS)是膀胱过度活动症(overactive bladder,OAB)患者在药物等保守治疗失败后的重要替代选择，有良好的效果[1-7]。经皮针式胫神经刺激(percutaneous tibial nerve stimula‐tion,PTNS)器是胫神经刺激器的雏形；贴片式经皮胫神经刺激(transcutaneous tibial nerve stimulation,TTNS)器的使用避免了针式刺激器导致的出血、疼痛、感染等副作用[8]，但需要患者定期到医院治疗，不够便携，降低患者依从性[9-10]。植入式胫神经刺激可以通过单次微创手术将微型无线驱动刺激器植入到患者胫神经附近，直接刺激胫神经[11]，但这种治疗方法有创，长时间使用可能出现刺激器移位、神经损伤等副作用。

我们研发一种可穿戴式经皮胫神经刺激器，基础研究证实能抑制0.5%醋酸诱导的猫膀胱过度活动，但未对刺激参数进行探索。本研究比较其不同刺激频率、强度和波形对猫生理性膀胱反射的刺激效果，为进一步应用研究提供基础。

1 资料与方法

1.1 刺激系统

新型可穿戴式经皮胫神经刺激系统(浙江杭州承诺电子科技有限公司)由两部分组成：刺激器和移动终端。前者由脉冲发放器和两个自粘电极贴片组成，两者之间通过按扣连接(图1)。移动终端是手机或平板电脑可以免费下载的一款应用软件，可以通过蓝牙与脉冲发放器连接，以调节刺激参数等。

图1 刺激器模型图

1.2 方法

本土短毛猫18 只，体质量2.5～3.5 kg，雄性10只，雌性8只。异氟烷(批号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，静脉注射α-氯醛糖(批号S10010533，上海玉研科学仪器有限公司) 65 mg/kg 维持麻醉。监测并维持血氧和心率于生理水平，加热毯维持体温。

耻骨联合上缘腹正中做一切口。暴露输尿管，结扎一侧输尿管，另一侧输尿管体外引流；暴露尿道，尿道上切口，将双腔测压管插入膀胱，结扎固定。双腔测压管一个腔连接MP150 压力传感器(BIOPAC 系统，美国CAMINO GOLETA 公司)，另一个腔连接微量灌注泵，向膀胱内灌注生理盐水。

猫一侧后肢备皮、消毒，将可穿戴式经皮胫神经刺激系统两个自粘电极贴片分别穿戴于内踝后方和内踝上3～4 cm处，连接脉冲发放器。

本实验经首都医科大学动物实验伦理委员会批准(No.AEEI-2021-093)。

1.3 刺激方案

早期的研究表明[1]，频率5～30 Hz 的TNS 可以抑制过度活动的膀胱收缩，本研究选用4 种刺激频率：5 Hz、10 Hz、15 Hz、30 Hz。测量阈值强度(thresh‐old,T)，定义为能够引起肉眼可见的脚趾收缩的最小电流强度。选用4 种刺激强度：1/2 T、1 T、3/2 T、2T。刺激器设计了两种波形：波形A 和波形B。波形A 由一个正向方波和一个负向指数波组成；波形B 由一个正向方波和一个负向方波组成。

首先在没有TNS的情况下重复灌注生理盐水，速度1～3 mL/min，同时进行膀胱压力-容积测定，当首次出现较大膀胱收缩波(压强＞30 cmH2O，持续时间＞20 s，1 cmH2O=98 Pa)时，膀胱容量为基础膀胱容量[12-13]。基础膀胱容量稳定后，将动物分成3 组。强度组(n=6)：频率15 Hz，脉宽200 μs，波形A，随机顺序行强度1/2 T、1 T、3/2 T、2 T TNS，同时行膀胱灌注和膀胱内压力-容积测定。频率组(n=6)：强度3/2 T，脉宽200 μs，波形A，随机顺序行频率5 Hz、10 Hz、15 Hz、30 Hz TNS，同时行膀胱灌注和膀胱内压力-容积测定。波形组(n=6)：强度3/2 T，频率15 Hz，脉宽200 μs，随机顺序行波形A 和波形B TNS，同时行膀胱灌注和膀胱内压力-容积测定。

灌注、TNS 和膀胱测压同时开始，首次出现较大膀胱收缩波时停止灌注和刺激，每次测压结束后均排空膀胱。每组间进行2～3 组无刺激情况下测压，测压间歇5～10 min，以使膀胱恢复到灌注前的状态。记录膀胱容量。将记录的膀胱容量以同一动物的基础膀胱容量标准化。

