攝食行為對小型豬心臟自主神經功能的影響

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）

攝食行為是動物和人的本能之一，以獲取適當的營養，滿足機體的能量需要。攝食的調控是一個受多種因素影響的復雜系統［1］，并受到高級大腦認知活動的控制，神經生理學研究表明，下丘腦不僅是動物的皮質植物性中樞，也是神經內分泌的中心［2］，其將調節內臟活動與其它生理活動聯系起來，并經下丘腦各神經區域通過接受、整合、發放食欲信號相互聯系，相互影響，從而達到對食欲的調節，以維持動物的體重和體脂的相對恒定，并有研究證實交感神經系統能改變采食行為和體重［3］。心率變異性（heart rate variability，HRV）作為分析自主神經系統活動的敏感性評價手段，能有效評估人類或其它動物的應激狀態、情緒變化和病理進程［4，5，6］，其高頻（high frequency，HF）和低頻（low frequency，LF）成分分別可反映副交感神經和交感神經的活動［7］，且LF/HF比值亦反映了交感和迷走神經的平衡狀況。

隨著人們生活水平的提高，與攝食行為相關的疾病也越來越受到關注，如肥胖、冠心病、糖尿病、動脈粥樣硬化等疾病，且臨床資料顯示代謝綜合征、冠心病和糖尿病等疾病均可引起 HRV的降低［8］。巴馬小型豬是我國特有小型豬的品種之一，且與人類的解剖、生理以及疾病發生機理等多方面具有相似性，深受實驗研究者的青睞。目前在代謝綜合征、冠心病、糖尿病等疾病動物模型復制中大多需要高脂誘導，因此，攝食是一個重要的環節，研究小型豬攝食行為對心臟自主神經功能的影響，有助于深化了解代謝性疾病和心腦血管疾病的發生機理和改善攝食行為具有重要指導意義；雖然，近年來對攝食行為的研究探討大多局限在瘦素、神經肽、胰島素以及膽囊收縮素等相關神經遞質和激素的探討，對心臟自主神經活動的研究報道甚少。因此，本文利用大動物無創生理遙測技術，通過觀察攝食行為對小型豬心臟自主神經功能的影響，探討小型豬攝食行為整個過程中心臟自主神經活動規律及相互關系。

1 材料和方法

1.1 實驗動物

普通級巴馬小型豬4只，體重25～30 kg，雄性，由上海市南匯區老港鎮華新特種養殖場提供（SCXK［滬］2007-0013），常規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±3℃，相對濕度為50±20％。飼喂普通營養飼料和自由飲水，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 動物訓練

小型豬適應性恢復飼養2周后，若無異常后則進入實驗階段。在正式實驗前，給小型豬進行為期3 d的馬甲適應性訓練，訓練方式如下：①第1天上下午給小型豬穿上馬甲適應1 h；②第2天穿馬甲適應6～8 h；③第3天穿馬甲適應24 h。第4天給所有動物剃毛，貼上ECG電極，穿好馬甲后放回籠內飼養。

1.3.2 攝食誘導

首先觀察小型豬攝食前的心電圖及活動情況，然后于上午8：30給予小型豬250 g的飼料作為攝食誘導，觀察小型豬攝食過程（IP）、攝食后此刻（AI）、攝食后2h、4h的心電圖及活動情況，并在下午重復上述操作方法，于15：30進行重復攝食誘導實驗，實驗操作流程見圖1。

圖1 小型豬攝食行為觀察Fig.1 Feeding behavior observation in m iniature swine

1.3.3 數據采集及分析

小型豬Ⅱ導聯心電圖和活動信號均連續記錄于EMKA IOX軟件中，心電圖放大倍數為500 Hz，活動放大倍數為100 Hz，并用 EMKA“ECGAuto”V2.6.0.10軟件進行自動化分析心電圖和活動指標。心率變異性分析時，首先用計算機程序進行R波檢測，計算RR間期（RRI），并根據圖形同步進行手工剔除分析異常的 RRI后，進行時間排序，并自動HRV分析，時域分析指標以 RR間期的標準差（SDNN），相鄰 RR間期差值平方和的均方根（RMSSD）表示；按文獻［9］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），并進行LOG化，并對LF和HF進行標準化計算［LFnu或HFnu=LF或HF/（Total power-VLF）］，計算LF/HF平衡指數。

