專利名稱：通過電刺激迷走神經治療炎癥性疾病的制作方法
通過電刺激迷走神經治療炎癥性疾病相關申請本申請要求2004年12月27日提交的美國臨時申請No. 60/639,332的權利。該申請的所有內容均引入本文作為參考。
背景技術：
脊推動物在感染或損傷期間通過平衡促炎癥和抗炎癥通路而達 到內穩態。然而在許多疾病情況下，該內穩態的平衡會被打破。例如， 所有革蘭氏陰性細菌產生的內毒素(脂多糖，LPS )激活巨噬細胞釋放 可能致死性的細胞因子(Tracey, K. J.等人，Science, 234:470-74(1986); Di腿ello, C. A., FASEB J., 8:1314-25(1994); Wang, H"等人，Science, 285:248-51(1999); Nathan, C. F.， J. Clin. Inverst. 79:319-26(1987))。炎癥和其它有害的病癥(如接觸內毒素引起的膿毒性休克)通常 由促炎性細胞因子引發，如腫瘤壞死因子(TNF;也叫作TNFa或惡 液質因子)、白介素(IL) - la、 IL-l卩、IL-6、 IL-8、 IL-18、干擾素、 血小板活化因子(PAF)、巨噬細胞遷移抑制因子(MIF)以及其它化 合物。 一些其它化合物如高遷移率族蛋白-l (HMG-1 )在諸如膿毒癥 等多種病癥時誘導，它們同樣也可發揮促炎性細胞因子的作用。促炎別是膿毒癥。炎癥細胞因子級聯可導致許多紊亂的有害特征，包括炎 癥和細l包凋亡。發明內容本發明為 一種治療細胞因子介導的炎癥疾病的方法和裝置。 本發明部分基于通過電刺激迷走神經可治療受試者的炎癥性疾
病的發現。還令人驚訝地發現足以治療炎癥性疾病的電信號參數明顯 比以前用于治療其它疾病的參數溫和。因此發現炎癥性疾病可經電信 號治療，該電信號的電流或電壓顯著弱于以前治療其它疾病所采用的 電信號。
在一種實施方式中，本發明為一種治療患有炎癥性疾病或具有患 炎癥性疾病危險的受試者的方法，它包括用電信號刺激受試者的迷走神經，其中信號電壓為0.01伏至1伏，條件是該疾病不是腸梗阻、哮喘或嚢性纖維化。
在另一實施方式中，本發明為一種治療患有炎癥性疾病或具有患 炎癥性疾病危險的受試者的方法，它包括用電信號刺激受試者的迷走神經，其中信號電壓為0.01伏至1伏，脈沖寬度為0.1 ms至5 ms; 信號頻率為0.1 Hz至30Hz;信號作用時間(on-time)為1秒至120 秒；信號間斷時間(off-time)為2小時以上。
在另一實施方式中，本發明為一種用于治療患有炎癥性疾病或具 有患炎癥性疾病危險的受試者的電信號發生器及其用途。該電信號發 生器包含向受試者迷走神經傳送電信號的電極組件和通過限定信號 電壓為0.01伏至1伏而控制電信號的控制器。
在另一實施方式中，本發明為一種用于治療患有炎癥性疾病或具 有患炎癥性疾病危險的受試者的電信號發生器及其用途。該電信號發 生器包含向受試者迷走神經傳送電信號的電極組件和控制電信號的 控制器，該控制器限定信號電壓為0.01伏至1伏，脈沖寬度為0.1 ms 至5ms;信號頻率為0.1 Hz至30 Hz;信號作用時間為1秒至120秒； 信號間斷時間為2小時以上。
意外地發現，盡管刺激迷走神經的條件較溫和，但是對迷走神經 的電刺激仍足以激活膽堿能抗炎癥通路，通過小鼠血清TNF水平的 測定證明了這一點(實施例1 )。電刺激迷走神經引起TNF抑制的有 效半衰期為2至3天(實施例2),表明電刺激的持續作用時間至少與 藥物千預作用時間一樣長。此外，電刺激迷走神經可改善膠原誘導的 大鼠關節炎的嚴重程度(實施例3)。


圖1為一種適合實施本發明的可植入式電發生器實施方式的簡要 框圖。圖2示出了植入患者體內的電信號發生器和電極的一個合適的位置。圖3為用于說明輸出信號的相關參數的信號發生器的理想電輸出信號波形示意圖。圖4為通過血清TNF水平減少百分數測定，表示電刺激迷走神經 對內毒素血癥的作用的柱狀圖。圖5顯示了用電信號電刺激VNS對受LPS攻擊的小鼠中TNF產 生的作用。縱軸代表TNF抑制百分數，橫軸代表VNS刺激和LPS攻 擊之間的時間。圖6顯示作為誘導關節炎的膠原免疫后天數(PCID)的函數的大 鼠關節炎評分。VNS刺激開始于第13天并持續至第20天。發明詳述本文所述的"受試者，，優選是哺乳動物，更優選人類患者，但也可 為伴倡動物(如狗或貓)、家畜(如馬、牛或綿羊)或實驗動物(如 大鼠、小鼠或豚鼠)。優選的受試者是人。本文所用的術語"迷走神經，，為其最寬的含意，包括所有從主迷走 神經分支出來的神經，以及與迷走神經相連的神經節或神經節后神經 元。在本領域中迷走神經也被稱為副交感神經系統及其分支，以及膽 堿能神經。迷走神經支配包括咽、喉、食管、心臟、肺、胃、胰腺、 脾、腎臟、腎上腺、小腸和大腸、結腸以及肝臟在內的主要器官。電 刺激可以直接刺激迷走神經，也可刺激迷走神經支配的器官。本申請公開的方法包括刺激全部迷走神經(即傳入和傳出神經)， 或分離傳出神經并直接刺激之。后一種方法可在兩種纖維均存在的神 經區域處將傳出神經纖維與傳入神經分離。可替代的，在無傳入神經 纖維處，例如在接近傳出神經纖維支配的靶器官處，刺激傳出神經纖維。傳出神經纖維還可通過直接刺激靶器官而被激活，例如用電刺激 方法，以此刺激支配該器官的傳出神經纖維。在另外的實施方式中， 可以刺激迷走神經的神經節或神經節后神經元。迷走神經還可被切斷 后刺激其遠端，以此僅刺激傳出迷走神經纖維。
