用计算机技术研究大鼠胃电和胃运动信号
作者：李梦燕 刘学宗 孟旸曲瑞瑶 金宗平 侯安存 张澍田 于中麟
单位：李梦燕 刘学宗首都医科大学生物医学工程系 ；孟旸曲瑞瑶 生理学教研室；金宗平 侯安存 张澍田 于中麟首都医科大学附属北京友谊医院内科
关键词：体表胃电；体内平滑肌慢波；胃平滑肌运动；时-频分析
首都医科大学学报/990303 提要： 利用体表电极、体内胃肠电极和压力传感器，通过计算机分别同时记录正常对照组和急性应激组Wistar大鼠体表胃电、体内平滑肌慢波和胃平滑肌运动信号，并进行数据处理和统计学分析。结果表明，正常对照组和急性应激组的体表胃电、体内平滑肌慢波和胃平滑肌运动存在差别。这种差别提示：①体表胃电在一定程度能够反映胃的活动，揭示胃的生理和病理规律，有可能应用于临床，作为胃病的诊断和疗效判定的客观标准；②体表胃电不仅反映体内胃平滑肌慢波的电活动，还与胃平滑肌运动有关，反映了有关胃平滑肌运动的一些信息。
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中图分类号： R333.2
Studies on Gastroelectric Activity and
Gastric Motility in Wistar Rats by Computer
Li Mengyan, Liu Xuezong
Department of Biomedical Engineering, Capital University of Medical Sciences
Meng Yang, Qu Ruiyao
Department of Physiology, Capital University of Medical Sciences
, http://www.100md.com
Jin Zongping, Hou Ancun, Zhang Shutian, Yu Zhonglin
Department of Internal Medicine,Beijing Friendship Hospital,Affiliate of Capital University of Medical Sciences
Abstract:The cutaneous electrodes, gastric electrodes and strain gauges were used to record the cutaneous gastroelectric activity, gastroelectric smooth muscle slow wave and gastric circle muscle motility in Wistar rats of the control group and the acute stress group through computer, respectively. The data were delt with by time-frequency analysis, and statistics analysis. The differences of the two groups suggested that: ①Cutaneous electrogastrography could reflect the gastric activities, reveal gastric physiological and pathological laws, be applied in clinic as an objective standard to diagnose gastric diseases and evaluate the therapeutic effect to a certain degree. ② Cutaneous electrogastrography reflected not only the electric activities of gastric smooth muscle, but also some information about gastric circle muscle motility.
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Key words: electrogastrography; slow wave; gastric motility; time-frequency analysis
自从Alvarez首次报告从胃记录到电活动以来[1]，胃电已成为研究消化机能的重要手段，同时，机械活动的记录也已被广泛采用[2～6]。通过生理记录仪记录及观测胃电和胃运动信号，不仅工作量大，而且不易对信号进行深入分析。本研究旨在利用体表电极和体内胃肠电极及压力传感器，通过计算机同时记录Wistar大鼠体表胃电、体内平滑肌慢波和胃平滑肌运动信号，分析和探讨大鼠的胃电活动和胃机械运动之间的关系，并对体表胃电做出相应的评价。
1 材料和方法
Wistar大鼠32只(首都医科大学动物室提供)，体质量200～250 g，随机分成2组：正常对照组(12只，简称对照组)和急性应激组(20只，简称应激组)。将应激组大鼠束缚后放入(16±1) ℃水中，水面齐剑突，浸泡3 h，造成急性胃粘膜出血动物模型。动物在实验前1天禁食，饮水不限，使之在实验时处于空腹状态。
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体内平滑肌慢波记录：将体内胃肠电极-传感器紧贴着缝附在大鼠的胃窦部位，引出的导线与二道生理记录仪连接，生理记录仪的慢波记录参数为：灵敏度0.001 V/cm；时间常数2 ms；高频滤波10 Hz。
