电刺激迷走神经对蟾蜍心率和心率变异的影响*

王 洋，李亘松

(中国医科大学基础医学院生理学教研室，辽宁 沈阳 110001)

心率变异性(heart rate variability，HRV)是指在窦性心律的一定时间内，逐次心动周期之间的时间变异度[1]。HRV正在被临床广泛应用为疾病的诊断、治疗和预后的指标，但是对其产生的理论基础、生理意义仍然不十分清楚。本实验以蟾蜍为实验对象，电刺激迷走交感干，观察不同频率的迷走神经刺激对蟾蜍离体心脏的心率(heart rate，HR)及HRV的影响。

1 材料与方法

1.1 试剂和仪器

酚妥拉明(phentolamine，Phe)和普萘洛尔(propranolol，Pro)购自Sigma公司。PowerLab/4ST生物信号采集系统(ADInstruments公司生产)，DELL计算机系统，电刺激器(NIHON KOHDEN，SEN-3201)，隔离器(NIHON KOHDEN，SS-102J)，隔离刺激电极，四腔器官浴槽系统(成都仪器厂)，LA204电子天平(百灵天平仪器有限公司)。

1.2 动物和分组

中华蟾蜍20只，体重35～50g，由中国医科大学实验动物中心供应。实验时蟾蜍随机分成两组(n=10):对照组(control)和给药组(P+P)。

1.3 实验方法

将动物制作成离体心脏-神经标本，心脏固定在四腔器官浴槽系统内，神经置于刺激器电极上，开始记录心电图。对照组的离体心脏始终用任氏液灌流，给药组离体心脏先用任氏液灌流40min，然后用含酚妥拉明(1.5μmol/L)和普萘洛尔(1.5μmol/L)的任氏液持续灌流。对照组术后80min、给药组给药后40min进行电刺激，电刺激由电刺激器经隔离器给出，刺激参数为 5 V、2 ms，频率分别为 0.2 Hz、0.4 Hz、0.6 Hz、0.8 Hz。每个频率刺激 10min，各频率间间歇10min，顺序随机。室温(24±2)℃，湿度55%±5%，所有心电图数据采集均在上午9∶30之后进行。

1.4 数据处理和检测指标

选出心脏离体30min后、给药30min后(对照组离体70min后)、电刺激时和电刺激后完整无干扰的HR稳定的连续5 min ECG，用HRV分析软件进行分析，得出指标HR、全部正常心动周期的标准差(standard deviation of all R-R intervals，SDNN)、相邻正常心动周期差值的均方根(the square root of the mean of the sum of the squares of differences between adjacent RR intervals，RMSSD)、高频(high frequencies，HF)、低频(low frequencies，LF)及低频/高频比值(LF/HF)。

1.5 统计处理

用SPSS软件对实验数据进行统计学处理，实验数据以均数±标准差()表示。两组数据间的差异采用 t检验，多组间比较采用one-way ANOVA方差分析组间q检验。

2 结果

2.1 刺激前HRV各项指标变化

给药组与给药前相比，HR显著降低(P＜0.01)，SDNN和RMSSD升高(P＜0.05)，HF显著升高(P＜0.01)，LF、LF/HF降低(P＜0.05)。对照组与给药组保持了相同的时间延续，心脏离体70min后与离体30min后相比HR有下降趋势，但无统计学意义(P ＞0.05)，SDNN 、RMSSD、HF、LF和 LF/HF变化均不明显(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 对照组HRV各项指标变化

以不同频率刺激神经，对照组HR明显降低(P＜0.05)，但各频率水平之间没有差异;刺激停止后HR逐渐恢复，恢复平稳时间为(31.27±11.94)s。SDNN在0.4 Hz时明显升高(P＜0.05)，0.6 Hz和0.8 Hz时变化显著(P＜0.01)，RMSSD在各频率水平均显著升高(P＜0.01)，SDNN和RMSSD各频率之间没有差异。HF在0.6 Hz时明显升高(P＜0.05)，其它频率均显著升高(P＜0.01)，各频率之间没有差异。LF/HF在刺激时各频率均明显降低;0.2 Hz与0.8 Hz之间差异显著。刺激停止后，各指标与刺激前相比没有差异(表2)。