1.4 統計學處理

2 結果

2.1 攝食行為對小型豬RRI和自主活動的影響

與攝食前（BI）比，小型豬攝食過程（IP）中RRI顯著降低（P＜0.01），自主活動明顯增加（P＜0.01）；與攝食過程（IP）比，小型豬攝食后（AI）RR間期隨著恢復時間的延長逐漸升高，并在攝食后AI 2 h和4 h時差異顯著（P＜0.01），而自主活動隨攝食后恢復時間的延長而逐漸降低，并在AI、AI 2 h和4h時均差異顯著（P＜0.01），見圖2。

2.2 攝食行為對小型豬心率變異性時域分析指標的影響

圖2 攝食行為對小型豬RRI和自主活動的影響Fig.2 Effect of feeding behavior on RRI and autonom ic activities in miniature swine

與BI比，小型豬攝食過程（IP）中HR明顯加快（P＜0.01），SDNN和RMSSD均有所降低，但差異不顯著（P＞0.05）；與IP比，小型豬攝食后（AI）HR和RMSSD均有所升高趨勢，其中HR在攝食后AI 2 h和4 h時差異顯著（P＜0.01）；而SDNN則在攝食后進一步降低，直到攝食后 AI 2 h后開始有所恢復，但差異不顯著（P＞0.05），見圖3。

2.3 攝食行為對小型豬HRV頻域分析指標的影響

圖3 攝食行為對小型豬HR、SDNN和RMSSD的影響Fig.3 Effects of feeding behavior on HR，SDNN and RMSSD in miniature swine

與BI比，小型豬攝食過程（IP）中TP、VLF、HF均有顯著降低（P＜0.01），且LFnu和LF/HF均顯著升高（P＜0.05）；與 IP比，隨著攝食后（AI）恢復時間的延長，小型豬TP、VLF、HF和LF/HF均有所恢復，并在攝食后AI2 h、4 h時差異顯著（P＜0.05，P＜0.01），見圖4。

2.4 小型豬攝食行為活動與心臟自主神經功能的相關性

圖4 攝食行為對小型豬HRV頻域分析指標的影響Fig.4 Effects of feeding behavior on HRV power spectral analysis indexes in miniature swine

經Pearson相關分析顯示，小型豬攝食行為活動 activity與 LnVLF（r=-0.730，P ＜0.01）、LnHF（r=-0.518，P＜0.01）、LnTP（r=-0.717，P＜0.01）、LFnu（r=0.634，P＜0.01）、HFnu（r =-0.634，P＜0.01）和LF/HF（r=0.653，P＜0.01）密切相關；進一步采用多元線性逐步回歸分析后得到3個相關模型，即（1）activity=9.683-0.852LnVLF，R=0.730，P=0.000、（2）activity= 7.041-0.624Ln VLF+0.283LF/HF，R=0.796，P =0.000、（3）activity= 6.677-4.417LnVLF+ 0.419LF/HF+3.804LnTP，R=0.844，P=0.000，以上相關模型表明小型豬攝食行為與VLF、LF/HF、TP密切相關，且VLF在攝食行為中起主要作用。