胃平滑肌运动记录：将高灵敏度应变片传感器引出的引线与桥式电路相连接，将胃运动信号转换成电位变化，再与生理记录仪连接。记录胃平滑肌运动的参数设为DC输出方式，灵敏度0.000 5～0.001 V/cm，高频滤波10 Hz。
体表胃电记录：将大鼠腹部的毛剔掉后，把制备好的表面涂有导电膏的Ag-AgCl电极固定在剑突下1.5 cm、向左旁开0.5 cm处。引出的导线与生理记录仪连接，参数的设定同体内平滑肌慢波记录。
将生理记录仪的输出端用导线与A/D采集板输入端连接，分别采集胃平滑肌运动、体内平滑肌慢波和体表胃电3道信号。每只大鼠大约记录1 h。
, 百拇医药
统计学方法：使用SPSS for Windows统计软件中的t检验、方差分析、判别分析和Logistic回归等方法对各项特征指标进行分析。
2 结果
2.1 平均振幅
从表1可见，应激组的体表胃电和体内慢波的平均振幅比对照组明显下降(P<0.01或P<0.05)，而胃平滑肌运动的平均振幅2组间无差异(P>0.05)。对照组和应激组组内，体内慢波的平均振幅均高于胃平滑肌运动和体表胃电的平均振幅(P<0.05)。
表1 2组大鼠体表胃电、体内慢波和胃平滑肌运动的平均振福 分组
n
体表胃电
体内慢波
, 百拇医药
胃平滑肌运动
μV
对照组
12
402.1±227.0
998.8±856.0△
137.1±95.0
应激组
20
146.3±105.0
382.3±423.0*△
, 百拇医药
115.7±130.0
与对照组比较*P<0.05，**P<0.01;△与同组体表胃电和平滑肌运动平均振幅比较P<0.05
2.2 过零频率
从表2可见，与对照组相比，应激组体表胃电过零频率明显增大(P<0.05)，而体内慢波和胃平滑肌运动的过零频率无差异(P>0.05)。对照组和应激组组内，体表胃电、体内慢波和胃平滑肌运动的过零频率也无差异(P>0.05)。
表2 2组大鼠体表胃电、体内慢波和胃平滑肌运动的过零频率(f0) 分组
n
f0(体表胃电)
f0(体内慢波)
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f0(胃平滑肌运动)
min-1
对照组
12
5.623±1.092
5.637±0.999
6.577±1.117
应激组
20
6.967±2.149
5.824±1.114
, 百拇医药
7.106±2.900
*与对照组比较P<0.05
2.3 相关系数
体表胃电、体内慢波和胃平滑肌运动的平均振幅与主功率的相关系数分别为0.846、0.948和0.882。三者与主功率的相关性都非常好，由此说明胃电活动的主功率与其振幅成正比例，当振幅增大时，主功率也随之增大，反之亦然，这与文献[2]的结果一致。
2.4 峰值频率
由表3可见，应激组与对照组相比，体表胃电和体内慢波的峰值频率均无显著性差异，但是急性应激后，胃平滑肌运动峰值频率明显下降(P<0.01)。对照组的胃平滑肌运动峰值频率高于体表胃电和体内慢波的峰值频率(P<0.05)。应激组的胃平滑肌运动峰值频率与体表胃电的峰值频率无差异(P>0.05)，但高于体内慢波的峰值频率(P<0.05)。
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表3 2组大鼠体表胃电、体内慢波和胃平滑肌运动的峰值频率(f峰) 分组
n
f峰(体表胃电)
f峰(体内慢波)
f峰(胃平滑肌运动)
min-1
对照组
12
3.153±1.542
2.588±0.967
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5.126±0.977△▲
应激组
20
3.288±1.609
2.655±0.880
3.763±1.373**▲
**与对照组比较P<0.01；△ 与同组内体表胃电的峰值频率相比P<0.05；
▲ 与同组内体内慢波的峰值频率相比P<0.05
2.5 正常慢波百分比与节律障碍百分比
由表4可见，应激组与对照组相比，正常慢波百分比显著下降(P<0.05)，节律障碍百分比显著升高(P<0.05)。
, 百拇医药
表4 2组的正常慢波百分比和节律障碍百分比 分组
n
正常慢波/%
节律障碍/%
对照组
12
77.6±17.2
20.3±16.7
应激组
20
46.6±25.8*
46.7±27.0*
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*与对照组比较P<0.053 讨论
体表胃电、体内慢波和胃平滑肌运动信号既不是随机信号，也不是周期信号，但是它们具有自己的确定性，如可以用平均振幅、过零频率、主频、正常慢波百分比等参数进行描述。这些参数可以作为区分不同实验组的特征指标。
我们用判别分析方法对特征指标的区分度进行评价，得到总的分组正确率为87.50%。再用Logistic回归对体表胃电的所有指标进行分析，得到总的分组正确率为84.38%。
表1、2、4的结果表明：体表胃电测出的平均振幅、过零频率和峰值频率等特征指标的值，与胃平滑肌运动的值无差异(P>0.05)，可以说明体表胃电图在一定程度上能够反映胃的活动，揭示胃的生理和病理规律，有可能应用于临床，作为胃病的诊断和疗效判定的客观标准。
由时间序列相关分析的结果看，应激组大鼠的体表胃电与体内慢波的相关系数为0.242±0.097，而应激组大鼠的体表胃电与胃平滑肌运动的相关系数为0.482±0.223。即当大鼠急性应激之后，其体表胃电与胃平滑肌运动的相关系数与体表胃电与体内慢波的相关系数相比，要显著增大(P<0.01)。这在一定程度上说明体表胃电不仅仅反映体内胃平滑肌慢波的电活动，还与胃平滑肌运动有关，反映了有关胃平滑肌运动的一些信息。这可能是应激组体表胃电过零频率增大的原因。
