電刺激迷走神經(jīng)對蟾蜍心率和心率變異的影響*

王 洋，李亙松

(中國醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)教研室，遼寧 沈陽 110001)

心率變異性(heart rate variability，HRV)是指在竇性心律的一定時間內(nèi)，逐次心動周期之間的時間變異度[1]。HRV正在被臨床廣泛應(yīng)用為疾病的診斷、治療和預(yù)后的指標(biāo)，但是對其產(chǎn)生的理論基礎(chǔ)、生理意義仍然不十分清楚。本實驗以蟾蜍為實驗對象，電刺激迷走交感干，觀察不同頻率的迷走神經(jīng)刺激對蟾蜍離體心臟的心率(heart rate，HR)及HRV的影響。

1 材料與方法

1.1 試劑和儀器

酚妥拉明(phentolamine，Phe)和普萘洛爾(propranolol，Pro)購自Sigma公司。PowerLab/4ST生物信號采集系統(tǒng)(ADInstruments公司生產(chǎn))，DELL計算機(jī)系統(tǒng)，電刺激器(NIHON KOHDEN，SEN-3201)，隔離器(NIHON KOHDEN，SS-102J)，隔離刺激電極，四腔器官浴槽系統(tǒng)(成都儀器廠)，LA204電子天平(百靈天平儀器有限公司)。

1.2 動物和分組

中華蟾蜍20只，體重35～50g，由中國醫(yī)科大學(xué)實驗動物中心供應(yīng)。實驗時蟾蜍隨機(jī)分成兩組(n=10):對照組(control)和給藥組(P+P)。

1.3 實驗方法

將動物制作成離體心臟-神經(jīng)標(biāo)本，心臟固定在四腔器官浴槽系統(tǒng)內(nèi)，神經(jīng)置于刺激器電極上，開始記錄心電圖。對照組的離體心臟始終用任氏液灌流，給藥組離體心臟先用任氏液灌流40min，然后用含酚妥拉明(1.5μmol/L)和普萘洛爾(1.5μmol/L)的任氏液持續(xù)灌流。對照組術(shù)后80min、給藥組給藥后40min進(jìn)行電刺激，電刺激由電刺激器經(jīng)隔離器給出，刺激參數(shù)為 5 V、2 ms，頻率分別為 0.2 Hz、0.4 Hz、0.6 Hz、0.8 Hz。每個頻率刺激 10min，各頻率間間歇10min，順序隨機(jī)。室溫(24±2)℃，濕度55%±5%，所有心電圖數(shù)據(jù)采集均在上午9∶30之后進(jìn)行。

1.4 數(shù)據(jù)處理和檢測指標(biāo)

選出心臟離體30min后、給藥30min后(對照組離體70min后)、電刺激時和電刺激后完整無干擾的HR穩(wěn)定的連續(xù)5 min ECG，用HRV分析軟件進(jìn)行分析，得出指標(biāo)HR、全部正常心動周期的標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation of all R-R intervals，SDNN)、相鄰正常心動周期差值的均方根(the square root of the mean of the sum of the squares of differences between adjacent RR intervals，RMSSD)、高頻(high frequencies，HF)、低頻(low frequencies，LF)及低頻/高頻比值(LF/HF)。

1.5 統(tǒng)計處理

用SPSS軟件對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理，實驗數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差()表示。兩組數(shù)據(jù)間的差異采用 t檢驗，多組間比較采用one-way ANOVA方差分析組間q檢驗。

2 結(jié)果

2.1 刺激前HRV各項指標(biāo)變化

給藥組與給藥前相比，HR顯著降低(P＜0.01)，SDNN和RMSSD升高(P＜0.05)，HF顯著升高(P＜0.01)，LF、LF/HF降低(P＜0.05)。對照組與給藥組保持了相同的時間延續(xù)，心臟離體70min后與離體30min后相比HR有下降趨勢，但無統(tǒng)計學(xué)意義(P ＞0.05)，SDNN 、RMSSD、HF、LF和 LF/HF變化均不明顯(P＞0.05，表1)。