刺激迷走神經的部位可以是頸區(脖子)，也可在頸區周圍和遠 側的區域，包括橫膈膜上或橫膈膜下區域。包括支配器官的迷走神經 的分支的外周、遠側部位包括但不限于脾、小腸和大腸。迷走神經還可用氣管內/食管神經刺激器(如美國專利No. 6，735，471所述，在此 全文引入作為參考)、透皮神經刺激器(如美國專利No. 6，721，603所 述，在此全文引入作為參考)或經皮神經刺激器所刺激。在一種實施 方式中，迷走神經在頸區被刺激。在另一種實施方式中，迷走神經在 外周、遠側部位被刺激。在另一種實施方式中，用裝置在腦內刺激迷 走^申經。號來刺激迷走神經。例如，可以使用商品化的迷走神經刺激器，如 Cyberonics NCP ,或是使用電子探針。
適合的迷走神經刺激器的例子(例如)在美國專利Nos. 4/702，254; 5，154，172; 5，231，988; 5，330，507; 6,473,644; 6,721,603; 6，735,471;和美 國專利申請公開文本2004/0193231中記載。以上所有出版物的教導在 此全文引入作為參考。
迷走神經可通過植入式裝置或是患者體外攜帶型裝置來刺激，如 美國專利No. 5,231,988中描述的Cyberonics NCpTM裝置或美國專利 No. 5,330,507中描述的Medtronic 裝置。這兩個專利均描述了采用 連續和/或相性電信號刺激右或左迷走神經的裝置。
一種適合實施本發明的典型電信號發生器的示意圖見圖1。如圖 l所示， 一種典型信號發生器10包括一個電池(或電池組)12,其可 以采用任何傳統的為醫學電子設備提供電能的類型。電池12連接電 壓調節器14。調節器14穩定電池輸出以產生平穩的輸出電壓，還可 根據需要提供電壓倍增或分壓。
調節器13為信號控制器16提供電能。信號控制器16可包含微 處理器。信號控制器16控制該裝置的諸如輸出信號的電流或電壓、 輸出信號頻率、輸出信號脈沖寬度、輸出信號作用時間、輸出信號間 斷時間等功能。控制器16可以被編程為控制每天連續或同期性調節 迷走神經活性的次數，以及輸出信號啟始的延遲時間。這種可編程性 允許按治療方案調整輸出信號。當裝置IO被植入時，可使用內置天線(未示出)使裝置10與體 外編程或監測設備(未示出)能夠聯絡。信號控制器16控制產生所需電信號的驅動器18。輸出信號通過 電極20a和20b施加到患者身體上。可提供分析器22來處理由檢測器24檢測到的患者的各種相關生 理參數如心率或血壓。如上所述，裝置10可在患者體外攜帶或是植入體內。圖2示出 了本發明的一種實施方式，其中信號發生器IO被植入由外科醫生在 患者胸部皮下做成的袋內。適合植入發生器的一個部位是患者胸部， 類似于起博器脈沖發生器的植入，同時將電極20a和20b植入患者頸 部。電極20a和20b可用美國專利No. 4,573,481所述類型的雙極刺激 電極，該專利在此全文引入作為參考。在此實施方式中，電極構成組 件，通過手術將該組件植入患者頸部的迷走神經上。兩個電極圍繞迷 走神經，使用美國專利No. 4,979,511描述的螺旋錨定索將該組件固定 在神經上，該專利在此全文引入作為參考。在結構上，電極組件可以包括兩根鉑絲，分別與環繞迷走神經的 兩個螺旋環之一相連。每個環均包含硅橡膠。另外還設置一個含硅橡 膠的螺旋環將電極組件固定在迷走神經上。螺旋雙極電極的內徑通常 可以是約兩毫米(mm), —個螺旋約七毫米長(沿神經軸測量)。除了可將電^l組件一直入患者頸部，還可將組件植入支配前面所述 的任意器官的迷走神經上。電極20a和20b的植入以與植入頸部基本 相同的方式進4亍。
信號發生器10控制和治療炎癥性疾病的操作將參考圖3所示的 信號波形和參數來描述。該圖為驅動器18發送的輸出信號的理想圖 示。圖3用于解釋電信號參數的各種術語。這些參數包括信號作用時 間、信號間斷時間、信號頻率、信號脈沖寬度、信號電流和信號電壓。 對炎癥性疾病的治療可通過向電才及20a和20b施加電壓并在電極20a 和20b之間產生電流來完成。圖3顯示的脈沖為正電壓或電流的輸出， 而具有負輸出的電信號也是可用的。信號控制器16通過將輸出限定在以上參照圖3所述的參數的適 當范圍從而控制輸出信號。每個參數的范圍可以獨立于任何其他參數 來選擇。此外，還可以選擇任意幾個參數的聯合范圍。下面將提到的 有關控制器參數和參數組合的特定數值的優選實例也適用于公開的 治療方法。信號控制器可以限定信號電壓為約0.01伏至約1伏之間，優選約 0.01伏至約0.1伏，更優選約0.01伏至約0.05伏。信號控制器可以限定信號電流為約1 mA至約100 mA之間，優 選約1 mA至約10 mA,更優選約lmA至約5 mA。在一些實施方式中，信號電壓和信號電流均受控制。在另一些實施方式中，除了 (或者獨立于)控制信號電壓、信號 電流或者共同控制兩者，信號控制器還可以控制選自脈沖寬度、作用 時間和頻率的一個或多個參數。信號控制器可以限定脈沖寬度為約0.1 ms至約5 ms之間，優選約0.1 ms至約1 ms,更優選約0.1 ms至 約0.5 ms。信號控制器可以限定信號作用時間為約1秒至約120秒， 優選約10秒至約60秒，更優選約20秒至約40秒。信號控制器可以 限定信號頻率為約0.1 Hz至約30Hz之間，優選約1 Hz至約30Hz, 更優選約10 Hz至約30 Hz。在另一些實施方式中，除了 (或者獨立于)控制信號電壓和/或信 號電流以及信號寬度、信號頻率和/或信號作用時間，信號控制器還可 控制信號間斷時間。在 一 種實施方式中，受試者可采用 一 個脈沖治療。 在另一些實施方式中，信號控制器可以限定信號間斷時間為5分鐘以