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参考文献
1.鲁斌,许冠荪.EGEG胃肠电图临床手册.太原:山西科学技术出版社, 1992.1～10
2.Jiande C. Spectral analysis of electrogastrogram and its clinical significance. Chin Natl J New Gasrroenterol, 1996,21:11～14
3.Zhiyue L, Jiande Z C. Application to electrogastrogram. Cri Rev Biomed Eng, 1996,24:50～55
4.Chen J D Z, Richards R D, McCallum R W. Identification of gastric contractions from the cutaneous electrogastrogram. Am J Gastroenterol, 1994,89(1):79～85
5.曲瑞瑶.实验性脾虚证胃肠动力学与胃肠肽关系的研究.中国中西医结合杂志,1996,18:237～240
6.金乃时.国内胃肠电应用研究现状.合肥:中国科学技术大学出版社, 1993.3～13
收稿日期：1998-10-26, 百拇医药
单位：李梦燕 刘学宗首都医科大学生物医学工程系 ；孟旸曲瑞瑶 生理学教研室；金宗平 侯安存 张澍田 于中麟首都医科大学附属北京友谊医院内科
关键词：体表胃电；体内平滑肌慢波；胃平滑肌运动；时-频分析
首都医科大学学报/990303 提要： 利用体表电极、体内胃肠电极和压力传感器，通过计算机分别同时记录正常对照组和急性应激组Wistar大鼠体表胃电、体内平滑肌慢波和胃平滑肌运动信号，并进行数据处理和统计学分析。结果表明，正常对照组和急性应激组的体表胃电、体内平滑肌慢波和胃平滑肌运动存在差别。这种差别提示：①体表胃电在一定程度能够反映胃的活动，揭示胃的生理和病理规律，有可能应用于临床，作为胃病的诊断和疗效判定的客观标准；②体表胃电不仅反映体内胃平滑肌慢波的电活动，还与胃平滑肌运动有关，反映了有关胃平滑肌运动的一些信息。
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中图分类号： R333.2
Studies on Gastroelectric Activity and
Gastric Motility in Wistar Rats by Computer
Li Mengyan, Liu Xuezong
Department of Biomedical Engineering, Capital University of Medical Sciences
Meng Yang, Qu Ruiyao
Department of Physiology, Capital University of Medical Sciences
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Jin Zongping, Hou Ancun, Zhang Shutian, Yu Zhonglin
Department of Internal Medicine,Beijing Friendship Hospital,Affiliate of Capital University of Medical Sciences
Abstract:The cutaneous electrodes, gastric electrodes and strain gauges were used to record the cutaneous gastroelectric activity, gastroelectric smooth muscle slow wave and gastric circle muscle motility in Wistar rats of the control group and the acute stress group through computer, respectively. The data were delt with by time-frequency analysis, and statistics analysis. The differences of the two groups suggested that: ①Cutaneous electrogastrography could reflect the gastric activities, reveal gastric physiological and pathological laws, be applied in clinic as an objective standard to diagnose gastric diseases and evaluate the therapeutic effect to a certain degree. ② Cutaneous electrogastrography reflected not only the electric activities of gastric smooth muscle, but also some information about gastric circle muscle motility.
