60例成年人直肠电刺激脑诱发电位特点及结果分析

刘艳妮 张彩霞 张琪 张琼 何蕾 陈正鑫 江滨 倪敏

诱发电位（evoked potentials, EP）是指神经系统（包括中枢或外周，运动或感觉系统）接受内外刺激所产生的电活动［1］。脑诱发电位（cerebral evoked potentials，CEP）是指对神经系统特定部位给予刺激后，在脑的相应部位产生的可检测的与刺激有相对固定时间间隔和特定位相的生物电活动［2-3］。直肠电刺激CEP是通过脉冲电流刺激直肠壁，大脑皮层记录CEP，反映了直肠-大脑的感觉传入通路，包括脊髓传导、脑干网状结构及大脑皮层的机能状态。亦为进一步研究脑-肠轴功能提供了一种新型方法。本文对60例成年人进行脉冲电流刺激直肠壁CEP检测，为本实验室制定正常人参考值范围提供依据。

资料与方法

一、研究对象

2016年10月至2018年5月经志愿者招募选取的60名健康志愿者，男性30例，女性30例，年龄为20～66岁，平均（42.07±12.63）岁；身高范围为153～184 cm，平均（166.90±8.41）cm；体重46～90 kg，平均（63.57±8.12）kg。所有受试者均排除消化道、神经系统疾病，无肛门、脊椎及四肢外伤或手术史。本研究经南京市中医院伦理委员会审批同意。

二、直肠电刺激CEP检查设备和方法

采用英国Oxford公司生产肌电诱发电位仪，在隔音的电磁屏蔽室进行检测，室温20～25 ℃。检查前向受试者告知检测的无创性和安全性，详细介绍电刺激CEP检测过程，以及可能出现的各种直肠感觉，消除患者疑虑，保持精神放松并配合检查。避免头动，减少伪影，提高信噪比。

受试者检查前30 min均予开塞露纳肛排空直肠粪便，签署知情同意书。取右侧卧位，双侧膝关节屈曲90°，闭目，全身肌肉放松。使用英国Oxford公司肌电诱发电位仪采集生物电信号，放大器敏感度 100 μV/div，带宽 1～500 Hz，分析时间 300 ms。按照国际脑电图学会10-20电极系统标准放置电极［4-6］，记录电极安置在受试者颅顶中央头皮处（Cz），参考电极置于前额部（Fz），如图1。接地电极置于脚踝部。皮肤阻抗＜5 kΩ。检查者将St.Mark阴部刺激电极（图2）固定在食指上，指尖为刺激负极，其后是正极。检查者食指经肛置入患者直肠内，St.Mark阴部刺激电极放置在患者截石位9点、距肛缘5 cm处直肠侧壁，以恒流源矩形波电刺激，持续时间0.2 ms，刺激率为1 Hz。刺激方法为以1 mA梯度递增，直到受试者感受到第一次刺激的感觉，设为初始感觉阈值；之后以每次1 mA的速度增加刺激量，在20～50 mA强度梯度中受试者均可以感受到明显的灼烧样疼痛时记录为疼痛阈值。最终刺激量设置为疼痛阈值和初始感觉阈值差值的75%{刺激量=（疼痛阈值-初始感觉阈值）×75%}［7-8］。每次叠加100次。每名受试者重复检测3次，两次之间休息5 min。

三、记录指标

所有受试者均可在300 ms的分析窗口中记录一组正-负-正的三个主要波形。波峰向下的波为正波，用“P”表示，向上的波为负波，用“N”表示。用序数表示波出现的先后顺序，如图3。从开始刺激到波峰出现的时间为潜伏期，用毫秒表示。连续两个波峰的电压差值为波幅，用微伏表示。因此，在本研究中共可记录P1、N1、P2波潜伏期和P1/N1、N1/P2波幅，具体内容详见诱发电位学［9］。每位受试者重复检测3次，三次结果中图形最好的用于波形参数分析。

四、统计学分析

采用SPSS24.0软件进行统计学分析。使用t检验或方差分析性别、不同年龄组间波形成分差异的显著性。定量资料采用Kolmogorov-Smirnov进行正态性检验，正态分布的定量资料以均数±标准差（）描述，偏态分布的资料以中位数±四分位数间距进行描述。定性资料的比较采用χ2检验或Fisher确切概率法。各个参数与性别、年龄组间、BMI之间的关系采用一般线性回归模型进行分析。P＜0.05为差异有统计学意义。

图1 记录电极安置位置

图2 St.Mark阴部刺激电极

图3 诱发电位各参数示意

结 果

一、图形方面

本研究共纳入60例受试者检测结果进行统计分析。60例受试者均能得到如图4的连续三次检测波形结果。本研究中还发现随着刺激的累加，部分患者波形结果中出现第三次波形的波幅明显降低，波形重现性下降的现象，如图5。