Tab.1 Results of HRV before stimulation in group P+P and control(，n=10)

Tab.1 Results of HRV before stimulation in group P+P and control(，n=10)

HR:Heart rate;SDNN:Standard diviationof all R-R intervals;R MSSD:The sguare root of the meanof the sumof the squares of differences between adjacent RR intervals;LF:Low frequencies;HF:High frequencies*P＜0.05，**P＜0.01 vs before medicine

Group Time HR(beats/min) SDNN(ms) R MSSD(ms) LF(n.u) HF(n.u) LF/HF Control 30min after surgery 35.09±6.50 19.59±5.71 2.69±1.88 69.77±17.24 21.72±15.62 3.82±1.7770min after surgery 34.41±6.85 18.39±6.19 2.14±1.16 74.47±10.37 18.49±7.77 4.66±1.89 P+P Before medicine 34.71±6.72 23.55±5.49 4.53±1.86 71.88±21.51 20.49±15.51 3.27±2.22 After medicine 27.84±4.94** 26.51±6.80* 6.24±3.05* 59.19±21.12*25.79±16.36**2.33±2.05*

2.2 對照組HRV各項指標(biāo)變化

以不同頻率刺激神經(jīng)，對照組HR明顯降低(P＜0.05)，但各頻率水平之間沒有差異;刺激停止后HR逐漸恢復(fù)，恢復(fù)平穩(wěn)時間為(31.27±11.94)s。SDNN在0.4 Hz時明顯升高(P＜0.05)，0.6 Hz和0.8 Hz時變化顯著(P＜0.01)，RMSSD在各頻率水平均顯著升高(P＜0.01)，SDNN和RMSSD各頻率之間沒有差異。HF在0.6 Hz時明顯升高(P＜0.05)，其它頻率均顯著升高(P＜0.01)，各頻率之間沒有差異。LF/HF在刺激時各頻率均明顯降低;0.2 Hz與0.8 Hz之間差異顯著。刺激停止后，各指標(biāo)與刺激前相比沒有差異(表2)。

2.3 給藥組HRV各指標(biāo)變化

隨著刺激頻率水平的增加，給藥劑組HR顯著降低(P ＜0.01)，0.2 Hz與0.6 Hz之間、0.2 Hz與0.8 Hz之間、0.4與0.8之間HR差異顯著(P＜0.05);刺激停止后HR逐漸恢復(fù)，恢復(fù)平穩(wěn)時間為(34.11±12.42)s。SDNN和 RMSSD在各頻率水平均顯著升高(P＜0.01)，各頻率之間沒有差異。HF在0.2 Hz刺激時變化顯著(P＜0.01)，0.4 Hz時變化明顯(P＜0.05)，0.6 Hz和0.8Hz時變化不明顯;0.2 Hz與0.8 Hz之間差異顯著。LF/HF在0.2 Hz刺激時明顯降低(P＜0.05)，0.8 Hz時LF/HF為2.27±1.23，與給藥后LF/HF接近;0.2Hz與0.8 Hz之間差異顯著。刺激停止后，各指標(biāo)與刺激前相比都有升高，但無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05，表3)。

Tab.2 Results of HRV in group control(，n=10)

Tab.2 Results of HRV in group control(，n=10)

