Gastric stimulering: påverkan av elektriska parametrar på gastrisk tömning i kontroll och diabetisk rats

Gastric stimulering: påverkan av elektriska parametrar på gastrisk tömning i kontroll- och diabetiska råttor
Sammanfattning
Bakgrund
Syftet med denna studie var att testa . effekten av olika pulsfrekvenser och amplituder under gastric stimulering (GS) på gastrisk tömning hos råtta
metoder
GS utfördes i 2 grupper av laparotomiserades råttor: friska kontrolldjur, och råttor med akut diabetes. Effekterna av fyra pulsfrekvenser (0,5, 1, 10, 20 Hz) och tre pulsamplituder (5, 20, 40 mA) testades. De volymer som tömts från magen efter oro-gastrisk instillation av en näringslösning jämfördes med de som erhölls i djur utan GS. . Intragastriskt pH-värden bedömdes under basala förhållanden och efter GS
Resultat
I båda grupperna ökade GS töms volymer jämfört med villkor utan stimulering (p < 0,05) för pulsfrekvenser över 0,5 Hz. Ökningar i pulsfrekvenser snabbare magtömning (p < 0,01) med en platå på cirka 10 Hz. Ökningen av puls amplituder resulterade i större tömda volymer endast när pulsfrekvensen var 1 Hz (p < 0,04) medan den motsatta effekten observerades vid 20 Hz (p < 0,04). De mest effektiva kombinationer för att öka gastrisk tömning jämfört med utgångsläget var 10 Hz med 5 eller 20 mA. Den totala effekten av GS på magtömning jämfört med utgångsläget utan stimulering, var större i diabetiker än i kontroller råttor (p < 0,05). Under stimuleringen, intragastriska pH-värden skilde sig inte från basala förhållanden under fasta eller efter en måltid i kontroll och råttor med diabetes.
Slutsatser
Även bör övervägas både pulsfrekvens och amplitud under GS förefaller frekvens att vara den mest kritiska punkt. Möjligheten att öka gastrisk tömning av elektrisk stimulering i diabetiska råttor visar potentiella kliniska tillämpningar för denna metod.
Introduktion
Elektrisk magsäcksstimulering (GS) kan vara en lämplig behandling i gastroparetic patienter som inte svarar på prokinetiska läkemedel och /eller antiemetiska läkemedel [1]. Men det mest effektiva elektriska parametrar för att inducera gastriska motoriska effekter har inte klart definierade. Tidigare studier har antytt att både pulsbredd och frekvens kan vara viktigt att tänka på: korta pulsbredder under 0,5 ms stimulerar intramural nervsystemet [2] medan större pulsbredder över 1,5 ms och låga frekvenser företrädesvis stimulera musklerna. Stora pulsbredder som levereras med en låg frekvens nära den infödda fördröjningsfrekvens främja långsamma vågor hos friska icke styrda magar [3-6]. Men dessa stimuleringar inte öka gastrisk motilitet [3]. Å andra sidan, högre pulsfrekvenser (0,5 Hz) öka mag motorindex, utan någon signifikant effekt på magsäckstömning [4, 7]. En tidigare studie i vagotomized hundar visade att frekvensen av stimulering var kritisk av demonstrationen som GS med 20 Hz inducerade gastriska sammandragningar och ökad magtömning, medan 6 Hz hade ingen effekt [8].
Syftet med denna studie var att undersöka effekten på magsäckstömning av högre pulsfrekvenser och amplituder än de som tidigare använts [3-7]. Tester utfördes i två grupper av råttor: friska råttor med en icke-operatör mage, och råttor med akut diabetes, för att utvärdera om GS inducerar en motor effekt i denna sjukdom. I själva verket, i diabetes mellitus, gastro som kan reverseras genom gastrisk stimulering, är ofta (30 till 50% av patienterna) [9], och i samband med avvikelser i magsäcken myoelectrical aktivitet såsom bradygastria, tachygastria, blandade eller icke-specifika dysrythmias [10]. Dessutom blodglukoskoncentrationer påverkar gastrisk motilitet och magsäckstömning är långsammare under hyperglykemi än under hypoglykemi [11].
