有氧運動對大鼠心血管自主神經調節功能的影響

摘要：首先對心率變異性(HRV)和動脈壓力反射敏感性(BRS)的測試分析方法進行了選取和改進，然后以正常大鼠為實驗對象，觀察比較尾動脈血壓、脈搏、左室內壓、心肌收縮力、心率變異性、動脈壓力反射敏感性等指標在8周中等強度游泳運動組大鼠和和安靜對照組大鼠之間的差異，旨在分析長期參加有氧運動對心血管自主神經調節功能的影響，為心血管自主神經平衡狀態發生改變提供實驗證據。研究發現，與對照組大鼠相比，運動組大鼠心肌出現肥大、心臟泵血功能增強、心交感神經介導的動脈壓力反射敏感性升高、心迷走神經介導的動脈壓力反射敏感性未受影響、心交感神經緊張性變異和心迷走神經緊張性變異程度均增加。研究結果提示，長期有氧運動可增強心血管自主神經的調節功能，使交感神經和副交感神經的協調與對抗關系在一個更高的功能層面上建立新的平衡。

關鍵詞：有氧運動；心血管；自主神經；心率變異性；動脈壓力反射敏感性

中圖分類號：G804.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-7116(2007)03-0041-05

長期有規律的運動訓練和健身鍛煉可以改善心血管及其支配神經的結構和功能，既往研究較多關注心肌結構和心臟泵血功能，而較少研究自主神經對心血管的調節功能的影響。由于心電和血壓動態監測及分析技術的進展，使得以心率變異性(heart rate variability，HRV)和動脈壓力反射敏感性(arterial baroreflex sensitivity，BRS)為主要工具的自主神經功能評價在臨床應用中得以發展，但HRV和BRS應用于體育領域起步較晚，國外較早的研究見于1989年，國內較早的報道見于1997年，而且國內一直發展緩慢，只是在近兩年逐漸引起體育界的重視，出現少量報道，但實驗性研究不多。而且現有研究中，對于HRV和BRS的測試及分析方法也存在差異，導致研究結果缺乏可比性，甚至相互矛盾。

基于上述情況，本研究首先對HRV和BRS的測試及分析方法進行了選取和改進，然后以正常大鼠為實驗對象，觀察比較尾動脈血壓和脈搏、左室內壓和心肌收縮力、心率變異性、動脈壓力反射敏感性等指標在8周中等強度游泳運動組大鼠和安靜對照組大鼠之間的差異，分析長期有氧運動對心血管自主神經調節功能的影響，為心血管自主神經平衡狀態發生改變提供實驗證據。

1 實驗對象與方法

1．1 實驗對象

健康雄性Sprague-Dawley大鼠30只，兩月齡，體重183～214g(合格證號0050484，級別SPF/VAF，北京維通利華實驗動物技術有限公司提供)。分籠飼養，每籠5只，自由進食進水，自然光照，室溫22～29℃，相對濕度55％～65％。

1．2 實驗方法

(1)實驗動物分組與訓練安排

大鼠適應性飼養3d后，按體重排序進行編號，隨機分為8周有氧運動組(簡稱運動組)和安靜對照(簡稱對照組)。

對照組：為正常籠內生活，不施加運動干預。在運動組每日訓練的同時，下水浸濕后即撈出，吹干。

運動組：游泳池水面面積1.13m²，水深60cm，水溫(33±2)℃，每個泳池分配5只大鼠。游泳訓練共持續8周，每周訓練6d，休息1d。訓練分3個階段：①第1周為適應性訓練，逐漸增加游泳時間，使第1周末游泳時間達到1h，第2～3周每天游泳1h；②第4～5周每天游泳1.5h；③第6～8周每天游泳2h。

(2)尾動脈血壓、脈搏和動脈壓力反射敏感性測試

1)測試儀器：BESN-Ⅱ型多通道動物無創測壓系統(南京德賽生物技術有限公司)，系統硬件包括多通道尾動脈測壓儀、脈搏傳感器和加壓尾套、尾部加熱器、動物固定盒及放置架、計算機監控和分析系統。

2)實驗操作步驟：①清醒安靜狀態下尾動脈血壓和脈搏的測定。正式測試前2周每日按實驗方案對大鼠進行測試1次，讓大鼠熟悉測試過程，避免正式測試時產生應激反應。測試當天，在大鼠清醒狀態下，測定尾動脈收縮壓、舒張壓、脈搏，連測3次，取平均值。環境溫度(25±1)℃，恒溫水浴溫度(40±1)℃。②清醒狀態下動脈壓力反射敏感性的測定。將大鼠裝入固定盒，在水平體位連續測3次血壓和心率，間隔15～20s。休息3min后，將大鼠尾部固定，頭部抬高50°(正立位傾斜應激)，監測3min內的血壓和心率，間隔15～20s。休息3min后，將大鼠尾部固定，頭部降低50°(倒立位傾斜應激)，監測3min內的血壓和心率，間隔15～20s。