同一只动物在相同条件下测得的多组膀胱容量取平均值。

1.4 统计学分析

采用SPSS 24.0 统计软件进行数据分析。标准化膀胱容量符合正态分布，以()表示，不同参数间比较采用单因素方差分析。显著性水平α=0.05。

2 结果

2.1 强度组

基础膀胱容量为(10.76±5.44) mL。3/2 T 和2 T 强度刺激下标准化膀胱容量增加(P＜0.05)。1/2 T 和1 T强度刺激下标准化膀胱容量我明显增加(P＞0.05)。见表1、图2。

表1 不同强度下标准化膀胱容量比较 单位：%

图2 不同强度下膀胱内压

2.2 频率组

基础膀胱容量为(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刺激后膀胱容量无明显增大(P＞0.05)。见表2、图3。

图3 不同频率下膀胱内压

表2 不同频率下标准化膀胱容量比较 单位：%

2.3 波形组

基础膀胱容量为(8.29±4.43)mL。。波形A 刺激后膀胱容量增大(P＜0.05)。波形B 刺激后膀胱容量没有明显增大(P＞0.05)。见表3、图4。

图4 波形组的膀胱内压测量图

表3 不同波形下标准化膀胱容量比较 单位：%

3 讨论

本研究显示，新型可穿戴式经皮胫神经刺激器能够抑制生理状态下猫的膀胱反射，抑制效果与刺激频率、强度和波形等参数相关。

本刺激器可直接穿戴在脚踝处，外观类似腕表，很容易被衣服遮盖。治疗过程中，使用者的活动不受影响，对心理状态无影响；脉冲发放器便携，可以通过蓝牙与移动终端相连，使用者可以通过手机软件设置和调节刺激参数，患者不需要定期至医院就诊，可随时随地行TNS 治疗；并根据治疗效果调整使用时间。医务人员可通过查看刺激记录了解治疗过程，评估治疗效果。GekoTM也是一种相对便携的TTNS 刺激器，但是该刺激器刺激参数固定，尚未批准用于治疗OAB[14]。

Booth 等[15]的回顾性研究显示，TTNS 是治疗成人OAB安全、有效的方法，没有任何与刺激相关的不良反应。TTNS 能改善脊髓损伤并发OAB 患者的尿动力学参数(膀胱容量、膀胱顺应性等)[16]。TTNS 与PTNS治疗特发性OAB 临床效果相似，但TTNS更方便，患者的舒适度和满意度更高[17-18]。

尽管TNS已应用于临床多年，但刺激参数尚未形成统一标准。本研究显示，3/2 T 和2 T 强度刺激能抑制膀胱收缩，而1/2 T 和1 T TNS 没有明显抑制作用。一项临床研究比较了两种阈值强度(感觉阈值和运动阈值)刺激的效果[19]，其中感觉阈值强度约是运动阈值的两倍，结果显示两种强度TNS 效果无显著性差异，强度较低的感觉阈值可能给患者更多的舒适感。

周围神经电刺激对膀胱收缩的影响是频率节段依赖性的。骶背根神经节电刺激3～7 Hz抑制膀胱等容性节律收缩，0.25～1.5 Hz和15～30 Hz有兴奋作用[20]。阴部神经刺激3～15 Hz 抑制膀胱收缩，20～50 Hz 诱导膀胱反射[21-22]。0.5～3 Hz TNS 可诱导正常和活动低下膀胱出现大幅度持续收缩，而5～20 Hz 可抑制膀胱反射[23-24]。这与我们的结果5～15 Hz TNS 增大猫膀胱容量一致。TNS最佳刺激频率有待进一步研究。

目前临床使用较多的波形为单向方波和双向方波[5,25]。本研究使用的刺激器可以输出两种新的波形，只有波形A 能抑制生理状态下猫膀胱反射，增大膀胱容量。支配膀胱的传入神经包括有髓Aδ纤维和无髓C纤维。灌注生理盐水诱发猫生理性膀胱反射时，Aδ纤维传递膀胱充盈的信息，诱发脊髓上排尿反射[26-27]；C 纤维对生理性膀胱充盈不敏感，主要对伤害性刺激(如化学刺激)做出反应，触发脊髓排尿反射[26,28]。波形B 是否对伤害性膀胱反射有抑制作用，有待进一步研究。

本研究仅探索该刺激器对生理状态下猫膀胱反射的急性抑制效果，该刺激器的长期抑制效果及病理生理机制仍需要进一步探索。猫的后肢相对较小，电刺激胫神经的同时可能会有其他神经(腓肠神经等)联合激活[23]，如何优化实验设计也是需要解决的问题。

本研究为这种新型刺激器的应用提供了临床前证据，初步证明刺激器在3/2 T、2 T，5 Hz、10 Hz、15 Hz，波形A 参数下能抑制生理状态下猫的膀胱反射。关于该刺激器的最佳刺激参数、长期效果及对OAB的影响有待于进一步研究。

利益冲突声明：所有作者声明不存在利益冲突。