體位改變對Beagle犬心臟自主神經控制的影響

潘永明，陳 亮，何 歡，徐孝平，陳民利

（浙江中醫藥大學動物實驗研究中心/比較醫學研究中心，杭州 310053）

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

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殖有限公司提供［SCXK（浙）2003-0007］，飼養于浙江中醫藥大學動物實驗研究中心［SYXK（浙）2008-0116］，環境溫度為（22±2）℃，相對濕度為40％ ～65％。飼喂普通營養顆粒飼料和自由飲水，12 h/12 h明暗交替。

1.2 主要儀器

EMKA大動物無創生理信號遙測系統，法國EMKA公司生產。

1.3 方法

1.3.1 操作順序：所有犬在適應性飼養期間進行不同體位姿勢訓練和安撫訓練，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，監測不同體位下Beagle犬Ⅱ導聯的心電圖，體位改變順序：先監測靜態姿勢依次為［俯臥（lying）— 四肢站立（standing）— 坐立（sitting）— 固定架懸掛（hanging）］，最后監測運動狀態下走路（walking）姿勢，每種姿勢待穩定后監測5 m in以上的心電圖，隨后繼續觀察下一種姿勢。1.3.2 HRV參數分析：將每種體位姿勢下的心電圖導入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。時域分析指標以RR間期的標準差SDNN（SDNNRR間期的標準差）、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的竇性個數占心搏總數的百分比pNN50（pNN50相鄰R-R間期差值＞50 ms的竇性個數占心搏總數的百分比）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進行標準化處理，計算LF/HF平衡指數。

1.4 統計學方法

2 結果

2.1 體位改變對Beagle犬心率變異性時域分析指標的影響

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）均低于各種靜態體位姿勢，其中與俯臥姿勢下 SDNN、RMSSD、pNNabs（50）指標和站立姿勢下SDNN和pNNabs（50）指標以及坐立姿勢下RMSSD和pNNabs（50）指標均差異顯著（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間期的標準差（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的竇性個數占心搏總數的百分比［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姿勢（P＜0.01），同時HFnorm亦明顯低于各種靜態姿勢（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的相關性

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

表2 體位改變對Beagle犬HRV頻域分析指標的影響 （±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］標準化低頻功率（LF norm） （nu）標準化高頻功率（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的相關性及其LF與HF的相關性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注。且目前生理遙測技術在監測清醒、自由活動狀態下的動物生理行為的優勢日益明顯，且通過連續心電圖監測和HRV分析能有效評估動物的自主神經功能，獲取動物心臟自主神經控制有效的心血管參數［16，17］。本文利用EMKA大動物無創生理信號遙測系統，研究了體位改變對雌性Beagle犬心臟自主神經功能的影響，結果表明Beagle犬體位改變能引起心率的明顯改變，與國外學者的研究結果一致［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］，人體心率的調節方式主要包括神經調節、體液調節和自身調節三種，發現長時間的人體心率調節依賴于兒茶酚胺、腎素-血管緊張素-醛固酮系統等體液調節，而短時間的心率調節依賴于自主神經的調節，且心率的綜合反應取決于交感神經與迷走神經間的動態平衡。并在靜止或休息狀態下，迷走神經興奮而交感神經的活動被抑制，心動周期中心臟節律性的收縮和舒張主要依賴于迷走神經的調節。相反，在運動狀態下，迷走神經的興奮性降低，心率的變化主要由交感神經控制。本文時域分析顯示，在靜態姿勢（standing、hanging、sitting和lying）下SDNN、RMSSD和pNNabs （50）均明顯高于運動（walking）狀態，其中SDNN反映交感和迷走神經活性，是總的HRV變化；RMSSD則反映迷走神經活性，而pNNabs（50）主要反映迷走神經張力的大小，與心率快速變化有關，迷走神經張力減低時其值降低［2］；以上結果證實了運動狀態下Beagle犬的總HRV降低明顯，且較多的處于交感神經興奮狀態，導致迷走神經張力減低。另外，頻譜分析結果亦顯示，靜態姿勢下 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，均證實了靜息狀態下的動物迷走神經興奮而交感神經相對處于被抑制狀態，同時也確認了采用俯臥和坐立的姿勢對心臟活動影響較少。此外，研究結果還顯示靜息狀態下Beagle犬TP和VLF均明顯高于運動狀態，提示運動狀態下兒茶酚胺、腎素-血管緊張素-醛固酮系統等體液調節可能參與了心率的改變。

