體位改變對Beagle犬心臟自主神經(jīng)控制的影響

潘永明，陳 亮，何 歡，徐孝平，陳民利

（浙江中醫(yī)藥大學(xué)動物實驗研究中心/比較醫(yī)學(xué)研究中心，杭州 310053）

近年來遙測技術(shù)的應(yīng)用，給動物生理學(xué)研究帶來了新的技術(shù)方法，解決了由于環(huán)境刺激、實驗操作等所引起的倫理學(xué)問題，而無創(chuàng)生理信號遙測技術(shù)由于其無創(chuàng)性、信號穩(wěn)定、能長時程的記錄，因而在動物生理、運輸應(yīng)激評估中而被廣泛應(yīng)用［1，2］。一般來說，心臟的變化情況經(jīng)常被用來判斷動物心理-生理學(xué)改變的指標(biāo)，如應(yīng)激水平的增加導(dǎo)致心率的加快等［3，4］。但自主神經(jīng)系統(tǒng)對心率的調(diào)控作用最為顯著，當(dāng)處于運動、緊張、恐懼或激動時，由于交感神經(jīng)興奮，導(dǎo)致心率的加快。相反，在安靜狀態(tài)下，由于迷走神經(jīng)興奮，引起心率減慢。臨床研究表明，人們體位改變會引起心率的變化［5，6］；且發(fā)現(xiàn)心率變異性（Heart rate variability，HRV）的不同成份可作為交感和副交感神經(jīng)活動無創(chuàng)性的獨立指標(biāo)［7］，其中高頻成分（HF，high frequency）受迷走神經(jīng)的影響，可反映副交感神經(jīng)的活動［8］，低頻成分（low frequency，LF）可反映交感神經(jīng)的活動［9］，而 VLF目前認(rèn)為可能受溫度調(diào)節(jié)過程以及激素對腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)的影響［10］，其確切的生理意義尚未清楚，LF/HF比值則反映交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的均衡性。但目前不同體位姿勢對動物心臟自主神經(jīng)控制的研究甚少，需要了解動物心電圖監(jiān)測時采取何種體位姿勢，確保降低研究結(jié)果的影響因素。為此，本文利用大動物無創(chuàng)生理信號遙測技術(shù)，研究體位改變對 Beagle犬心臟自主神經(jīng)控制的影響，為規(guī)范動物實驗操作和提高動物福利提供實驗依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 實驗動物

普通級Beagle犬，體重10～12 kg，雌性，6只，由嘉興市嘉安實驗動物養(yǎng)殖有限公司提供［SCXK（浙）2003-0007］，飼養(yǎng)于浙江中醫(yī)藥大學(xué)動物實驗研究中心［SYXK（浙）2008-0116］，環(huán)境溫度為（22±2）℃，相對濕度為40％ ～65％。飼喂普通營養(yǎng)顆粒飼料和自由飲水，12 h/12 h明暗交替。

1.2 主要儀器

EMKA大動物無創(chuàng)生理信號遙測系統(tǒng)，法國EMKA公司生產(chǎn)。

1.3 方法

1.3.1 操作順序：所有犬在適應(yīng)性飼養(yǎng)期間進行不同體位姿勢訓(xùn)練和安撫訓(xùn)練，并觀察一般情況，2周后無異常者進行實驗。按文獻［1］的方法建立Beagle犬心電遙測技術(shù)，監(jiān)測不同體位下Beagle犬Ⅱ?qū)?lián)的心電圖，體位改變順序：先監(jiān)測靜態(tài)姿勢依次為［俯臥（lying）— 四肢站立（standing）— 坐立（sitting）— 固定架懸掛（hanging）］，最后監(jiān)測運動狀態(tài)下走路（walking）姿勢，每種姿勢待穩(wěn)定后監(jiān)測5 m in以上的心電圖，隨后繼續(xù)觀察下一種姿勢。1.3.2 HRV參數(shù)分析：將每種體位姿勢下的心電圖導(dǎo)入EMKA“ECG-Auto”V2.6.0.10軟件中，進行自動化分析RR間期和心率變異性。時域分析指標(biāo)以RR間期的標(biāo)準(zhǔn)差SDNN（SDNNRR間期的標(biāo)準(zhǔn)差）、相鄰RR間期差值平方和的均方根RMSSD （RMSSD相鄰 RR間期差值平方和的均方根）、相鄰R-R間期差值＞50 ms的竇性個數(shù)占心搏總數(shù)的百分比pNN50（pNN50相鄰R-R間期差值＞50 ms的竇性個數(shù)占心搏總數(shù)的百分比）表示；按文獻［11］采用FFT功率譜分析，獲取總功率（TP）、極低頻功率（VLF）、低頻功率（LF）和高頻功率（HF），進行Ln化，同時對LF和HF進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，計算LF/HF平衡指數(shù)。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 體位改變對Beagle犬心率變異性時域分析指標(biāo)的影響