Metoder
kirurgiska metoder
Anestesi utfördes i Sprague-Dawley åldern 3 månader och som väger 250 till 300 g genom intramuskulära injektioner av 60 mg /kg Ketamin (Panpharma - Frankrike). Denna dos av Ketamin inducerar anestesi utan någon effekt på mag- eller tarmtransittider hos hundar [12]. Två Platinium stimulerande elektroder (80 μ diameter) (Microfil Industrie - Rennes - Frankrike) implanterades i den proximala delen av mag antrum nära den stora krökningen (figur 1), i enlighet med metoden av Ruckebush et al
[13] . Elektroderna (längd: 8 cm) placerades 1 cm från pylorus och syddes en mm från varandra med 2 mm av tunneldrivning, och de implantation axel elektrod var vinkelrät mot magen axeln. En terminal duodenostomy, två centimeter distalt från pylorus, utfördes för att samla in volymer tömmas från magen. Att samla alla volymer tömts från magen, var tolvfingertarmen omedelbart ligerades under duodenostomy och ovanför huvud biliary kanalen, och kärl och neurala arkader noggrant respekteras. För att underlätta insamling av den duodenala effluenten, en kateter (inre diameter: 2,5 mm) sattes in 5 mm intraluminalt in i den proximala delen av tolvfingertarmen (figur 1). Katetern anslöts till en graderad spruta (5 ml) för att mäta de volymer som samlats via duodenostomy. Dessa volymer ansågs vara mätningar av gastrisk tömning. Mätnoggrannhet var 0,1 ml. För att bedöma effekten av stimulering på postprandial gastrisk motilitet, en 5 ml nutritient lösning av Nutridoral ® (kolhydrater: 50%, proteiner: 30%, lipider: 20%, 12,5 kcal Sodietal ® Revel. Frankrike) till intragastriskt instiller av en oro-gastrisk tub vid ett konstant flöde av 0,5 ml x min -1 med en automatisk spruta. Figur 1 Gastric stimulering: experimentell kirurgiskt ingrepp
att studera en möjlig effekt av GS på magsyra secreton, i andra grupper av råttor intragastriska pH-värden övervakas under basala förhållanden och efter GS (10 Hz, 20 mA). Den kirurgiska proceduren var samma som beskrivits tidigare (terminal duodenostomy med duodenal ligatur), och en pHmetric sond (Ingold M3, Solal, Strasbourg, Frankrike) infördes i magen, en centimeter proximalt till antrum. Sonden anslöts till en pH-inspelare (PH 60, LT1, Paris, Frankrike).
Institutionens guide för skötsel och användning av försöksdjur följdes.
Djurmodeller
Två grupper av råttor studerades . Den första gruppen ingår 50 friska råttor med en intakt mage (kontrollgrupp). En andra grupp inkluderade 50 råttor med akut diabetes inducerade genom en intravenös injektion av streptozotocin (55 mg /kg) utfördes 7 dagar före experiment [14]. Diabetes bekräftades genom uringlukoskoncentrationer över 55 mmol /L med Multistix 8 SG ® test (Bayer, USA) 3 och 7 dagar efter streptozotocin injektion. Vikten hos diabetiska råttor skilde sig inte från den hos kontroller råttor (260 ± 12 vs 182 ± 7) Review För att bedöma intragastriska pH-värden, 4 grupper om 6 kontrollråttor (under fasta eller efter en måltid, under basala conditons eller efter GS), och 4 grupper om 6 diabetiska råttor studerades
Pacing metod Review, en neuro-stimulator Svara Välj ® (Empi -. USA) användes. Denna enhet ger pulståg med elektriska parametrar som liknar dem som för närvarande finns med intrakorporal pacemakers. Bifasiska och asymmetriska fyrkantpulser användes. Pulsbredd valdes på 0,2 ms baserat på tidigare rapporter som visar att under 0,5 ms den huvudsakliga effekten är nervstimulering [2] och att en bredd av 0,2 ms är effektiv för inneboende nervös stimulering av magsäcken [15]. Fyra pulsfrekvenser är kända för att inducera nervstimulering (0,5, 1, 10, och 20 Hz) valdes [15]. Tre pulsamplituder (5, 20, 40 mA) applicerades. För varje frekvens (0.5, 1, 10, och 20 Hz), var tåg av 20 pulser med ett intervall på 2 sekunder mellan varje tåg levereras eftersom upprepad stimulering producerar större elektriska och mekaniska svar som ökar gradvis när antalet pulser ökar [15 ].