上，優選2小時以上，更優選4小時以上，甚至更優選8小時以上， 再更優選12小時以上。在另一些實施方式中，控制器可以限定信號 間斷時間為約2小時至約48小時之間，優選約4小時至約36小時， 更優選約6小時至約36小時。在另一些優選實施方式中，信號控制 器可以限定信號間斷時間為選自以下的范圍約6至約36小時，約 12至約36小時，約16至約30小時和約20至約28小時。可替代地， 信號間斷時間還可以不限定，因為本領域技術人員可以很容易地確定 兩次連續信號之間期望的時間間隔。如上所述，各種參數均可被單獨或組合地限定在特定范圍之內。 在一個實施例中，信號控制器可如下限定參數的組合信號電壓為約 0.01伏至約1伏；脈沖寬度為約0.1 ms至約5 ms;信號頻率為約O.l Hz至約30Hz;信號作用時間為約1秒至約120秒。信號間斷時間可 不限定。可替代的，也可限定信號間斷時間為約5分鐘以上。在另一 些優選實施方式中，信號控制器可將信號間斷時間限定為選自以下的 范圍約6至約36小時，約12至約36小時，約16至約30小時和 約20至約28小時。在另一個實施例中，信號控制器可如下限定參數的組合信號電 流為約1 mA至約100 mA;脈沖寬度為約0.1 ms至約5 ms;信號頻 率為約0.1 Hz至約30Hz;信號作用時間為約1秒至約120秒。信號 間斷時間可不限定。可替代的，也可限定信號間斷時間為約5分鐘以 上。在另一些優選實施方式中，信號控制器可將信號間斷時間限定為 選自以下的范圍約6至約36小時，約12至約36小時，約16至約 30小時和約20至約28小時。在一個優選實施方式中，信號控制器可如下限定參數的組合信 號電壓為約0.01伏至約0.1伏；脈沖寬度約O.l ms至約l ms;信號 頻率約1Hz至約30Hz;信號作用時間約10秒至約60秒；信號間斷 時間為2小時以上。或者可以不限定信號間斷時間。在另一些優選實約6至約36小時，約12至約36小時，約16至約30小時和約20至 約28小時。可替代的，信號控制器可如下限定參數的組合信號電流為約1 mA至約10 mA;脈沖寬度為約0.1 ms至約1 ms;信號頻率為約1 Hz 至約30 Hz;信號作用時間為約IO秒至約60秒；信號間斷時間為2 小時以上。或者可以不限定信號間斷時間。在另一些優選實施方式中， 信號控制器可以將信號間斷時間限定為選自下列的范圍約6至約36 小時，約12至約36小時，約16至約30小時和約20至約28小時。更優選的是，信號控制器可如下限定參數的組合信號電壓為約 0.01伏至約0.05伏；脈沖寬度為約O.l ms至約0.5 ms;信號頻率為 約10Hz至約30Hz;信號作用時間為約20秒至約40秒；信號間斷 時間為約2小時至約24小時。或者可以不限定信號間斷時間。在另 一些優選實施方式中，信號控制器可以將信號間斷時間限定為選自下 列的范圍約6至約36小時，約12至約36小時，約16至約30小 時和約20至約28小時。在另一些優選實施方式中，信號控制器可從 以下范圍中選擇限定信號間隔時間范圍約從6至36小時，約從l2 至36小時，約從16至30小時和約從20至28小時。可替代的，信號控制器可如下限定參數的組合信號電流為約1 mA至約5 mA;脈沖寬度為約0.1 ms至約0.5 ms;信號頻率為約10 Hz 至約30Hz;信號作用時間為約20秒至約40秒；信號間斷時間為約 2小時至約24小時。或者可以不限定信號間斷時間。在另一些優選實 施方式中，信號控制器可將信號間斷時間限定為選自下列的范圍約 6至約36小時，約12至約36小時，約16至約30小時和約20至約 28小時。本文使用的"治療"包括預防性的和治療性的治療。"預防性治療" 是指在炎癥病癥發作之前預防、抑制或減少其發生。治療性治療是指 治療已經患有炎癥性疾病的受試者。"炎癥性疾病，，通常是由炎性細胞因子級聯介導的，炎性細胞因子 級聯在本文定義為受試者體內從細胞釋放至少 一種促炎性細胞因子， 其中該細胞因子的釋放會影響受試者的生理狀態。產生促炎性細胞因
子的細胞的非限定例子包括單核細胞、巨嗟細胞、嗜中性粒細胞、上 皮細^<、成骨細^^、成纖維細^<、平滑WJ田胞和神經元。本文使用的"細胞因子"是一種可溶性蛋白質或多肽，它由哺乳細 胞天然產生，在微摩爾到皮摩爾的濃度下作為體液調節因子在體內發 揮作用。細胞因子可在正常或病理狀況下調節細力包和組織的功能活 性。促炎性細胞因子是一類能夠引起以下任意與炎癥有關的生理反應的細胞因子血管舒張、充血、伴有水腫的血管滲透性增加、粒細胞 和單核吞噬細胞聚集或纖維蛋白沉積。在一些情況下，促炎性細胞因子還可引起細胞凋亡，如在慢性心力衰竭中，已經證明在該情況下 TNF能刺激心肌細胞凋亡。促炎性細胞因子的非限定例子包括腫瘤壞 死因子(TNF)、白介素(IL) - la、 IL-ip、 IL-6、 IL-8、 IL-18、干 擾素y、 HMG-1、血小板活化因子(PAF)和巨噬細胞遷移抑制因子 (MIF)。在本發明的優選實施方式中，通過膽堿能激動劑治療而抑制 的促炎性細胞因子包括TNF、 IL-1、 IL-6或IL-18,因為以上細胞因 子均為巨噬細胞產生的，并且介導多種重要疾病的有害病癥，例如內 毒素休克、哮喘、類風濕性關節炎、炎癥性膽汁病、心力衰竭和異體 移植排斥。在最優選的實施方式中，促炎性細胞因子為TNF。促炎性細胞因子區別于抗炎性細胞因子如IL-4、 IL-10和IL國13， 后者不是炎癥的介質。在優選實施方式中，抗炎性細胞因子的釋放不 被膽堿能激動劑所抑制。