與俯臥姿勢比，俯臥姿勢下Beagle犬RR間期、RMSSD、pNNabs（50）均明顯高于站立姿勢（P＜0.05，P＜0.01），同時RR間期亦顯著高于懸掛姿勢（P＜0.05）；另外，站立姿勢下 Beagle犬 pNNabs （50）亦明顯低于懸掛姿勢（P＜0.05）；與運動狀態(tài)走路姿勢比，走路姿勢下Beagle犬RR間期、SDNN、RMSSD和pNNabs（50）均低于各種靜態(tài)體位姿勢，其中與俯臥姿勢下 SDNN、RMSSD、pNNabs（50）指標(biāo)和站立姿勢下SDNN和pNNabs（50）指標(biāo)以及坐立姿勢下RMSSD和pNNabs（50）指標(biāo)均差異顯著（P＜0.05，P＜0.01），且走路姿勢下Beagle犬 RR間期、RMSSD和pNNabs（50）亦明顯低于懸掛姿勢（P＜0.05，P＜0.01）；見表1。

表1 體位改變對Beagle犬心率變異性時域分析指標(biāo)的影響（±s，n=6）Tab.1 Effect of postural changes on HRV time-dominate analysis indexes in the Beagle dogs（±s，n=6）

表1 體位改變對Beagle犬心率變異性時域分析指標(biāo)的影響（±s，n=6）Tab.1 Effect of postural changes on HRV time-dominate analysis indexes in the Beagle dogs（±s，n=6）

注：與俯臥比：a P＜0.05，aa P＜0.01；與站立比：b P＜0.05，bb P＜0.01；與坐立比：c P＜0.05，cc P＜0.01；與懸掛比：d P＜0.05，dd P＜0.01；與走路比：e P＜0.05，ee P＜0.01。Note：Compared with lying state：a P＜0.05，aa P＜0.01；Compared with standing state：b P＜0.05，bb P＜0.01；Compared with sitting state：c P＜0.05，cc P＜0.01；Compared with hanging state：d P＜0.05，dd P＜0.01；Compared with walking state：e P＜0.05，ee P＜0.01.

姿勢（Posture） RR間期（RRI） （ms） RR間期的標(biāo)準(zhǔn)差（SDNN）（ms）相鄰RR間期差值平方和的均方根（RMSSD）（ms）相鄰R-R間期差值＞50 ms的竇性個數(shù)占心搏總數(shù)的百分比［pNNabs（50）］俯臥Lying 564.2±53.1bdee 82.4±17.9ee 108.5±31.6bbee 51.5±13.6bee站立Standing 473.9±54.3a 73.0±16.7e 60.4±19.4aa 30.6±12.5ade坐立Sitting 514.8±34.4ee 70.0±8.6 83.8±28.2e 41.6±18.1ee懸掛Hanging 500.2±40.9aee 67.3±9.4 83.4±25.2e 47.4±13.6bee走路Walking 423.7±32.7aaccdd 58.1±4.6ab 53.3±6.0aacd 24.2±4.6aabccdd