Studiedesign
Experiment började vid 14:00 efter en 18-timmars fasta och genomfördes i bedövade och laparotomiserades djur. En observatör utförde GS medan en annan observatör samlade volymerna töms genom den lilla katetern ansluten till tolvfingertarmen. Observatören som mätte volymerna visste inte om magen hade stimulerats eller inte.
Att bedöma effekten av elektrisk stimulering på magtömning i kontroll- och diabetiska råttor, volymerna töms 15 och 30 minuter efter oro-gastrisk instillation jämfördes i 10 råttor utan stimulans och 40 andra råttor där GS började i slutet av nasogastrisk instillation (figur 2). Varje råtta stimulerades med en pulsfrekvens (0,5 Hz, 1 Hz, 10 Hz eller 20 Hz), men med tre pulsamplituder (5, 20, och 40 mA) under tre separata sessioner GS. Därför undersöktes effekten av varje pulsfrekvens testades i grupper om 10 råttor (figur 2). Vid slutet av varje session av elektriska GS, var elektroderna och duodenal katetern bort och laparotomi stängdes i varje djur. Efter uppvaknande, fick djuren tilläts äta och dricka efter behag. Återhämtningstid mellan sessioner var 3 dagar. Sedan, på 4 e dagen djuren fasta i 18 timmar innan nästa stimulerings session började på 5 e dagen på 14:00. Varje session varade 20 till 30 minuter och hela förfarandet var en mindre olägenhet till råttan. Inget av djuren uppvisade någon signifikant förlust av kroppsvikt (> 20%), anorexi eller dålig kroppskondition. Figur 2 Antal djur enligt elektriska parametrar under gastric stimulering (Antalet djur var identiska i båda grupperna: kontroller och diabetiska råttor) katalog För att bedöma effekten av stimuleringen (vid 20 Hz, med 10 mA) på intragastriskt pH, 8 grupper av råttor studerades. Efter 18 timmars fasta, var pH-värden bedömas under basala betingelser under 30 minuter i 2 grupper av råttor (6 kontroller och 6 diabetiska råttor), och under GS under 30 minuter i 2 andra grupper av råttor (6 kontroller och 6 diabetiska råttor) . Dessutom har intragastriska pH-mätningar utfördes under 30 minuter efter instillation av 5 ml Nutridoral ®, under basala förhållanden i 2 grupper av djur (6 kontroller och 6 diabetiska råttor) och efter GS i 2 andra grupper av djur (6 kontroller och 6 diabetiska råttor). statistik
Data är medel och standardfel av medelvärdet (SEM). Tvåvägs-variansanalys (ANOVA) användes för att analysera effekten av pulsfrekvenser och amplituder på de volymer tömmas från magen. Ett sätt-variansanalys användes för att bekräfta påverkan av pulsfrekvenser eller pulsamplituder på volymerna tömts från magen. Wilcoxon icke parametriska test användes för att jämföra volymerna töms från magen: enligt huvudscenariot jämfört med GS, när frekvenser varierade (med samma amplitud), med olika amplituder (med samma frekvens), i kontroller jämfört med diabetiska råttor. Wilcoxon icke parametriska testet användes också för att jämföra intragastriska pH-värden hos råttor utan GS och hos råttor med GS.
Resultat
Inga biverkningar observerades på grund av GS, i synnerhet inget glatt muskulatur brännskador inträffade.