*P＜0.05，**P＜0.01 vs 0Hz;#P＜0.05 vs 0.2 Hz on stimulate

Frequency(Hz)Stimulate HR(beats/min) SDNN(ms) RMSSD(ms) HF(n.u) LF/HF 0off 34.41±6.85 18.39±6.19 2.14±1.16 17.49±8.80 4.66±1.890.2 on 29.93±5.90* 23.99±7.35 16.98±5.99** 50.78±17.77** 0.64±0.35**off 31.40±8.03 14.52±4.94 3.02±1.77 14.91±10.67 4.82±2.410.4 on 29.06±6.59* 27.82±11.23* 13.42±4.81** 41.86±23.15** 1.63±0.98**off 31.51±7.38 13.90±7.55 3.84±2.87 28.63±18.76 3.04±2.150.6 on 28.01±6.34* 29.96±14.74** 16.49±12.14** 39.62±20.68* 2.20±0.95**off 30.21±6.49 15.03±10.78 3.35±2.61 29.18±18.22 3.31±1.830.8 on 26.30±7.48* 32.26±14.70** 16.34±7.83** 46.45±36.93** 2.62±2.85*#off 30.71±7.63 17.74±7.50 3.75±3.01 22.01±8.60 3.64±1.65

對照組和給藥組的時域指標(biāo)比較見圖1。

Tab.3 Results of HRV during stimulation in group P+P(，n=10)

Tab.3 Results of HRV during stimulation in group P+P(，n=10)

*P＜0.05，**P＜0.01 vs 0Hz;#P＜0.05 vs 0.2Hz on stimulate;△P＜0.05 vs 0.8 Hz on stimulate

Frequency(Hz)Stimulate HR(beats/min) SDNN(ms) RMSSD(ms) HF(n.u) LF/HF 0off 27.84±4.94 26.51±6.80 6.24±3.05 25.79±16.36 2.33±2.050.2 on 23.55±3.93**△ 80.67±8.07** 73.24±42.62** 59.49±20.93** 0.51±0.49*△off 25.28±4.51 29.71±8.21 10.13±10.04 38.26±27.06 2.92±2.900.4 on 22.63±4.18**△ 77.80±14.75** 63.87±34.64** 45.29±38.56* 0.85±0.51 off 24.68±3.98 29.27±7.61 11.08±9.86 41.82±33.30 2.76±3.010.6 on 19.30±4.18**# 78.89±16.02** 65.89±40.96** 43.75±17.05 1.47±1.29 off 23.75±4.73 28.54±6.77 13.36±10.62 37.73±29.60 3.14±3.100.8 on 15.57±6.90**# 84.96±12.28** 78.65±66.85** 23.87±18.78# 2.27±1.23#off 25.16±5.05 30.26±5.86 10.18±6.85 38.94±20.87 2.48±2.59

Fig.1 Changes of RMSSD and SDNN in group control and group P+P

3 討論

眾所周知，刺激迷走神經(jīng)時心率降低。右側(cè)迷走神經(jīng)對竇房結(jié)的影響占優(yōu)勢，左側(cè)迷走神經(jīng)對房室交界的作用占優(yōu)勢，對迷走神經(jīng)負(fù)性變時作用的研究也表明右側(cè)迷走神經(jīng)起著主要作用[2，3]。因此在本實驗中，采用了右側(cè)迷走神經(jīng)進(jìn)行電刺激。在HRV指標(biāo)中，SDNN代表了HRV的總和，包含了各種頻率成分，反映了交感和副交感神經(jīng)的活動;RMSSD與頻域指標(biāo)中HF相關(guān)，主要反映副交感神經(jīng)活動;LF受交感和副交感神經(jīng)系統(tǒng)控制，而LF/HF則代表了交感迷走神經(jīng)的平衡狀態(tài)[4]。給藥組離體心臟在用含有酚妥拉明和普奈洛爾的任氏液灌流后，HR、LF 和 LF/HF 明顯降低，SDNN、RMSSD 和HF明顯升高，表明酚妥拉明和普奈洛爾已經(jīng)阻斷了交感神經(jīng)作用。實驗中在與給藥組相同的時間點(diǎn)上，對照組也作了相同的指標(biāo)分析，沒有發(fā)現(xiàn)各指標(biāo)的明顯變化，表明給藥組指標(biāo)的變化不是時間因素造成的。