2.2 體位改變對 Beagle犬HRV頻域分析指標(biāo)的影響

與俯臥姿勢比，俯臥姿勢下Beagle犬HR顯著低于站立姿勢（P＜0.05），Ln（TP）、Ln（VLF）均明顯高于站立姿勢（P＜0.01）；同時，俯臥姿勢下Beagle犬HR、LFnorm和LF/HF均明顯低于懸掛姿勢（P＜0.05），Ln（TP）、Ln（VLF）、HFnorm均明顯高于懸掛姿勢（P＜0.05）；且俯臥姿勢下 Beagle犬Ln（VLF）亦顯著高于坐立姿勢（P＜0.05）；與運動狀態(tài)走路姿勢比，走路姿勢下Beagle犬HR明顯高于俯臥、站立和懸掛姿勢（P＜0.01），Ln（TP）、Ln （VLF）和Ln（HF）則明顯低于俯臥、站立、坐立和懸掛姿勢（P＜0.05，P＜0.01），另外，走路姿勢下Beagle犬LFnorm和LF/HF均顯著高于各種靜態(tài)姿勢（P＜0.01），同時HFnorm亦明顯低于各種靜態(tài)姿勢（P＜0.01）；見表2。

2.3 體位改變引起HR與LF、HF及LF/HF及其LF與HF的相關(guān)性

體位姿勢改變引起的HR變化與LF無明顯相關(guān)，而與HF及LF/HF密切相關(guān)（P＜0.01），且LF與HF之間有著密切的正相關(guān)（P＜0.01）；見圖1。

表2 體位改變對Beagle犬HRV頻域分析指標(biāo)的影響 （±s，n=6）Tab.2 Effect of postural changes on HRV frequency-dominate analysis indexes in the Beagle dogs（±s，n=6）

表2 體位改變對Beagle犬HRV頻域分析指標(biāo)的影響 （±s，n=6）Tab.2 Effect of postural changes on HRV frequency-dominate analysis indexes in the Beagle dogs（±s，n=6）

注：與俯臥比：a P＜0.05，aa P＜0.01；與站立比：b P＜0.05，bb P＜0.01；與坐立比：c P＜0.05，cc P＜0.01；與懸掛比：d P＜0.05，dd P＜0.01；與走路比：e P＜0.05，ee P＜0.01。Note：Compared with lying state：a P＜0.05，aa P＜0.01；Compared with standing state：b P＜0.05，bb P＜0.01；Compared with sitting state：c P＜0.05，cc P＜0.01；Compared with hanging state：d P＜0.05，dd P＜0.01；Compared with walking state：e P＜0.05，ee P＜0.01.

姿勢Posture心率（HR） （bpm）總功率Ln （TP）［ms2/Hz］極低頻功率Ln（VLF）［ms2/Hz］低頻功率Ln （LF）［ms2/Hz］高頻功率Ln （HF）［ms2/Hz］標(biāo)準(zhǔn)化低頻功率（LF norm） （nu）標(biāo)準(zhǔn)化高頻功率（HF norm） （nu）低頻功率/高頻功率（LF/HF）俯臥Lying 107.1±9.8bdee 10.50±0.20bbdee 10.48±0.19bbdee 5.20±0.49 6.46±0.60ee 23.00±7.80dee 77.00±7.80dee 0.31±0.15dee站立Standing 128.0±14.3a 10.13±0.29aae 10.10±0.29aae 5.10±0.57 5.99±0.65ee 29.54±8.28ee 70.46±8.28ee 0.44±0.18ee坐立Sitting 117.0±7.8ee 10.29±0.14ee 10.26±0.13ee 5.26±0.42 6.29±0.53ee 27.52±10.43ee 72.48±10.43ee 0.40±0.21ee懸掛Hanging 120.6±10.2aee 10.23±0.16aee 10.21±0.16aee 5.34±0.24 6.06±0.43ee 32.97±5.79aee 67.03±5.79aee 0.50±0.13aee走路Walking 142.3±10.9aaccdd 9.88±0.20aabccdd 9.86±0.20aabccdd 5.34±0.71 4.75±1.02aabbccdd 63.94±9.21aabbccdd 36.07±9.21aabbccdd 1.91±0.66aabbccdd

圖1 體位改變引起HR與LF，HF及LF/HF的相關(guān)性及其LF與HF的相關(guān)性Fig.1 Linear regression of postural changes-induced HR with LF，HF，LF/HF and LF with HF in the Beagle dogs