在提到迷走神經刺激對炎癥性疾病的影響時，使用的術語"治 療"、"抑制"、"減少，，或"減輕"表示所治療疾病的相關癥狀至少有很小 4旦可測量的減輕。的治療。在一個方面，該疾病不是腸梗阻、哮喘或嚢性纖維化。在另 一方面，本發明為任何上述裝置在制造用于治療受試者炎癥 性疾病的治療性設備中的用途，其中該該裝置在操作中直接刺激迷走 神經以治療炎癥性疾病。術語"操作"表示在受試者身體上、向受試者 或接近受試者使用或施用裝置時，直接刺激迷走神經以治療炎癥性疾 病。在另一方面，本發明涉及裝置在制造用于治療受試者炎癥性疾病 的治療性設備中的用途，其中單獨地使用該裝置刺激迷走神經以治療 炎癥性疾病。術語"單獨地"包括使用裝置選擇性地治療炎癥性疾病， 其中其他疾病或病癥也可能通過刺激迷走神經而治療。優選的是，使用裝置直接刺激迷走神經不能治療除了炎癥性疾病 以外的其他病癥。在一種實施方式中，可以特定地改變該裝置，以通 過直接刺激迷走神經僅治療炎癥性疾病。病癥可以是炎性細胞因子級聯引起系統性反應的病癥，如膿毒性 休克。可替代的，病癥可以是由局部炎性細胞因子級聯介導的，如類 風濕性關節炎。可應用本發明治療的病癥的非限定例子包括闌尾炎、消化性潰 瘍、胃潰瘍、十二指腸潰瘍、腹膜炎、胰腺炎、潰瘍性結腸炎、假膜 性結腸炎、急性結腸炎、缺血性結腸炎、憩室炎、會厭炎、失弛緩癥、 膽管炎、膽嚢炎、肝炎、克羅恩病、腸炎、惠普爾病、變態反應、過 敏性休克、免疫復合物病、器官缺血、再灌注損傷、器官壞死、花粉 熱、膿毒癥、敗血病、內毒素休克、惡病質、高燒、嗜酸性肉芽腫、 肉芽腫、結節病、膿毒性流產、附睪炎、陰道炎、前列腺炎、尿道炎、支氣管炎、肺氣腫、鼻炎、肺炎、肺塵病、肺泡炎(alvealitis )、細支 氣管炎、咽炎、胸膜炎、竇炎、流行性感冒、呼吸道合胞病毒感染、 HIV感染、乙型肝炎病毒感染、丙型肝炎病毒感染、皰疹病毒感染、 播散性菌血癥、登革熱、念珠菌病、瘧疾、絲蟲病、阿米巴病、水泡 嚢、燒傷、皮炎、皮肌炎、曬傷、蕁麻疹、疣、水皰、血管炎、脈管 炎、心內膜炎、動脈炎、動脈粥樣硬化、血栓性靜脈炎、心包炎、心 肌炎、心肌缺血、結節性動脈周炎、風濕熱、阿爾茨海默病、乳糜泄、 充血性心力衰竭、成人呼吸窘迫綜合癥、腦膜炎、腦炎、多發性硬化 癥、腦梗死、腦栓塞、格林-巴利綜合征、神經炎、神經痛、脊髓損 傷、麻痹、葡萄膜炎、關節炎性皮疹、關節痛、骨髓炎、筋膜炎、佩 吉特病、痛風、牙周病、類風濕性關節炎、滑膜炎、重癥肌無力、曱
狀腺炎、系統性紅斑狼瘡、古德帕斯徹綜合征、貝切特綜合征、異體 移植排斥、移植物抗宿主病、I型糖尿病、強直性脊柱炎、貝格爾病、 萊特爾綜合征和何杰金病。在更優選的實施方式中，病癥是闌尾炎、消化性、胃或十二指腸 潰瘍、腹膜炎、胰腺炎、潰瘍性、假膜性、急性或缺血性結腸炎、肝 炎、克羅恩病、哮喘、變態反應、過敏性休克、器官缺血、再灌注損 傷、器官壞死、花粉熱、膿毒癥、敗血病、內毒素休克、惡病質、膿 毒性流產、播散性菌血癥、燒傷、阿爾茨海默病、乳糜泄、充血性心 力衰竭、成人呼吸窘迫綜合癥、腦梗死、腦栓塞、脊髓損傷、麻痹、 異體移植排斥或移植物抗宿主病。在最優選的實施方式中，病癥為內 毒素休克。在另一些優選實施方式中，病癥是膿毒癥、內毒素休克、異體移 植排斥、類風濕性關節炎、成人呼吸窘迫綜合癥、哮喘、系統性紅斑 狼瘡、胰腺炎、腹膜炎、燒傷、心肌缺血、異體移植排斥、移植物抗 宿主病、充血性心力衰竭、器官缺血、再灌注損傷、惡病質和嚢性纖 維化。在另一些優選實施方式中，病癥是闌尾炎、潰瘍性結腸炎、克羅 恩病、變態反應、再灌注損傷、系統性紅斑狼瘡、肝炎、貝切特綜合 征、多發性硬化癥和動脈粥樣^更化。在另一些優選實施方式中，病癥是內毒素休克和膿毒癥。本發明通過下列非限定性實施例進行說明。實施例實施例1采用減少的刺激強度和持續時間進行迷走神經電刺激足以 活化膽》成能抗炎癥通路。為確定減弱的刺激參數是否可達到抗炎效果，在致死性內毒素血 癥的狀況下，采用逐漸降低的刺激強度和持續時間對完整迷走神經進4亍電刺激。力性8 - 12周BALB/c小鼠(20- 30g; Taconic)在25°C12 小時明/暗循環的環境中飼養。動物在進行實驗操作前至少適應環境7
天。隨意攝取標準小鼠飼料和飲水。所有動物實驗均按照國立衛生研究院(NIH)指南，以北岸-長島猶太研究院的實驗動物管理與使用委 員會(the Institutional Animal Care and Use Committee of the North Shore-Long Island Jewish Research Institute )糸匕準的實馬t方案進4亍。小鼠采用異氟烷(1.5-2.0%)麻醉并仰臥置于操作臺上。沿頸部 腹側中線切開，暴露并分離左頸迷走神經。為進行電刺激，將完整的 迷走神經置于與刺激才莫塊(STM100C, Biopac Systems )相連并受采集 系統(MP150, Biopac Systems )控制的雙才及柏電極(Plastics One )之 間。電刺激參數采用AcqKnowledge軟件(Biopac Systems )編程。刺 激參數包括(100mA, 2ms, 5Hz ) 20 min ( LPS給予前后各10 min )， (100mA, 2ms， 5Hz) 2 min (LPS給予前后各1 min), ( 100mA, 2ms, 5Hz) 30 sec ( LPS給予5 min后)，(lmA， 0.5ms, 30Hz) 30 sec (( LPS 給予5min后)。4叚手術的電VNS小鼠在頸部切開后僅切開頜下唾液 腺。