i ostimulerade råttor volymerna tömts från magen 30 minuter efter slutet av nasogastrisk tillförseln var lägre i diabetiska råttor än i kontroller (0,5 ± 0,1 vs 0,8 ± 0,2 ml, p < 0,03) Review Tvåvägsvariansanalys varians~~POS=TRUNC analys~~POS=HEADCOMP (ANOVA ) visade att förändringar i pulsfrekvens (p < 0,01) och i pulsamplitud (p < 0,04) påverkade volymerna töms från magsäcken i kontroller och diabetiska råttor
i båda kontrollerna och diabetiska råttor volymerna tömts från magen. efter elektrisk stimulering var större än de utan stimulering (p < 0,05), utom när pulsfrekvens var 0,5 Hz (figurerna 3, 4). Dessutom var skillnaden mellan de volymer som samlats i ostimulerade råttor och hos råttor som genomgår stimulering korrelerade med varaktigheten av GS och var större efter 30 än efter 15 minuters GS (p < 0,04) .. Figur 3 volymer magsäckstömning under stimulering i kontrollråttor 15 min: 15 min efter början av gastrisk stimulering 30 min: 30 min efter början av gastriska stimulerings Värdena är medelvärde ± SEM (*) p < 0,05 (†) p < 0,02 vs basala förhållanden utan stimulering (‡) p < 0,05: 10 Hz vs 1 Hz, 20 Hz vs 1 Hz (€) p < 0,05: 40 mA vs 5 mA
Figur 4 Volymerna av gastrisk tömning under gastrisk stimulering i diabetiska råttor 15 min: 15 min efter början av gastrisk stimulering 30 min: 30 min efter början av gastriska stimulerings Värdena är medelvärde ± SEM av Wilcoxon test: (*) p < 0,05 (†) p < 0,02 vs basala förhållanden utan stimulering (‡) p < 0,05: 10 Hz vs 1 Hz /20 Hz vs 1 Hz (§) p < 0,03: 10 Hz vs 1 Hz (€) p < 0,05: 40 mA vs 5 mA
envägs variansanalys (ANOVA) visade att större volymer samlades från duodenostomy som pulsfrekvensen ökas (från 1 Hz till 20 Hz), men denna effekt var beroende av puls amplituder som endast observeras under en pulsamplitud av 5 mA (p < 0,01) (Figur 3). För 20 mA, volymer som samlats in från duodenostomy i kontrollerna var högre med 10 Hz än 1 Hz (p < 0,05). För 40 mA volymerna inte annorlunda med en Hz, 10 Hz eller 20 Hz (figur 4). För 5 och 20 mA var volymerna högre i diabetiska råttor med 10 Hz än 1 Hz (p < 0,03, p < 0,05). (Figur 4) Review I både kontroll och diabetiska råttor, hade ökningen av pulsamplituder olika effekter på magtömning beroende på frekvensen av stimulering. Envägs variansanalys visade att volym töms från magsäcken ökar när pulsfrekvensen var 1 Hz (p < 0,04 i kontrollgruppen och p < 0,03 i diabetiska gruppen), och volymerna minskade när pulsfrekvensen var 20 Hz (p < 0,04 i kontrollgruppen och p < 0,03 i diabetiska gruppen) (figurerna 3, 4). För 10 Hz, pulsamplituder hade ingen påverkan på volymerna tömts från magen.
När pulsfrekvens och amplitud utvärderades samtidigt de mest effektiva kombinationer för att öka gastrisk tömning jämfört med utgångsläget utan stimulering, var en frekvens på 10 Hz med en pulsamplitud med 5 eller 20 mA (figurerna 3 och 4) Jämförelse av kontroller.
och diabetiska råttor
effekten av GS på magtömningen jämfört med utgångsläget utan stimulering var mer uttalad i diabetiker än hos kontrollråttor, eftersom töms volymerna var större i diabetiska råttor som i kontroller, i synnerhet med 10 Hz, med alla pulsamplituder (p < 0,05 - p < 0,01) (figur 5). Figur 5 Ökningar i mängder töms under gastric pacing jämfört med basala förhållanden utan stimulans i kontroll- och diabetiska råttor Värdena är medelvärde ± SEM av Wilcoxon test (*) p < 0,05 (†) p < 0,01 vs kontroller
Effekt av GS på magsaftsekretion
vid fasta eller efter en måltid, GS hade ingen inverkan på magsyrasekre kontroll eller diabetiska råttor, oavsett pulsfrekvenser och puls amplituder (figur 6). Figur 6 intragastriskt pH-värden under gastric stimulering (10 Hz, 20 mA) och utan gastric stimulering Värdena är medelvärden ± SEM
Diskussion
GS med korta pulsbredder och frekvenser markant högre än en spontan långsam vågfrekvens förbättrade gastrisk tömning av en vätskelösning näringsämne i både friska och diabetiska råttor. Modellen av akut diabetes valdes eftersom de senaste observationer tyder på att hyperglykemi orsakar reversibel försämring av magtömning [16] på grund av bradygastria eller mindre ofta, tachygastria eller ospecifika dysrythmias [10, 11]. Vid kronisk diabetes, neurologiska förändringar, bland annat skador på intestitial celler av Cajal spelar också en roll i patogenesen av fördröjd magsäckstömning [17].