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Key words: electrogastrography; slow wave; gastric motility; time-frequency analysis
自从Alvarez首次报告从胃记录到电活动以来[1]，胃电已成为研究消化机能的重要手段，同时，机械活动的记录也已被广泛采用[2～6]。通过生理记录仪记录及观测胃电和胃运动信号，不仅工作量大，而且不易对信号进行深入分析。本研究旨在利用体表电极和体内胃肠电极及压力传感器，通过计算机同时记录Wistar大鼠体表胃电、体内平滑肌慢波和胃平滑肌运动信号，分析和探讨大鼠的胃电活动和胃机械运动之间的关系，并对体表胃电做出相应的评价。
1 材料和方法
Wistar大鼠32只(首都医科大学动物室提供)，体质量200～250 g，随机分成2组：正常对照组(12只，简称对照组)和急性应激组(20只，简称应激组)。将应激组大鼠束缚后放入(16±1) ℃水中，水面齐剑突，浸泡3 h，造成急性胃粘膜出血动物模型。动物在实验前1天禁食，饮水不限，使之在实验时处于空腹状态。
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体内平滑肌慢波记录：将体内胃肠电极-传感器紧贴着缝附在大鼠的胃窦部位，引出的导线与二道生理记录仪连接，生理记录仪的慢波记录参数为：灵敏度0.001 V/cm；时间常数2 ms；高频滤波10 Hz。
胃平滑肌运动记录：将高灵敏度应变片传感器引出的引线与桥式电路相连接，将胃运动信号转换成电位变化，再与生理记录仪连接。记录胃平滑肌运动的参数设为DC输出方式，灵敏度0.000 5～0.001 V/cm，高频滤波10 Hz。
体表胃电记录：将大鼠腹部的毛剔掉后，把制备好的表面涂有导电膏的Ag-AgCl电极固定在剑突下1.5 cm、向左旁开0.5 cm处。引出的导线与生理记录仪连接，参数的设定同体内平滑肌慢波记录。
将生理记录仪的输出端用导线与A/D采集板输入端连接，分别采集胃平滑肌运动、体内平滑肌慢波和体表胃电3道信号。每只大鼠大约记录1 h。
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统计学方法：使用SPSS for Windows统计软件中的t检验、方差分析、判别分析和Logistic回归等方法对各项特征指标进行分析。
2 结果
2.1 平均振幅
从表1可见，应激组的体表胃电和体内慢波的平均振幅比对照组明显下降(P<0.01或P<0.05)，而胃平滑肌运动的平均振幅2组间无差异(P>0.05)。对照组和应激组组内，体内慢波的平均振幅均高于胃平滑肌运动和体表胃电的平均振幅(P<0.05)。
表1 2组大鼠体表胃电、体内慢波和胃平滑肌运动的平均振福 分组
n
体表胃电
体内慢波
, 百拇医药
胃平滑肌运动
μV
对照组
12
402.1±227.0
998.8±856.0△
137.1±95.0
应激组
20
146.3±105.0
382.3±423.0*△
, 百拇医药
115.7±130.0
与对照组比较*P<0.05，**P<0.01;△与同组体表胃电和平滑肌运动平均振幅比较P<0.05
2.2 过零频率
从表2可见，与对照组相比，应激组体表胃电过零频率明显增大(P<0.05)，而体内慢波和胃平滑肌运动的过零频率无差异(P>0.05)。对照组和应激组组内，体表胃电、体内慢波和胃平滑肌运动的过零频率也无差异(P>0.05)。
表2 2组大鼠体表胃电、体内慢波和胃平滑肌运动的过零频率(f0) 分组
n
f0(体表胃电)
f0(体内慢波)
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f0(胃平滑肌运动)
min-1
对照组
12
5.623±1.092
5.637±0.999
6.577±1.117
应激组
20
6.967±2.149
5.824±1.114
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7.106±2.900
*与对照组比较P<0.05
2.3 相关系数
体表胃电、体内慢波和胃平滑肌运动的平均振幅与主功率的相关系数分别为0.846、0.948和0.882。三者与主功率的相关性都非常好，由此说明胃电活动的主功率与其振幅成正比例，当振幅增大时，主功率也随之增大，反之亦然，这与文献[2]的结果一致。