二、60例受试者基本信息统计结果

60例受试者（30名男性，30名女性），平均年龄为（42.07±12.63）岁（20～66岁之间）。男性与女性的年龄差别没有统计学意义（41.90±12.85 vs. 42.23±12.63，P=0.766）， 男 性 与 女 性 在BMI之间差异无统计学意义（22.92±2.45 vs.22.70±2.28，P=0.589）。按年龄将受试者分为四组：年龄Ⅰ组（20～30岁），年龄Ⅱ组（31～40岁），年龄Ⅲ组（41～50岁），年龄Ⅳ组（51岁及以上），见表1。

三、健康成年人直肠电刺激CEP潜伏期及波幅统计

60例受试者均可清晰记录到如图4的波形，主波呈正-负-正的波形序列，分别标记为潜伏期P1、N1、P2，及各波之间的波幅用P1/N1，N1/P2表示。60例受试者直肠电刺激CEP各波潜伏期及波幅范围见表2。

四、直肠电刺激CEP各参数与性别、年龄组间比较

采用独立t检验及方差分析，60例正常人直肠电刺激CEP各参数结果分析发现，各波潜伏期及波幅与性别、年龄组间比较，差异无统计学意义（P＞0.05），见表3。

图4 正常女性，45岁，直肠电刺激CEP：P1波潜伏期49.2 ms，N1波潜伏期101.10 ms，P2波潜伏 期 222.3 μV，P1/N1波 幅 5.2 μV，N1/P2波 幅9.2 μV，坐标标尺：30 ms/cm。

图5 正常女性，32岁，直肠电刺激CEP：P1波潜伏期45.6 ms，N1波潜伏期98.7 ms，P2波潜伏期225.3 μV，P1/N1波幅5.5 μV，N1/P2波幅10.2 μV。第3次波形中P1/N1、N1/P2波幅较前两次明显降低，坐标标尺：30 ms/cm

五、影响因素分析结果

以P1、N1、P2、P1/N1、N1/P2分别为因变量，性别、年龄分组及BMI为自变量。所有因变量之间是不存在多重共线性，每一个因变量是均符合正态分布。以每一个因变量和所有自因变量建立线性回归模型进行多因素分析。本组直肠电刺激CEP结果经一般线性回归分析得出P1、N1、P2波潜伏期随年龄分组、性别、BMI变化无明显统计学差异（P＞0.05），在控制年龄分组、性别后，波幅随BMI增加而降低，BMI每增加1 kg/m2，P1/N1波幅平均下降0.234 μV（P＜0.05）、N1/P2波幅平均下降0.320 μV（P＜0.05）。见表4。

表1 60例受试者基本信息统计结果（

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表2 60例成年人直肠电刺激CEP结果（

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表3 性别、年龄组间比较直肠电刺激CEP结果（例，

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讨 论

直肠电刺激CEP是评估直肠感觉功能的一种新型检测方法，可以对直肠到大脑皮质感觉传入通路的神经生理特性进行定量分析，易获取，操作简单。肠道感觉异常是肠易激综合症（irritable bowel syndrome，IBS）、功能性消化不良、功能性肛门直肠痛等［10-12］这类功能性胃肠病的主要临床症状，在罗马Ⅳ诊断中这类疾病归为“脑肠互动异常”［13-14］。脑肠互动异常与胃肠道动力紊乱、内脏高敏感性、肠道菌群的改变、肠道黏膜及免疫功能改变以及中枢神经系统处理功能的异常均密切相关。中枢神经系统和肠神经系统通过“脑-肠轴”来调节胃肠道功能。胃肠道感觉功能一直是近年来学者们研究脑-肠轴的热点之一［15-17］，以往应用较多的是肛管直肠测压（anorectal manometry，ARM），直肠对球囊扩张以及对冰水刺激感知等评估方法［1，18-23］。但这些方法结果存在一定的主观偏差，需要受检者良好的配合以及对检测本身有一定的认知，结果假阳性率高。近年国际上有学者开始采用机械或电刺激诱发大脑皮层电位技术来研究内脏到大脑皮质上传感觉神经通路状态［24-29］。Lelic等［27］人通过对18名志愿者在两天中进行两组直肠快速球囊扩张后CEP检测，发现两组CEP图形具有良好的重现性。Haas等［28］通过快速球囊扩张来描述直肠和肛管的CEP变化，直肠与肛管反复刺激产生的CEP的潜伏期相似。

表4 直肠电刺激CEP结果与影响因素分析结果

直肠电刺激CEP是通过电刺激后将记录到的大脑皮层电活动进行叠加，平均后把这些特异性的CEP从大脑的背景电活动中分离出来，反映了感觉传入通路状态。目前相关研究报道少，也缺乏参考值范围。本文对60例志愿者进行该检测，建立本实验室正常参考值范围，分析相关影响因素，从而为临床应用提供有效的依据。