既不被暴露也不被分離迷走神經。內毒素(大腸桿菌LPS 0111:B4; Sigma)以1 mg/ml的貯存濃度 溶于無菌無熱原鹽水，注射小鼠。緊接每次實驗之前LPS溶液均超聲 處理30 min。小鼠按LDso劑量注射LPS (7.5 mg/kg，腹膜內)。LPS 注射后2h收集血液，室溫凝結2h后，然后以2,000 xg離心15 min。 血清樣本在分析前于-20。C保存。小鼠血清TNF濃度采用ELISA (R&D Systems )檢測。如圖5所示，全部四種刺激參數均足以抑制TNF。注射LPS然 后進行假VNS的對照組小鼠的血清TNF平均水平為2755 ± 424 pg/ml。電VNS組小鼠的血清TNF水平分別為20 min ( 712 ± 128 pg/ml,為對照的25.8%, p = 0.02), 2 min ( 688 ± 114 pg/ml,為對照 的25.0%, p = 0.02)， 100 mA作用30 sec (821 ± 378 pg/ml,為對照 的29.8%, p = 0.46), 1 mA作用30 sec ( 767 ± 144 g/ml，為對照的 27.8%, p = 0.03)。 1 mA作用30sec組對應于獲準用于臨床的刺激方 案(REF)。以上結果表明生理、臨床上良好耐受的電刺激參數可激活膽堿能
抗炎癥通路。并且，施加超過生理劑量的電流或延長刺激時間對減少 促炎性細胞因子的產生無任何額外的益處。實施例2電刺激迷走神經介導的TNF抑制的有效半衰期為2至3天。鼠經電刺激30 sec ( lmA， 0.5ms, 30Hz),并在給予LPS之前使其恢復 一定時間。對照小鼠在0時間點進行假手術，并在與刺激組小鼠相同 的時間進行LPS攻擊。四個實^^組的結果顯示于圖5中。VNS與隨 后給予脂多糖(LPS )之間間隔2小時導致TNF #:抑制71 % (對照 =1606 ± 326 pg/ml,與之相比VNS = 474 ±157 pg/ml, p = 0.01 )。 VNS 與給予LPS之間間隔1天導致TNF被抑制72% (對照=2813 ± 503 pg/ml,與之相比VNS = 783 ±87 pg/ml, p = 0.004)。 VNS與纟合予LPS 之間間隔2天導致TNF被抑制44% (對照=1590 ±351 pg/ml,與之 相比VNS = 892 ± 85 pg/ml， p = 0.09 )。最后，間隔3天未導致TNF抑 制(對照=1253 ± 202 pg/ml ，與之相比VNS = 1393 ± 263 pg/ml， p -0.7)。動物在給予LPS兩小時后施以安樂死。以上結果顯示膽堿能抗炎通路的作用持續時間非常長，在刺激后 至少可持續2天。并且，在LPS攻擊之前延遲2小時與延遲1天相比， 其抗炎作用無顯著差異。最后，結果表明在刺激三天后迷走神經刺激 產生的抗炎作用即消失。實施例3電刺激迷走神經可改善膠原誘導關節炎大鼠模型的關節炎 嚴重程度為確定迷走神經刺激是否可減輕膠原誘導關節炎大鼠模型中關 節炎的嚴重程度，大鼠在膠原免疫后，通過植入的電極接受幾天的反 復迷走神經刺激，并對關節炎嚴重程度進行評分。純化的大鼠II型膠原(CII) ( Chondrex， Redmond, WA, USA )溶 于0.01 M醋酸。等體積的膠原溶液和不完全弗氏佐劑(IFA; Difco Laboratories, Detroit, MI)在4。C乳化，使200 pi乳液中含有150Ug大
鼠CII (人kerlund等人，Clinical & Experimental Immunology 1999 115:32-41; Kokkola R等人，Arthritis Rheum. 2003 48:2052-8.)。按每只大鼠200 ^的體積在鼠尾皮內注射進行免疫。發展為慢性破壞性關節 炎，開始發作的平均時間為免疫后14天。采用以前描述的關節炎臨床評分系統(Kokkola R等人，Arthritis Rheum 2003.48(7):2052-2058 )。該評分系統已經證明對于治療性研究 是可靠的和高度辨別性的(人kerlund等人，Clin Exp Immunol 1999， 115:32-41)。每天觀察大鼠關節炎的臨床指征，包括關節的紅斑和胂 脹。趾骨間關節、前爪的掌指關節及腕關節、后爪的跖趾關節及踝關 節各自被看作為一類關節。每只爪按以下標準評為0-4分0 =無累 及，l-累及l型關節，2=累及2型關節，3=累及3型關節，4=累 及3型關節并且有最嚴重的紅斑和腫脹。計算每只大鼠的關節炎指數， 表示為全部爪的累加得分，可能的最高分為16分。兩位觀察人員獨 立進行全部的關節炎評價。并且觀察人員不知道動物的身份。電刺激迷走神經在膠原免疫后(PCID)第13天開始。VNS大鼠 每天一次刺激10min (5 V， l-2mA;0.5msec脈沖；30Hz;交替"開" 30 sec "關"300 sec作用10 min),連續刺激20天(第16天跳過)。 使用均來自Biopac Systems, Inc.的STMISOC刺激適配器、STMIOOC 刺激模塊和MP150數據采集系統產生刺激。在指明時，所有動物均 采用異氟烷吸入氣體(2-4% )麻醉。在手術過程中，通過面罩輸送 系統使動物置于維持麻醉劑量下。異氟烷麻醉起效后，將動物仰臥放 置，在下顎與胸骨之間沿頸部腹側中線切開2cm。切開皮下組織向側 面遷拉。鈍性分離顎唾液腺并向側面遷拉。在胸鎖乳突肌與胸骨舌骨 肌之間分離左迷走神經，并清除臨近的頸動脈，用4-0號絲縫線控制。 使用圍繞迷走神經的多個360度環形包繞，將直徑為0.003英寸的 Teflon包被的銀電極設置在迷走神經上。僅在線末端剝去Teflon以使 對周圍頸部肌肉的電刺激最小化。銀線末端然后繞左頸在皮下穿行至 背側頸部中線。在此部位從皮膚中引出，并與穿過索裝置的刺激電線 相連。