2.4 峰值频率
由表3可见，应激组与对照组相比，体表胃电和体内慢波的峰值频率均无显著性差异，但是急性应激后，胃平滑肌运动峰值频率明显下降(P<0.01)。对照组的胃平滑肌运动峰值频率高于体表胃电和体内慢波的峰值频率(P<0.05)。应激组的胃平滑肌运动峰值频率与体表胃电的峰值频率无差异(P>0.05)，但高于体内慢波的峰值频率(P<0.05)。
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表3 2组大鼠体表胃电、体内慢波和胃平滑肌运动的峰值频率(f峰) 分组
n
f峰(体表胃电)
f峰(体内慢波)
f峰(胃平滑肌运动)
min-1
对照组
12
3.153±1.542
2.588±0.967
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5.126±0.977△▲
应激组
20
3.288±1.609
2.655±0.880
3.763±1.373**▲
**与对照组比较P<0.01；△ 与同组内体表胃电的峰值频率相比P<0.05；
▲ 与同组内体内慢波的峰值频率相比P<0.05
2.5 正常慢波百分比与节律障碍百分比
由表4可见，应激组与对照组相比，正常慢波百分比显著下降(P<0.05)，节律障碍百分比显著升高(P<0.05)。
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表4 2组的正常慢波百分比和节律障碍百分比 分组
n
正常慢波/%
节律障碍/%
对照组
12
77.6±17.2
20.3±16.7
应激组
20
46.6±25.8*
46.7±27.0*
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*与对照组比较P<0.053 讨论
体表胃电、体内慢波和胃平滑肌运动信号既不是随机信号，也不是周期信号，但是它们具有自己的确定性，如可以用平均振幅、过零频率、主频、正常慢波百分比等参数进行描述。这些参数可以作为区分不同实验组的特征指标。
我们用判别分析方法对特征指标的区分度进行评价，得到总的分组正确率为87.50%。再用Logistic回归对体表胃电的所有指标进行分析，得到总的分组正确率为84.38%。
表1、2、4的结果表明：体表胃电测出的平均振幅、过零频率和峰值频率等特征指标的值，与胃平滑肌运动的值无差异(P>0.05)，可以说明体表胃电图在一定程度上能够反映胃的活动，揭示胃的生理和病理规律，有可能应用于临床，作为胃病的诊断和疗效判定的客观标准。
由时间序列相关分析的结果看，应激组大鼠的体表胃电与体内慢波的相关系数为0.242±0.097，而应激组大鼠的体表胃电与胃平滑肌运动的相关系数为0.482±0.223。即当大鼠急性应激之后，其体表胃电与胃平滑肌运动的相关系数与体表胃电与体内慢波的相关系数相比，要显著增大(P<0.01)。这在一定程度上说明体表胃电不仅仅反映体内胃平滑肌慢波的电活动，还与胃平滑肌运动有关，反映了有关胃平滑肌运动的一些信息。这可能是应激组体表胃电过零频率增大的原因。
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参考文献
1.鲁斌,许冠荪.EGEG胃肠电图临床手册.太原:山西科学技术出版社, 1992.1～10
2.Jiande C. Spectral analysis of electrogastrogram and its clinical significance. Chin Natl J New Gasrroenterol, 1996,21:11～14
3.Zhiyue L, Jiande Z C. Application to electrogastrogram. Cri Rev Biomed Eng, 1996,24:50～55
4.Chen J D Z, Richards R D, McCallum R W. Identification of gastric contractions from the cutaneous electrogastrogram. Am J Gastroenterol, 1994,89(1):79～85
5.曲瑞瑶.实验性脾虚证胃肠动力学与胃肠肽关系的研究.中国中西医结合杂志,1996,18:237～240
6.金乃时.国内胃肠电应用研究现状.合肥:中国科学技术大学出版社, 1993.3～13
收稿日期：1998-10-26, 百拇医药