本组60例受试者均顺利完成检测，数据分布集中，波动范围与Harris等［7］研究室报道基本一致，说明该方法恰当可靠［30-31］。本研究P1波潜伏期与性别、年龄之间变化无明显差异。Leroi等［30］及Remes-Troche等［31］等也发现直肠电刺激CEP各参数在性别及年龄组间差异无统计学意义，说明成年人神经传导速度可能不受性别、年龄的影响。而本研究直肠电刺激初始感觉阈值高于Vasudevan等［32］人报道的范围，可能由于选择的刺激装置、刺激参数，波形分析方法存在差异等相关［33］。另外，本研究组发现同一受试者重复三次得到皮层诱发电位，第三次电刺激获得的CEP较前两次波幅下降、出现了波形分化的现象。这种现象的出现可能是我们给予直肠同一刺激，但神经传递的介质有差异，而直肠区域受交感、副交感以及内脏神经的多重神经支配，当刺激强度达到某阈值时，躯体神经也会被兴奋。各种神经被刺激后产生的兴奋是不一样的，波形产生的相位和幅度以及传导速度都有差异。当相位不同时产生摧毁性结果，出现波形分化现象。后期本组将通过延长两次检测之间休息时间，观察是否仍存在此现象。

本组60例成年人直肠电刺激CEP结果通过一般线性回归分析发现，P1、N1、P2波潜伏期随年龄分组、性别、BMI变化差异无统计学意义，波幅随BMI的增加而降低，BMI每增加1 kg/m2，P1/N1波幅平均下降0.234 μV（P=0.011），N1/P2波幅平均下降 0.320 μV（P=0.027）。Remes-Troche等［31］人通过双极电极装置刺激肛门和直肠后评估脑诱发电位，也发现BMI与波幅呈负相关。此结果与Harris等［7］人报道的研究结果相似，确切原因尚不清楚。Delgadoaros等［34-35］发现BMI增高（＞25 kg/m2）与结肠顺应性和疼痛感觉降低有关，表明肥胖可能诱发结肠功能障碍。最近的研究还表明，肥胖在功能性胃肠道疾病的病理生理学中起着重要作用［36］。然而，是否涉及传入脊髓和中枢神经通路尚不清楚。

直肠CEP反映了直肠接受刺激后，感觉上传到大脑中枢的整个传导通路状态。目前主要是两种刺激方式：机械扩张刺激和电刺激。两种方式产生的CEP波形相似，潜伏期、波幅无明显差异，但电刺激后记录的CEP变异度小。Hobday等［29］比较直肠电刺激和机械刺激之后记录的CEP，发现14名健康志愿者直肠电刺激后所有受试者均记录到CEP，但在机械扩张刺激后只有11名受试者记录到CEP。与电刺激相比，机械刺激产生的波幅小，潜伏期长，但两者的波形相似，两者的峰间延迟没有差异，这些证实了电刺激是记录CEP更可靠的方式［29，37］。本研究采用的直肠电刺激CEP较以往的ARM、直肠球囊扩张等检查技术更精确，更客观。Remes-Troche等［31］提出电刺激直肠记录CEP可用于研究内脏感觉异常和疼痛的发病机制，提供了研究内脏感觉及疼痛通路的重要方法。

现代医学认为功能性胃肠病是一类病因不明确，多因素作用的疾病，其发生与脑肠互动密切相关。胃肠信号经脑-肠轴投射到中枢的躯体、情感和认知中枢，对各种胃肠刺激产生反应；相反，中枢神经系统通过脑-肠轴调节机体的内脏活动功能［38-41］。倪敏等［42-43］通过经颅磁刺激皮层和经腰磁刺激运动诱发电位的检测方法，发现与正常对照组比较，功能性便秘组运动诱发电位波幅显著降低（P＜0.05），波形分化不良，重复性差，提出了皮层-腰骶-肛门直肠下传运动通路障碍可能是功能性便秘患者发病的潜在神经生理学机制之一。Geeraerts等［44］在健康志愿者中使用胃球囊扩张与经胃管营养输注的生理性胃扩张两种方式下，观察PET中脑反应的差异，发现使用胃球囊扩张与营养输注的生理性胃扩张所引起“内脏疼痛神经基质”中脑反应结果不同。fMRI、PET与CEP比较，这些方法都比较昂贵，不能作为胃肠病学临床诊治的常规方法［45］。

综上所述，本研究中所有志愿者均成功得出CEP波形。直肠电刺激CEP容易检测，本研究测得的正常值及影响因素的评价，可供临床借鉴。直肠电刺激CEP具有技术先进性，适合于进行大规模临床神经生理学研究，对了解便秘，大便失禁或功能性腹痛等疾病中的脑肠互动作用具有重要价值。该新型检测方法与ARM、肌电图等技术结合，可以帮助对大便失禁、功能性排便障碍等疾病的分型诊断［10，37］。此外，该技术可以提供客观的评价方式来评估治疗前后的变化，例如生物反馈、针灸治疗前后的对比。这种技术的局限性是无法研究体内带有金属器械或假体的受试者，对有癫痫或癫痫病史的患者具有潜在的风险［46］。同时，还存在一些经验依赖性。总之，本研究提供了一种简单、廉价、可重复和有效的检测方法来评估直肠到大脑皮质上传感觉通路的神经信息，对深入理解脑肠互动有着重要的临床价值。