3 討論

近年來，臨床研究表明體位改變對孕婦胎兒臍動脈血流、胎兒位置異常和婦科腹腔鏡手術(shù)時氣管插管均有明顯的影響［12-14］，也有研究顯示因女性的血容量比較大，體位改變對女性的病理生理指標(biāo)與男性比亦有所差異［15］。故體位改變對女性的影響較大并受到研究者的關(guān)注。且目前生理遙測技術(shù)在監(jiān)測清醒、自由活動狀態(tài)下的動物生理行為的優(yōu)勢日益明顯，且通過連續(xù)心電圖監(jiān)測和HRV分析能有效評估動物的自主神經(jīng)功能，獲取動物心臟自主神經(jīng)控制有效的心血管參數(shù)［16，17］。本文利用EMKA大動物無創(chuàng)生理信號遙測系統(tǒng)，研究了體位改變對雌性Beagle犬心臟自主神經(jīng)功能的影響，結(jié)果表明Beagle犬體位改變能引起心率的明顯改變，與國外學(xué)者的研究結(jié)果一致［5，6］，其心率快慢依次為walking＞standing＞hanging＞Sitting＞lying，進一步提示體位姿勢改變可影響心臟的活動，且采用俯臥、坐立姿勢對心率的影響較少。

最近研究表明［18］，人體心率的調(diào)節(jié)方式主要包括神經(jīng)調(diào)節(jié)、體液調(diào)節(jié)和自身調(diào)節(jié)三種，發(fā)現(xiàn)長時間的人體心率調(diào)節(jié)依賴于兒茶酚胺、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)等體液調(diào)節(jié)，而短時間的心率調(diào)節(jié)依賴于自主神經(jīng)的調(diào)節(jié)，且心率的綜合反應(yīng)取決于交感神經(jīng)與迷走神經(jīng)間的動態(tài)平衡。并在靜止或休息狀態(tài)下，迷走神經(jīng)興奮而交感神經(jīng)的活動被抑制，心動周期中心臟節(jié)律性的收縮和舒張主要依賴于迷走神經(jīng)的調(diào)節(jié)。相反，在運動狀態(tài)下，迷走神經(jīng)的興奮性降低，心率的變化主要由交感神經(jīng)控制。本文時域分析顯示，在靜態(tài)姿勢（standing、hanging、sitting和lying）下SDNN、RMSSD和pNNabs （50）均明顯高于運動（walking）狀態(tài)，其中SDNN反映交感和迷走神經(jīng)活性，是總的HRV變化；RMSSD則反映迷走神經(jīng)活性，而pNNabs（50）主要反映迷走神經(jīng)張力的大小，與心率快速變化有關(guān)，迷走神經(jīng)張力減低時其值降低［2］；以上結(jié)果證實了運動狀態(tài)下Beagle犬的總HRV降低明顯，且較多的處于交感神經(jīng)興奮狀態(tài)，導(dǎo)致迷走神經(jīng)張力減低。另外，頻譜分析結(jié)果亦顯示，靜態(tài)姿勢下 HF明顯高于LF，相反，運動姿勢下LF高于HF，且LF/HF比值明顯升高，均證實了靜息狀態(tài)下的動物迷走神經(jīng)興奮而交感神經(jīng)相對處于被抑制狀態(tài)，同時也確認(rèn)了采用俯臥和坐立的姿勢對心臟活動影響較少。此外，研究結(jié)果還顯示靜息狀態(tài)下Beagle犬TP和VLF均明顯高于運動狀態(tài)，提示運動狀態(tài)下兒茶酚胺、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)等體液調(diào)節(jié)可能參與了心率的改變。

相關(guān)分析顯示體位姿勢的改變與HF和LF/HF平衡指數(shù)密切相關(guān)，而與 LF無關(guān)，可見，體位姿勢改變引起的心臟自主神經(jīng)控制的變化主要取決于迷走神經(jīng)活動強弱有關(guān)，且導(dǎo)致LF/HF均衡性的破壞；還發(fā)現(xiàn)LF與HF之間關(guān)系密切呈正相關(guān)，表明交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)活動是相互的，是不可分割的有機體，體位姿勢的改變必然引起交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)活動的相互變化。

綜上所述，不同體位姿勢在靜息狀態(tài)下以迷走神經(jīng)活動興奮為主導(dǎo)，相反，在運動狀態(tài)下以交感神經(jīng)活動興奮為主導(dǎo)；體位姿勢改變能引起心率的變化，必然影響心臟自主神經(jīng)控制能力，其主要取決于迷走神經(jīng)活動強弱有關(guān)，且導(dǎo)致LF/HF均衡性的破壞。

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