Man kan hypotes att en större duodenal utflöde under elektrisk stimulering var relaterad till en stimulering av magsyrasekre snarare än motilitet och att den ökade mängden vätska som samlas in genom duodenostomy endast var en återspegling av ökad syrautsöndring. Men i denna studie har vi kontrollerat att GS inte hade någon effekt på magsyrasekretionen i antingen kontroll eller diabetiska råttor, under fasta och under efter prandial period.
Trots att flera tidigare studier har utvärderat effekten av GS på motor eller myoelektriska gastric mönster finns det inga resultat visar att dessa parametrar kan ändras genom stimulering utan att ha en significante effekt på gastrisk tömning. Därför objektiva kriterier för utvärdering av effekterna av GS var volymen av en näringslösning tömts från magen och samlas in via en terminal duodenostomy snarare än manometriska eller elektromyografi gastric mönster [3, 4, 8]. Denna metod valdes för att ge mer objektiv mätning av gastrisk tömning än tidigare radiologiska studier [8], och för att bedöma effekterna av stimulering på gastrisk tömning. Duodenostomy elimineras det näringsämne-medierad tunntarm återkoppling i magtömning [18, 19]. Även om duodenostomy utfördes i både ostimulerade och stimulerade djur så att de två grupperna kan jämföras GS kan ha haft en mindre uttalad effekt på gastrisk tömning hos djur med en intakt tolvfingertarmen. Dessa effekter erhölls också efter en enda typ av måltid medan gastrisk tömning är beroende av den kalorisammansättning av måltiden [20]. Således kan våra resultat inte utvidgas till att alla typer av måltider.
Denna studie bekräftar att både pulsfrekvens och amplitud påverka effekterna av stimulering men denna frekvens verkar mer kritisk än amplitud. I själva verket var en stimuleringsfrekvens snabbare än 0,5 Hz nödvändigt att modifiera gastrisk tömning. Detta kan förklara de discrepencies mellan vår studie och tidigare studier som utförts på hund och människa som används lägre frekvenser och drog slutsatsen att GS inte hade någon effekt [3, 5]. Dessa tidigare studier har visat att stimulering med en frekvens nära den hos en spontan gastric pacemaker endast ökade långsam vågfrekvens utan att ha någon effekt på gastriska sammandragningar [3, 5], motorindex [4, 7] eller tömning [3]. Sedan, i kontroller, pulsfrekvenser som sträcker sig från 1 till 10 Hz ökade volymer tömts från magen. Den större effekt av högre frekvenser bekräftar tidigare resultat inom vagotomized hundar [8] och hos hundar med icke-drivs magar [7]. Denna ökning av pulsfrekvenser observerades också hos människa [2, 22] visar vår studie att den kliniska intresse att öka frekvenser över 10 Hz kan begränsas eftersom högre frekvenser inte påskynda magtömning vilket bekräftas av en brist på signifikant skillnad i tömda volymer mellan 10 och 20 Hz. I vår studie, 10 Hz, som är känt att stimulera intramural nerver och har en motor effekt under gastrisk stimulering [15], verkade vara den bästa frekvensen.
Ökningar av pulsamplitud ökade magtömningen men dessa effekter av ökningar av amplitud var beroende av pulsfrekvenser: ökningen av amplituden förbättrad magtömning för frekvens lägre än 20 Hz, medan det hade motsatt effekt vid högre frekvenser. I denna studie, till skillnad från andra [3, 5, 21, 22], har vi testat elektriska parametrar som stimulerar inneboende nerver [2, 15] och inte släta gastric celler. I själva verket har glatta celler pacing endast visats för att modifiera långsam vågkaraktäristika utan att ha någon effekt på antral spikar, gastriska sammandragningar eller magtömning [3, 5, 23]. Därför valde vi en pulsbredd som är kortare än 0,5 ms, eftersom korta pulser företrädesvis stimulera intramural nerver [2]. Grund av den korta pulsbredden, hade elektrisk stimulering som skall utföras vid tillräckligt höga frekvenser för att erhålla en motor effekt [8]. Tåg av pulser administrerades på grund med stimuleringsfrekvenser nära de som valts i denna studie, repetitiva stimuli ger en större respons än den som erhålls genom en gradvis ökning av både frekvensen av stimulering och antalet pulser [15]. Tjugo pulser per tåg användes eftersom det har visat sig vara mer effektiv på varaktigheten av både elektriska och mekaniska svar än kortare tåg av pulser [15]. Således, på grund av egenskaperna hos de elektriska parametrarna i denna studie [2], den inblandade i acceleration av magtömning mekanism var förmodligen en inneboende neural mekanism i magväggen.