在體內(nèi)環(huán)境下，交感神經(jīng)興奮使心率加快，迷走神經(jīng)興奮使心率減慢，瞬時心率是二者正負(fù)作用的凈效應(yīng)，在安靜條件下，迷走神經(jīng)及交感神經(jīng)均參與對心率的影響，而以迷走神經(jīng)占優(yōu)勢。電刺激時，交感迷走失衡，對照組和給藥組HR和HRV都發(fā)生了變化。對照組HR在各個頻率水平均降低，但各水平間沒有差異，而在給藥組，由于阻斷了交感神經(jīng)作用，0.2 Hz與 0.6 Hz之間、0.2 Hz與0.8 Hz之間、0.4 Hz與0.8 Hz之間HR差異顯著;兩組相比，后者下降速度明顯快于前者，表明在本實驗使用的頻率范圍內(nèi)，電刺激頻率越大，迷走神經(jīng)對心率的作用越強(qiáng)，心率也就越低。

SDNN和RMSSD在對照組和給藥組電刺激時均升高。由于給藥組在刺激前交感神經(jīng)被抑制，迷走神經(jīng)占優(yōu)勢，使得RMSSD在刺激前就高于對照組，如圖1，電刺激時給藥組的升高幅度明顯高于對照組。但是各個刺激頻率水平之間，SDNN和RMSSD并沒有明顯差異。這與Bailry對狗的HRV分析實驗[5]中的結(jié)果一致，頻率變化對HRV時域指標(biāo)的影響較小，推測在缺失完整的心臟自主神經(jīng)活動調(diào)控的條件下，HRV時域指標(biāo)的簡單測量不能準(zhǔn)確地定量測量迷走神經(jīng)緊張性。

從表3可見，對照組中，刺激迷走神經(jīng)時，HF明顯升高，但是由于交感神經(jīng)調(diào)節(jié)的存在，不同頻率水平的電刺激之間HF沒有明顯差異。給藥組HF在0.2 Hz和0.4Hz時明顯升高，0.6Hz和0.8 Hz時變化不明顯。相對應(yīng)的，LF/HF也是類似的變化。這些結(jié)果表明，交感神經(jīng)在心率變異調(diào)節(jié)中具有重要作用。另外，HF和LF/HF的變化，沒有像HR那樣隨著刺激頻率的增加下降速度加快，而是在刺激頻率較低時，表現(xiàn)出較高的HF和較低的LF/HF，說明在沒有交感神經(jīng)調(diào)節(jié)條件下的迷走神經(jīng)對心率和心率變異的調(diào)節(jié)可能存在不同的機(jī)制。

由于蟾蜍屬于變溫動物，體溫較低，Courtice[6]等認(rèn)為高頻刺激沿神經(jīng)傳遞可能并不可靠。研究迷走神經(jīng)變時性效應(yīng)時，Preston[7]等采用的電刺激頻率是0.2～1 Hz。高頻刺激迷走神經(jīng)，心臟會出現(xiàn)房室傳導(dǎo)阻滯現(xiàn)象。在本實驗中，即使低頻刺激也有房室傳導(dǎo)阻滯現(xiàn)象出現(xiàn)，給藥組有5例，對照組有2例，這與迷走神經(jīng)對心臟的負(fù)性變傳導(dǎo)作用有關(guān)。有研究[8，9，10]表明HRV 的頻域分析能較好地反映自主神經(jīng)系統(tǒng)的功能，但是對于高低頻之間界限的劃分，仍然沒有充分的理論依據(jù)。在本實驗中，以0～0.02 Hz作為VLF頻段，以 0.02～0.08 Hz作為 LF頻段，以0.08～0.2 Hz作為HF頻段，實驗結(jié)果 LF、HF和LF/HF的變化符合迷走神經(jīng)和交感神經(jīng)的變化，但是對于HRV頻域頻段的劃分還有待進(jìn)一步研究探討。

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