3)壓力反射敏感性(BRS)的計算：首先獲得大鼠清醒安靜狀態下的心率(HR_rest)和血壓(BP_rest)，然后將體位變化過程中采集的心率和血壓信號進行分類，剔除收縮壓和R-R間期變化方向不一致的數據，將收縮壓和R-R間期同步增大的數據用于計算壓力反射心動減慢指數(反映血壓升高反射性引起心率下降時的壓力反射敏感性)，而收縮壓和R-R間期同步降低的數據用于計算壓力反射心動增快指數(反映血壓降低反射性引起心率增快時的壓力反射敏感性)，全部數據用于計算壓力反射總體敏感性。

BRS_相對值=(△HR/HR_rest)/(△BP/BP_rest)

BRS_{絕對值rest}=△HF/△BP

(3)心電圖監測和心率變異性分析

1)心電監測：大鼠經15mg/mL的戊巴比妥鈉腹腔麻醉(0.0025mug體重)，仰臥固定，標準Ⅱ導聯心電監測。電極放置位置：左前腳接負極，右前腳接正極，右后腳接參考電極。連續采集2～3min心電信號，并導入Medlab生物信號采集處理系統。

2)心電信號的心率變異性(HRV)分析：ECG數據剔除早搏和異位搏動后，導入SA-HRV軟件進行數據分析，頻譜分析頻率范圍劃分標準是：VLF(0.04～0.1Hz)：LF(0.1～1Hz)；HF(1～3Hz)。

(4)左室內壓和心肌收縮力

1)手術方法：大鼠經質量濃度分數為30mg/mL的戊巴比妥鈉腹腔麻醉(1mL/kg體重)，仰臥固定，頸部正中切開，分離右側頸總動脈3～4cm，在近頭端穿線結扎，動脈夾鉗住近心端，在頭端結扎線下0.5cm處動脈壁上剪口，5～6cm聚乙烯導管與壓力換能器相連，內充肝素，外涂石蠟，順右頸總動脈插向左心室，注意生理記錄儀顯示器的動脈壓力波形，當波形變高尖時，即為心室內壓波形，固定插管后開始記錄1min的心室內壓波形。

2)測試指標：收縮壓(SBP)、舒張壓(DBP)、平均動脈壓(MAP)、舒張末期室內壓(EDP)、室內壓最大值(PEAK)、室內壓上升段最大變化率(dp/dt_mas)、室內壓下降段最大變化率(dp/dt_mas)。

(5)心臟重量指數

開胸快速取出心臟，留取全心，4℃生理鹽水沖洗，濾紙吸于，精細天平稱重。

心臟重量指數=心臟全重×10³/體重

1．3 統計分析

用SPSS10.0統計軟件進行數據處理，顯著性水平取P<0.05。以獨立樣本t檢驗比較運動組和對照組各項指標的差異。根據列文方差一致性檢驗結果判斷方差是否具有一致性，當方差缺乏一致性時，用校正t檢驗。

2 結果及分析

2．1 心臟重量指數

實驗觀察期結束時，運動組大鼠的心臟全重與對照組相比差異沒有顯著性，而心臟重量指數差異具有非常顯著性意義(P<0.01)。

2．2 清醒安靜狀態尾動脈血壓和脈搏

實驗觀察期結束時，運動組大鼠的清醒安靜狀態下尾動脈收縮壓、舒張壓、平均動脈壓與對照組相比差異沒有顯著性(P>0.05)，而心率差異具有統計學意義(P<0.05)。

2．3 左室內壓和心肌收縮力

實驗觀察期結束時，運動組大鼠的|EDP|、dp/dt_mas和dp/dt_mas均高于對照組大鼠，且差異具有統計學意義(P<0.05)。

2．4 清醒狀態下的壓力反射敏感性

實驗觀察期結束時，壓力反射總體敏感性(絕對值和相對值)在運動組和對照組間均未出現明顯差異(P>0.05)。但運動組的壓力反射心動增快指數(絕對值和相對值)高于對照組，壓力反射性心動減慢指數(絕對值)低于對照組，且差異均具有統計學意義(P<0.05)。

2．5 心率變異性

實驗觀察期結束時，運動組大鼠的TF、VLF、HF和VLF_norm均高于對照組大鼠，且差異具有統計學意義(P<0.05)，而LF/HF在兩組間無明顯差異(P>0.05)。

3 討論

3．1 有氧運動對壓力反射敏感性的影響

動脈壓力反射是以心血管內的壓力、機械和容量感受器興奮為引發機制的一系列反射的總稱，它是調節血壓變化的重要神經負反饋過程，因此動脈壓力反射的敏感性是評價自主神經對心血管調控能力的一個良好指標。