如圖6所示，與對照組和假手術組動物相比，反復電刺激迷走神經可減輕關節炎的臨床指征(根據關節紅斑和胂脹確定)(被刺激的大鼠N=4;假手術N=5;對照N = 3 )。在第16天，接受迷走神 經刺激的大鼠的關節炎評分顯著低于對照和假手術組動物(p<0.05)。 在第19天，接受迷走神經刺激的大鼠的關節炎評分顯著低于假手術 組動物(p<0.05)。以上結果表明反復刺激迷走神經可有效緩解膠原 誘導的關節炎模型的關節炎嚴重程度。雖然參照優選實施方式具體列舉并描述了本發明，但是本領域技 術人員應了解，在不背離附加權利要求書包括的發明范圍的情況下， 可對其形式和細節進行各種改變。
權利要求
1. 一種治療患有炎癥性疾病或具有患炎癥性疾病危險的受試 者的方法，包括用電信號刺激受試者的迷走神經，其中該信號電壓為0.01伏至1伏，條件是該疾病不是腸梗阻、。孝喘或嚢性纖維化。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中信號電壓為0.01伏至0.05伏。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中脈沖寬度為0.1 ms至5 ms; 信號頻率為o.l Hz至30Hz;信號作用時間為1秒至120秒。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中信號電壓為0.01伏至0.05 伏；脈沖寬度為0.1 ms至0.5 ms;信號頻率為10 Hz至30 Hz;信號 作用時間為20秒至40秒。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中所述炎癥性疾病選自闌尾 炎、消化性潰瘍、胃潰瘍、十二指腸潰瘍、腹膜炎、胰腺炎、潰瘍性 結腸炎、假膜性結腸炎、急性結腸炎、缺血性結腸炎、憩室炎、會厭 炎、失弛緩癥、膽管炎、膽嚢炎、肝炎、克羅恩病、腸炎、惠普爾病、 變態反應、過敏性休克、免疫復合物病、器官缺血、再灌注損傷、器 官壞死、花粉熱、膿毒癥、敗血病、內毒素^f木克、惡病質、高燒、嗜 酸性肉芽腫、肉芽腫、結節病、膿毒性流產、附睪炎、陰道炎、前列 腺炎、尿道炎、支氣管炎、肺氣腫、鼻炎、肺炎、肺塵病、肺泡炎、 細支氣管炎、咽炎、胸膜炎、竇炎、流行性感冒、呼吸道合胞病毒感 染、HIV感染、乙型肝炎病毒感染、丙型肝炎病毒感染、播散性菌血 癥、登革熱、念珠菌病、疾疾、絲蟲病、阿米巴病、水泡嚢、燒傷、 皮炎、皮肌炎、曬傷、蕁麻疹、疣、水皰、血管炎、脈管炎、心內膜 炎、動脈炎、動脈粥樣硬化、血栓性靜脈炎、心包炎、心肌炎、心肌 缺血、結節性動脈周炎、風濕熱、阿爾茨海默病、乳糜泄、充血性心 力衰竭、成人呼吸窘迫綜合癥、腦膜炎、腦炎、多發性硬化癥、腦梗 死、腦栓塞、格林-巴利綜合征、神經炎、神經痛、脊髓損傷、麻痹、葡萄膜炎、關節炎性皮疹、關節痛、骨髓炎、筋膜炎、佩吉特病、痛 風、牙周病、類風濕性關節炎、滑膜炎、重癥肌無力、甲狀腺炎、系 統性紅斑狼瘡、古德帕斯徹綜合征、貝切特綜合征、異體移植排斥、 移植物抗宿主病、I型糖尿病、強直性脊柱炎、貝格爾病、萊特爾綜 合4正和<可杰金病。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中所述病癥選自膿毒癥、內毒素休克、異體移植排斥、類風濕性關節炎、成人呼吸窘迫綜合征、 哮喘、系統性紅斑狼瘡、胰腺炎、腹膜炎、燒傷、心肌缺血、異體移 植排斥、移植物抗宿主病、充血性心力衰竭、器官缺血、再灌注損傷、 惡病質和嚢性纖維化。
7. 根據權利要求5所述的方法，其中所述病癥選自闌尾炎、潰 瘍性結腸炎、克羅恩病、變態反應、再灌注損傷、系統性紅斑狼齊、 肝炎、貝切特綜合征、多發性硬化和動脈粥樣硬化。
8. 根據權利要求5所述的方法，其中所述病癥為內毒素休克。
9. 根據權利要求5所述的方法，其中所述病癥為膿毒癥。
10. 根據權利要求5所述的方法，其中所述病癥為闌尾炎。
11. 根據權利要求5所述的方法，其中所述病癥為潰瘍性結腸炎。
12. 根據權利要求5所述的方法，其中所述病癥為克羅恩病。
13. 根據權利要求5所述的方法，其中所述病癥為變態反應。
14. 根據權利要求5所述的方法，其中所述病癥為器官缺血。
15. 根據權利要求5所述的方法，其中所述病癥為再灌注損傷。
16. 根據權利要求5所述的方法，其中所述病癥為異體移植排斥。
17. 根據權利要求5所述的方法，其中所述病癥為移植物抗宿主病。
18. 根據權利要求5所述的方法，其中所述病癥為類風濕性關節炎。
19. 才艮據;f又利要求5所述的方法，其中所述病癥為系統性紅斑《良瘡。
20. 根據權利要求5所述的方法，其中所述病癥為胰腺炎。
21. 根據權利要求5所述的方法，其中所述病癥為腹膜炎。
22. 根據權利要求5所述的方法，其中所述病癥為燒傷。
23. 根據權利要求5所述的方法，其中所述病癥為貝切特病。
24. 根據權利要求5所述的方法，其中所述病癥為多發性硬化。
25. 4艮據權利要求5所述的方法，其中所述病癥為惡病質。
26. 根據權利要求5所述的方法，其中所述病癥為肝炎。
27. 根據權利要求5所述的方法，其中所述病癥為動脈粥樣石更化。