De korta bredd pulser som används i denna studie kräver tillräcklig pulsamplituder för att inducera en motor effekt [2]. I våra djur, ökningar av pulsamplitud (40 mA vs 5 mA) resulterade i en ökning av tömda volymer endast 1 Hz. Med högre pulsfrekvenser, ökningen av pulsamplituder resulterade i en minskning av gastrisk tömning. Detta kan bero på en kombination av hög stimuleringsparametrar (amplitud och frekvens) misslyckades med att inducera förökade sammandragningar ANF detta misslyckades med att påskynda magtömning. Tidigare studier har rapporterat att när pulsfrekvenser ökar, måste pulsamplituder minskas för att erhålla motoreffekter [8]. Några av våra ökade pulsamplituder kan ha producerat pyloric stängning hos vissa djur när högre frekvenser användes.
I vår studie var effekten av GS på magtömning jämfört med basala förhållanden utan stimulering större i diabetiska råttor än i kontrollgruppen. Tidigare var en bättre effekt observerades för GS i diabetiska råttor än i den intakta magen eftersom frekvenser mellan 0,2 och 0,5 Hz ökad gastrisk tömning av vätskor och fasta ämnen [7, 24-26]. Denna större effekt i diabetiska råttor kan förklaras med långsammare tömning av magsäcken under basala förhållanden utan stimulering jämfört med kontroller, i samband med en effektiv gastric muskel respons under GS
Sammanfattningsvis GS med markant högre pulsfrekvenser än de som normalt används (nära spontan gastric pacemakerfrekvensen) ökade magtömning kontroll och diabetiska råttor. Våra resultat tyder på att öka pulsfrekvenser är effektivare än att utöka pulsamplituder att få motoreffekter. Säkerheten för höga frekvenser under kronisk stimulering vid medvetande djur måste nu bekräftas, även om tidigare studier har använt 50 Hz utan negativa effekter [27]. Våra resultat tyder på att magsäcksstimulering hos människan kan ha större motoreffekter vid högre pulsfrekvenser än de som tidigare använts [5, 21-23]. En nyligen genomförd klinisk studie med en intrakorporeal stimulator med hjälp av en låg frekvens (0,2 Hz) visade att illamående och kräkningar episoder minskade i diabetes och idiopatisk gastroparetic patienter [28]. Nyttan av högre pulsfrekvenser hos människan att påskynda magtömning och funktionell förbättring måste klargöras. GS hos människa kan användas eftersom ingen interaktion har visats mellan mag- och pacemakers [29]. Emellertid var ytterligare studier behövs för att demonstrera verkningsmekanismer av denna typ av högfrekventa GS.
Förklaringar
Tack
Författarna tackar professor Jacques Benichou, statistiker, för hans värdefulla hjälp att granska biostatistiska resultat och Richard Medeiros för hans råd att redigera manuskriptet.
författarnas ursprungliga inlämnade handlingarna Images of Nedan finns länkar till författarnas ursprungliga inlämnade filer för bilder. 12893_2002_9_MOESM1_ESM.ppt Författaroriginalfilen för figur 1 12893_2002_9_MOESM2_ESM.xls Författaroriginalfilen för figur 2 12893_2002_9_MOESM3_ESM.xls Författaroriginalfilen för figur 3 12893_2002_9_MOESM4_ESM.xls Författaroriginalfilen för figur 4 12893_2002_9_MOESM5_ESM.xls Författaroriginalfilen för figur 5 12893_2002_9_MOESM6_ESM.xls författar~~POS=TRUNC för figur 6

• Gastroduodeno-plastik utförs av distala gastric transection.- En ny teknik för stora duodenal defekt stängning
• Gastric extremt väl differentierad adenokarcinom i magsäcken fenotyp: som en gastric motsvarighet till adenom malignum av livmoderhalsen