3 討論

隨著人們生活水平的提高，對生活習慣性疾病的研究和防治也越來越受到關注，尤其與攝食行為有關產生的疾病。流行病學調查顯示冠心病、糖尿病、高血壓、腦血管病、動脈粥樣硬化、高脂血癥、肥胖、癌癥，其發病一般都與攝食行為有關，故對攝食行為的研究具有重要意義。攝食行為是指人類或動物機體為維持個體生存、保障機體各器官的功能以及從事各種活動的能量需要所進行的覓食、進食、消化、吸收等各種有關活動。攝食行為除了是一種本能外，還受到高級大腦認知活動的控制；且中醫理論認為：“心主神明”，“頭者，精明之府”，即表明心與大腦高級中樞神經功能密切相關。因此，心臟活動與攝食行為可能有著密切的聯系，故利用大動物無創遙測技術觀察攝食行為對小型豬心電和活動的影響，并從心臟自主神經功能的角度探討與攝食行為的關系。研究結果顯示，小型豬在攝食過程中出現心率和自主活動明顯的增加，RRI間期明顯縮短，說明小型豬在攝食過程中出現明顯的心肌興奮現象；另外，隨著攝食后恢復時間的延長，小型豬心率和自主活動明顯降低，RRI間期明顯延長，表明小型豬攝食后逐漸處于安靜狀態。可見，小型豬的攝食行為與心臟活動密切相關。

攝食作為一種反射性的活動，受各種外界環境的刺激均可引起胃腸激素的分泌，且激素能作用于傳入神經將信號傳遞給神經中樞，然后由神經中樞信息整合后發出指令，經傳出神經到達效應器引起或終止攝食活動，在這個信號傳遞過程中迷走神經發揮了重要作用［10］。而迷走神經是腸-腦軸中神經解剖的基礎，其經食物成分接觸胃腸道所引起的進食相關信號傳遞到中樞神經系統中，介導攝食與消化行為的部位，并對攝食行為進行調節［11］。已有研究證實交感神經系統對增重的病因學中起著重要的角色且影響采食［12］；Bray［12］和 Ravussin［13］的研究均顯示肥胖的產生是由于交感神經活動降低所致。本研究結果亦顯示小型豬在攝食過程中SDNN、RMSSD、TP、VLF、HF均有所降低，LFnu和LF/HF比值均明顯升高，提示攝食行為能引起交感神經活動的增強，且在攝食后恢復過程中交感神經活動又逐漸降低，也說明了交感神經活動異常或迷走神經活動抑制可能是引起動物采食及體重發生異常的主要原因之一。

現代研究證實腦-腸軸中的某些肽類物質所激發產生的信號可控制攝食行為，可分為兩大類：一類是刺激攝食的肽類物質，包括神經肽Y（NPY）、食欲素（Orexin）、Ghrelin等，另一類是抑制攝食的肽類物質，包括膽囊收縮素（CCK）、酪酪肽（PYY）、瘦素等［10］；近來也有發現細胞因子亦參與了攝食行為過程，如白細胞介素-1（IL-1）、腫瘤壞死因子-α （TNF-α）和干擾素-α（IFN-α）等［14］。其中神經肽 Y （NPY）通過與Y1或Y5受體結合并傳出信號，可抑制交感神經，興奮副交感神經，具有增加食欲或采食量的作用［15］，且本文相關分析顯示小型豬攝食行為與TP、LFnu、HFnu、LF/HF密切相關，證實了攝食行為與心臟自主神經活動密切有關，而NPY所發生的信號亦可能參與心臟自主神經調控過程，究其明確關系還有待于進一步研究。

另外，對于VLF生理意義還不十分明確，目前普遍認為其來源可能既包括溫度調節過程，也包括激素對腎素-血管緊張素-醛固酮系統的活動有關［7］，本研究Pearson r相關和多元線性逐步回歸分析均顯示，VLF不僅可單獨調控或協同LF/HF平衡以及TP共同參與調控小型豬的攝食行為。可見，VLF的調控變化在攝食行為過程中起著重要的作用，從而也說明攝食行為的過程可能是體液、神經遞質、激素等共同參與和釋放的復雜過程。

綜上所述，小型豬攝食行為不僅影響心臟活動；而且能引起小型豬心臟自主神經控制能力發生改變，其中VLF在攝食行為過程中占有重要作用，故用HRV頻域分析指標可用來評估攝食行為狀態以及探討與攝食行為有關的發生機制。

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