28. 根據權利要求5所述的方法，其中受試者為人。
29. 根據權利要求5所述的方法，其中在外周遠側位置處刺激所 述迷走神經活性。
30. 根據權利要求5所述的方法，其中在頸區刺激所述迷走神經 活性。
31. 根據權利要求5所述的方法，其中刺激神經節或神經節后神 經元。
32. 根據權利要求5所述的方法，其中在腦內刺激迷走神經。
33. 根據權利要求5所述的方法，其中刺激傳出迷走神經。
34. 根據權利要求5所述的方法，其中刺激傳入迷走神經。
35. —種治療患有炎癥性疾病或具有患炎癥性疾病危險的受試 者的方法，包括使用電信號刺激受試者的迷走神經，其中該信號電壓 為0.01伏至1伏，脈沖寬度為0.1 ms至5 ms;信號頻率為0.1 Hz至 30Hz;信號作用時間為1秒至120秒；信號間斷時間為2小時以上。
36. 根據權利要求35所述的方法，其中信號間斷時間為2小時 至24小時。
37. —種用于治療患有炎癥性疾病或具有患炎癥性疾病危險的 受試者的電信號發生器，包括電極組件，用于傳送電信號至受試者的迷走神經；和控制器，通過將信號電壓限定在0.01伏至1伏之間而控制電信號。
38. 根據權利要求37所述的信號發生器，其中信號電壓限定為 0.01伏至0.05伏。
39. 根據權利要求37所述的信號發生器，所述控制器限定脈沖 寬度為0.1ms至5ms;信號頻率為0.1Hz至30Hz;信號作用時間為 1秒至120秒。
40. 根據權利要求37所述的信號發生器，所述控制器限定信號 電壓為0.01伏至0.05伏；脈沖寬度為0.1 ms至0.5 ms;信號頻率為 10Hz至30Hz;信號作用時間為20秒至40秒。
41. 一種用于治療患有炎癥性疾病或具有患炎癥性疾病危險的 受試者的電信號發生器，包括電極組件，用于傳送電信號至受試者的迷走神經；和控制器，通過限定信號電壓為0.01伏至1伏，脈沖寬度為0.1 ms至5ms;信號頻率為0.1 Hz至30 Hz;信號作用時間為1秒至120秒；信號間斷時間為2小時以上，從而控制電信號。
42. 根據權利要求41所述的信號發生器，所述控制器限定信號 間斷時間為2小時至24小時。
43. 電信號發生器在構造醫療裝置中的用途，該醫療裝置用于治 療患有炎癥性疾病或具有患炎癥性疾病危險的受試者，包括電極組件，用于傳送電信號至受試者的迷走神經；和 控制器，通過限定信號電壓為0.01伏至1伏從而控制電信號， 條件是所述病癥不是腸梗阻、哮喘或嚢性纖維化。
44. 根據權利要求43所述的信號發生器的用途，所述控制器限 定信號電壓為0.01伏至0.05伏。
45. 根據權利要求43所述的信號發生器的用途，所述控制器限 定脈沖寬度為0.1ms至5ms;信號頻率為0.1 Hz至30 Hz;信號作用 時間為1秒至120秒。
46. 根據權利要求43所述的信號發生器的用途，所述控制器限 定信號電壓為0.01伏至0.05伏；脈沖寬度為0.1 ms至0.5 ms;信號 頻率為10Hz至30Hz;信號作用時間為20秒至40秒。
47. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中由炎性 細胞因子級聯介導的病癥選自闌尾炎、消化性潰瘍、胃潰瘍、十二指 腸潰瘍、腹膜炎、胰腺炎、潰瘍性結腸炎、假膜性結腸炎、急性結腸 炎、缺血性結腸炎、憩室炎、會厭炎、失弛緩癥、膽管炎、膽嚢炎、 肝炎、克羅恩病、腸炎、惠普爾病、變態反應、過敏性休克、免疫復 合物病、器官缺血、再灌注損傷、器官壞死、花粉熱、膿毒癥、敗血 病、內毒素休克、惡病質、高燒、嗜酸性肉芽腫、肉芽腫、結節病、 膿毒性流產、附睪炎、陰道炎、前列腺炎、尿道炎、支氣管炎、肺氣 腫、鼻炎、肺炎、肺塵病、肺泡炎、細支氣管炎、咽炎、胸膜炎、竇炎、流行性感冒、呼吸道合胞病毒感染、HIV感染、乙型肝炎病毒感染、丙型肝炎病毒感染、播散性菌血癥、登革熱、念珠菌病、癡疾、 絲蟲病、阿米巴病、水泡嚢、燒傷、皮炎、皮肌炎、曬傷、蕁麻滲、 疣、水皰、血管炎、脈管炎、心內膜炎、動脈炎、動脈粥樣;更化、血 栓性靜脈炎、心包炎、心肌炎、心肌缺血、結節性動脈周炎、風濕熱、 阿爾茨海默病、乳糜泄、充血性心力衰竭、成人呼吸窘迫綜合癥、腦 膜炎、腦炎、多發性硬化癥、腦梗死、腦栓塞、格林-巴利綜合征、 神經炎、神經痛、脊髓損傷、麻痹、葡萄膜炎、關節炎性皮滲、關節 痛、骨髓炎、筋膜炎、佩吉特病、痛風、牙周病、類風濕性關節炎、 滑膜炎、重癥肌無力、曱狀腺炎、系統性紅斑狼瘡、古德帕斯徹綜合 征、貝切特綜合征、異體移植排斥、移植物抗宿主病、I型糖尿病、 強直性脊柱炎、貝格爾病、萊特爾綜合征和何杰金病。
48. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥選自膿毒癥、內毒素休克、異體移植排斥、類風濕性關節炎、成人 呼吸窘迫綜合癥、哮喘、系統性紅斑狼瘡、胰腺炎、腹膜炎、燒傷、 心肌缺血、異體移植排斥、移植物抗宿主病、充血性心力衰竭、器官 缺血、再灌注損傷、惡病質和嚢性纖維化。
49. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥選自闌尾炎、潰瘍性結腸炎、克羅恩病、變態反應、再灌注損傷、 系統性紅斑狼瘡、肝炎、貝切特綜合征、多發性硬化癥和動脈粥樣硬 化。
50. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥為內毒素休克。
51. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥為膿毒癥。
52. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥為闌尾炎。
53. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥為潰瘍性結腸炎。
54. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥為克羅恩病。
55. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥為變態反應。
56. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥為器官缺血。
57. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥為再灌注損傷。
58. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥為異體移植排斥。
59. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥為移才直物抗宿主病。
60. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥為類風濕性關節炎。
61. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥為系統性紅斑《良癡。
62. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途、其中所述病 癥為胰腺炎。 ，
63. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥為腹膜炎。
64. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥為燒傷。
65. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥為貝切4爭病。
66. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥為多發性硬化。
67. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥為惡病質。
68. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥為肝炎。
69. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中所述病 癥為動脈粥樣硬化。
70. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中受試者 為人。
71. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中在外周 遠側位置處刺激所述迷走神經活性。
72. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中在頸區 刺激所述迷走神經活性。
73. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中刺激神 經節或神經節后神經元。
74. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中在腦內 刺激迷走神經。
75. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中刺激傳 出迷走神經。
76. 根據權利要求43所述的電信號發生器的用途，其中刺激傳 入迷走神經。
77. 根據權利要求43所述的電信號發生器在制造用于治療受試 者炎癥性疾病的治療性裝置中的用途，其中該裝置在操作中直接刺激 迷走一申經以治療炎癥性疾病。
78. 根據權利要求43所述的電信號發生器在制造用于治療受試 者炎癥性疾病的治療性裝置中的用途，其中單獨地使用該裝置刺激迷 走神經以治療炎癥性疾病。
79. 電信號發生器在構造醫療裝置中的用途，該醫療裝置用于治 療患有炎癥性疾病或具有患炎癥性疾病危險的受試者，包括控制器，通過限定信號電壓為0.01伏至1伏，脈沖寬度為0.1 ms 至5ms;信號頻率為0.1 Hz至30 Hz;信號作用時間為1秒至120秒； 信號間斷時間為2小時以上，從而控制電信號。
80. 根據權利要求79所述的用途，所述控制器限定信號間斷時 間為2小時至24小時。
81. 根據權利要求79所述的電信號發生器在制造用于治療受試 者炎癥性疾病的治療性裝置中的用途，其中該裝置在操作中直接刺激 迷走神經以治療炎癥性疾病。
82. 根據權利要求7 9所述的電信號發生器在制造用于治療受試 者炎癥性疾病的治療性裝置中的用途，其中單獨地使用該裝置刺激迷 走神經以治療炎癥性疾病。
全文摘要
本發明提供一種方法和裝置，其通過以足以抑制炎性細胞因子級聯的量電刺激迷走神經活性，治療患有由炎性細胞因子級聯介導的病癥或者具有該病癥危險的患者。
文檔編號A61N1/36GK101124012SQ200580048379
公開日2008年2月13日 申請日期2005年6月22日 優先權日2004年12月27日
發明者J·M·休斯頓, K·J·特蕾西 申請人:范因斯坦醫學研究院