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

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

［1］潘永明，陳亮，何歡，等.無創遙測技術觀察運輸應激對Beagle犬部分生理指標的影響 ［J］.中國比較醫學雜志，2011，21（4）：56-61.

［2］潘永明，陳亮，何歡，等.心率變異性評估運輸應激對Beagle犬自主神經功能的影響［J］.中國實驗動物學報，2011，19（1）：69-73.

［3］King T，Hemsworth PH，Coleman GJ.Fear of novel and startling stimuli in domestic dogs［J］.Appl Anim Behav.Sci.2003，82：45-64.

［4］Langbein J，Nürnberg，G，Manteuffel G.Visual discrimination learning in dwarf goats and associated changes in heart rate and heart rate variability［J］.Physiol.Behav.2004.，82，601 -609.

［5］Carnethon MR，Liao D，Evans GW，et al.Correlates of the shift in heart rate variability with an active postural change in a healthy population sample：the Atherosclerosis Risk In Communities study［J］.Am Heart J.2002，143：808-813.

［6］Vuksanovic V，Gal V，Kalanj J，et al.Effect of posture on heart rate variability spectral measures in children and young adults with heart disease［J］.Int JCardiol.2005，101：273-278.

［7］Kamath MV，Fallen EL，Power spectral analysis of heart rate variability：a noninvasive signature of cardiac autonomic function［J］.Crit Rev Biomed Eng，1993，21：245-311.

［8］Martinmaki K，Rusko H，Saalasti S，et al.Ability of short-time Fourier transform method to detect transient changes in vagal effects on hearts：a pharmacological blocking study［J］.AJPHeart，2006，290（6）：2582-2589.

［9］Pagani M，Lombardi F，Guzzetti S，et al.Power spectral analysis of heart rate and arterial pressure variabilities as a marker of sympatho-vagal interaction in man and conscious dog［J］.Circ Res.1986，59：178-193.

［10］Akselrod S，Gordon D，Ubel F，et al.Power spectral analysis of heart rate fluctuation： a quantitative probe of beat-to beat cardiovascular control［J］.Science，1981，213（4504）：220 -222.

［11］Harada T，Abe J，ShiotaniM，et al.Effect of autonomic nervous function on QT interval in dogs［J］.J Toxicol Sci，2005，30 （3）：229-237.

［12］張再青，康漢麗，李法升.孕婦體位改變對胎兒臍動脈血流速度影響的研究［J］.現代醫院，2010，10（7）：11-12.

［13］郭義紅.頭位難產中體位改變配合徒手矯正胎方位的臨床價值［J］.當代醫學，2010，16（21）：31-32.

［14］張志利，李艷.體位改變和氣腹對婦科腔鏡手術氣管插管深度的影響［J］.河北醫藥，2007，29（2）：181.

［15］黃錦華.人體位改變對腫瘤標志物甲胎蛋白（AFP）、癌胚抗原（CEA）影響的初步探討［J］.海南醫學，2004，15（3）：81 -83.

［16］Kuwahara M，Suzuki A.，Tsutsumi H.，et al.Power spectral analysis of heart rate variability for assessment of diurnal variation of autonomic nervous activity in miniature swine［J］.Lab Anim Sci.，1999，49（2）：202-208.

［17］Kuwahara M，Hashimoto S，Tsubone H，et al.Power spectral analysis of heart rate variability in spontaneously hypertensive rats［J］.Jpn Heart J.1994，35：367-368.

［18］應樂安，王成燾，沈仲元，等.體位變化對人體心率的即刻變化研究［J］.實用心電圖雜志，2008，17（4）：248-250.