動脈壓力反射敏感性(BRS)是指血壓變化(△BP)引起心率變化(△HR)的敏感程度。以△HR/ABP計算。經典的BRS檢測是通過物理學(Valsalva法、Cuff法)或藥理學的方法誘導血壓波動，同時觀察心率的對應變化，但是傳統方法導致的血壓變化通常超越正常的生理變動范圍，這種狀態下的壓力反射機制可能與正常生理狀態下的存在明顯差異，影響研究結果的準確性。而本研究以體位變化作為誘導血壓波動的方式，這是一種自發性反應，是在正常的生理變化范圍內測量BRS，因此可以在穩定狀態下真實地評價心血管壓力反射的敏感性。

本研究應用“壓力反射性心動減慢指數”和“壓力反射性心動增快指數”分別評價迷走神經和交感神經的功能，避免了只計算“壓力反射總體敏感性”可能會掩飾運動訓練對交感和副交感神經產生不同性質或不同程度影響的缺陷。在計算動脈壓力反射敏感性時，還應考慮絕對值和相對值的區別，否則會得出不同的結論。Negrao C.E.等的研究認為，有氧運動可能會導致副交感神經介導的壓力反射性敏感性降低，該結論的得出是以“絕對值”為基礎的。Negrao C.E在研究中沒有考慮到兩組實驗對象之間基礎心率和基礎血壓的不同，這種差異可能會導致壓力反射敏感性的不同。所以在計算壓力反射敏感性時應該用相對值代替絕對值，即用(△HR/HR_rest)/(△BP/BP_rest)更合理。

基于此，本研究重點分析了相對指數，研究發現運動組的“壓力反射心動增快指數”的絕對值和相對值均明顯高于對照組，雖然“壓力反射性心動減慢指數”的絕對值明顯低于對照組，但相對值兩組間沒有顯著性差異。提示，長期參加有氧運動可以提高交感神經介導的壓力反射心動增快敏感性，而對副交感神經介導的壓力反射心動減慢敏感性影響不大。

3．2 有氧運動對心率變異性的影響

心率變異性(HRV)是指逐次心跳間期之間的微小變異。具體表現為每個心動周期時間上的不規則變化。HRV信號中蘊含了有關心血管調節的大量信息，對這些信息的提取和分析可以定量評估心臟交感神經和迷走神經活動的緊張性波動、均衡性及其對心血管活動的影響。因此，HRV檢測已經成為臨床定量分析自主神經功能的常用方法。

近年來，對HRV的性質也有了更確切的認識，HRV反應的不是自主神經的緊張性，而是自主神經調節活動的波動性變化。緊張性是指神經傳出沖動頻率的大小，而調節波動性是指傳出沖動頻率的周期性變化。因此，HRV代表迷走神經和交感神經緊張性的變異，大量研究證實，緊張性變異增大是心血管自主神經調節功能增強的一種表現。

本研究運用頻域分析法，比較了運動組大鼠和安靜對照組大鼠HRV各參數間的差異，結果發現運動組大鼠的TF、VLF、HF和VLF_rest明顯高于安靜對照組大鼠(P<0.05)，而LF/HF無明顯差異(P>0.05)，說明長期有氧運動可以使心率總體變異性增加(TF增高)，同時迷走神經緊張性變異增大(HF增高)，交感神經緊張性變異增大(VLF和LF增高)，提示自主神經對心血管活動的調節功能增強，交感神經和副交感神經在一個較高的功能層面上達到新的平衡(LF/HF不變)。

3．3 有氧運動對心臟重量指數、血壓、心率、左室內壓和心肌收縮力的影響

既往研究發現長期運動可以引起心臟結構和功能的適應性變化，表現為心肌肥大、安靜心率和血壓降低、泵血功能提高、心肌收縮力增強等。

本研究在8周中等強度游泳運動組大鼠身上也發現類似改變。即運動組大鼠的心臟重量指數明顯高于對照組大鼠(P<0.01)，說明運動組大鼠心肌出現肥大現象。

另外，在清醒安靜和麻醉狀態下，運動組大鼠的心率均明顯低于對照組。清醒安靜狀態下血壓(尾動脈收縮壓、舒張壓和平均動脈壓)兩組沒有顯著性差異。反映心肌收縮和舒張功能的指標dp/dt_max、|-dp/dt_max|和|EDP|在運動組大鼠明顯高于對照組。上述研究結果說明8周中等強度游泳訓練后，運動組大鼠的心臟功能明顯提高。運動組大鼠心臟功能的提高與心肌肥大導致的結構性改變有關，同時也與自主神經調節功能的改善密不可分。

4 結論

有氧運動組大鼠的心臟產生結構和功能上的良好適應，表現為心肌呈現生理性肥大、安靜心率降低、心肌收縮和舒張功能增強。

有氧運動組大鼠的心血管自主神經調節功能明顯增強，表現在交感神經介導的動脈壓力反射敏感性增強，迷走神經介導的動脈壓力反射敏感性未受到影響，交感神經緊張性變異和迷走神經緊張性變異的程度增大。提示交感神經和迷走神經兩者對心血管的調節功能均增強，并且在一個較高的功能層面上達到平衡，這種平衡狀態的重建可能是有氧運動促進心血管健康的自主神經機制所在。

[編輯 鄭植友]