2.3 给药组HRV各指标变化

随着刺激频率水平的增加，给药剂组HR显著降低(P ＜0.01)，0.2 Hz与0.6 Hz之间、0.2 Hz与0.8 Hz之间、0.4与0.8之间HR差异显著(P＜0.05);刺激停止后HR逐渐恢复，恢复平稳时间为(34.11±12.42)s。SDNN和 RMSSD在各频率水平均显著升高(P＜0.01)，各频率之间没有差异。HF在0.2 Hz刺激时变化显著(P＜0.01)，0.4 Hz时变化明显(P＜0.05)，0.6 Hz和0.8Hz时变化不明显;0.2 Hz与0.8 Hz之间差异显著。LF/HF在0.2 Hz刺激时明显降低(P＜0.05)，0.8 Hz时LF/HF为2.27±1.23，与给药后LF/HF接近;0.2Hz与0.8 Hz之间差异显著。刺激停止后，各指标与刺激前相比都有升高，但无统计学意义(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

对照组和给药组的时域指标比较见图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 讨论

众所周知，刺激迷走神经时心率降低。右侧迷走神经对窦房结的影响占优势，左侧迷走神经对房室交界的作用占优势，对迷走神经负性变时作用的研究也表明右侧迷走神经起着主要作用[2，3]。因此在本实验中，采用了右侧迷走神经进行电刺激。在HRV指标中，SDNN代表了HRV的总和，包含了各种频率成分，反映了交感和副交感神经的活动;RMSSD与频域指标中HF相关，主要反映副交感神经活动;LF受交感和副交感神经系统控制，而LF/HF则代表了交感迷走神经的平衡状态[4]。给药组离体心脏在用含有酚妥拉明和普奈洛尔的任氏液灌流后，HR、LF 和 LF/HF 明显降低，SDNN、RMSSD 和HF明显升高，表明酚妥拉明和普奈洛尔已经阻断了交感神经作用。实验中在与给药组相同的时间点上，对照组也作了相同的指标分析，没有发现各指标的明显变化，表明给药组指标的变化不是时间因素造成的。

在体内环境下，交感神经兴奋使心率加快，迷走神经兴奋使心率减慢，瞬时心率是二者正负作用的净效应，在安静条件下，迷走神经及交感神经均参与对心率的影响，而以迷走神经占优势。电刺激时，交感迷走失衡，对照组和给药组HR和HRV都发生了变化。对照组HR在各个频率水平均降低，但各水平间没有差异，而在给药组，由于阻断了交感神经作用，0.2 Hz与 0.6 Hz之间、0.2 Hz与0.8 Hz之间、0.4 Hz与0.8 Hz之间HR差异显著;两组相比，后者下降速度明显快于前者，表明在本实验使用的频率范围内，电刺激频率越大，迷走神经对心率的作用越强，心率也就越低。

SDNN和RMSSD在对照组和给药组电刺激时均升高。由于给药组在刺激前交感神经被抑制，迷走神经占优势，使得RMSSD在刺激前就高于对照组，如图1，电刺激时给药组的升高幅度明显高于对照组。但是各个刺激频率水平之间，SDNN和RMSSD并没有明显差异。这与Bailry对狗的HRV分析实验[5]中的结果一致，频率变化对HRV时域指标的影响较小，推测在缺失完整的心脏自主神经活动调控的条件下，HRV时域指标的简单测量不能准确地定量测量迷走神经紧张性。

从表3可见，对照组中，刺激迷走神经时，HF明显升高，但是由于交感神经调节的存在，不同频率水平的电刺激之间HF没有明显差异。给药组HF在0.2 Hz和0.4Hz时明显升高，0.6Hz和0.8 Hz时变化不明显。相对应的，LF/HF也是类似的变化。这些结果表明，交感神经在心率变异调节中具有重要作用。另外，HF和LF/HF的变化，没有像HR那样随着刺激频率的增加下降速度加快，而是在刺激频率较低时，表现出较高的HF和较低的LF/HF，说明在没有交感神经调节条件下的迷走神经对心率和心率变异的调节可能存在不同的机制。

由于蟾蜍属于变温动物，体温较低，Courtice[6]等认为高频刺激沿神经传递可能并不可靠。研究迷走神经变时性效应时，Preston[7]等采用的电刺激频率是0.2～1 Hz。高频刺激迷走神经，心脏会出现房室传导阻滞现象。在本实验中，即使低频刺激也有房室传导阻滞现象出现，给药组有5例，对照组有2例，这与迷走神经对心脏的负性变传导作用有关。有研究[8，9，10]表明HRV 的频域分析能较好地反映自主神经系统的功能，但是对于高低频之间界限的划分，仍然没有充分的理论依据。在本实验中，以0～0.02 Hz作为VLF频段，以 0.02～0.08 Hz作为 LF频段，以0.08～0.2 Hz作为HF频段，实验结果 LF、HF和LF/HF的变化符合迷走神经和交感神经的变化，但是对于HRV频域频段的划分还有待进一步研究探讨。

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