不同自主神經(jīng)干預(yù)對(duì)心房神經(jīng)節(jié)活性的影響

周麗平，余鋰鐳，王松云，王 卓，黃 兵，廖 凱，薩仁高娃，江 洪

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院心內(nèi)科，湖北 武漢 430060)

·論 著·

不同自主神經(jīng)干預(yù)對(duì)心房神經(jīng)節(jié)活性的影響

周麗平，余鋰鐳，王松云，王 卓，黃 兵，廖 凱，薩仁高娃，江 洪

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院心內(nèi)科，湖北 武漢 430060)

目的 研究不同自主神經(jīng)干預(yù)對(duì)心房神經(jīng)節(jié)活性的影響。方法24只健康成年家犬隨機(jī)分為四組：低強(qiáng)度耳屏刺激(LL-TS)組(n=6)、低強(qiáng)度頸動(dòng)脈竇壓力感受器刺激(LL-CBS)組(n=6)、低強(qiáng)度脊髓神經(jīng)刺激(LL-SCS)組(n=6)和對(duì)照組(n=6)。各組分別給予自主神經(jīng)干預(yù)：LL-TS組通過連接于刺激儀的自制耳夾以降低竇性心率閾電壓80%對(duì)雙側(cè)耳屏給予耳屏刺激3 h；LL-CBS對(duì)頸動(dòng)脈竇壓力感受器以使血壓下降的閾電壓80%進(jìn)行LL-CBS 3 h；LL-SCS組在T1～5脊髓節(jié)段放置刺激電極以使肌肉收縮的閾電壓80%給予SCS 3 h；對(duì)照組不給予干預(yù)觀察3 h。別在基礎(chǔ)狀態(tài)和3 h干預(yù)后，將電極置于左上神經(jīng)節(jié)(SLGP)發(fā)放高頻電刺激(HFS)誘導(dǎo)竇性心率減慢，將微電極插入右前神經(jīng)節(jié)(ARGP)記錄神經(jīng)放電，分測(cè)定各組SLGP的功能和ARGP的活性。結(jié)果LL-TS、LL-CBS和LL-SCS降低了高頻刺激SLGP產(chǎn)生的減慢竇率作用，并且抑制了從ARGP記錄到的神經(jīng)活性頻率和振幅。結(jié)論LL-TS、LL-CBS和LL-SCS自主神經(jīng)干預(yù)方法可以抑制心房神經(jīng)節(jié)的功能和活性。

自主神經(jīng)系統(tǒng)；心房神經(jīng)節(jié)；神經(jīng)活性記錄；脊髓神經(jīng)刺激

心房顫動(dòng)(簡(jiǎn)稱房顫)是臨床上最常見的一種快速性心律失常。房顫的發(fā)生機(jī)制很復(fù)雜，相關(guān)研究很多，在神經(jīng)機(jī)制方面，目前的研究認(rèn)為心臟迷走神經(jīng)和交感神經(jīng)在房顫的發(fā)生和發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。位于心外膜脂肪墊內(nèi)的心房神經(jīng)節(jié)是心臟內(nèi)源性自主神經(jīng)系統(tǒng)的重要組成部分，可以調(diào)控中樞和內(nèi)源性心臟自主神經(jīng)之間的相互作用，是外源性和內(nèi)源性心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)之間的集成中心[1-2]。研究表明，神經(jīng)節(jié)刺激可顯著降低心房有效不應(yīng)期，增加房顫可誘導(dǎo)性；而脂肪墊神經(jīng)節(jié)消融可顯著降低房顫的可誘導(dǎo)性，說明心房神經(jīng)節(jié)在房顫發(fā)生發(fā)展中具有重要作用[3-4]。根據(jù)Amour的心臟神經(jīng)等級(jí)學(xué)說[5-6]，上游神經(jīng)系統(tǒng)(高級(jí)中樞、延髓、脊神經(jīng)等)可對(duì)下游神經(jīng)系統(tǒng)(星狀神經(jīng)節(jié)、心臟內(nèi)源性神經(jīng)系統(tǒng)等)發(fā)揮調(diào)控作用。目前的研究發(fā)現(xiàn)，耳緣迷走神經(jīng)刺激[7]、頸動(dòng)脈竇壓力感受器刺激[8]或脊髓神經(jīng)刺激[9-10]這些自主神經(jīng)干預(yù)方法可對(duì)心律失常發(fā)揮保護(hù)作用。此次的研究目的是探討這些自主神經(jīng)干預(yù)方法對(duì)心房神經(jīng)節(jié)功能及活性的影響，進(jìn)一步闡明這些自主神經(jīng)干預(yù)方法對(duì)心律失常發(fā)揮保護(hù)作用的神經(jīng)機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物準(zhǔn)備 本研究由武漢大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)倫理委員會(huì)審核并批準(zhǔn)。24只成年家犬(體重18～22 kg)由武漢大學(xué)人民醫(yī)院動(dòng)物中心提供。實(shí)驗(yàn)犬隨機(jī)分為四組：低強(qiáng)度耳屏刺激(LL-TS)組(n=6)、低強(qiáng)度頸動(dòng)脈竇壓力感受器刺激(LL-CBS)組(n=6)、低強(qiáng)度脊髓神經(jīng)刺激(LL-SCS)組(n=6)和對(duì)照組(n=6)。所有的犬以戊巴比妥鈉30 mg/kg靜脈麻醉，以2 mg·kg-1·h-1維持麻醉。靜脈滴注生理鹽水50～100 ml/h以補(bǔ)充液體損失量。氣管插管正壓呼吸機(jī)通氣，調(diào)整氧流量為4～6 L/min。持續(xù)記錄體表標(biāo)準(zhǔn)肢體導(dǎo)聯(lián)心電圖，股動(dòng)脈置管監(jiān)測(cè)動(dòng)脈血壓，信號(hào)接入32導(dǎo)電生理記錄儀(LEAD2000)監(jiān)測(cè)生命體征。

1.2 自主神經(jīng)干預(yù)

1.2.1 低強(qiáng)度耳屏刺激(LL-TS) 用連接于特制的刺激儀的耳夾以頻率20 Hz、脈寬1 ms的耳屏刺激(迷走神經(jīng)刺激)按照開啟5 s再關(guān)閉5 s的循環(huán)發(fā)放至雙側(cè)外耳廓的耳屏。首先用遞增的電壓刺激耳屏直至降低竇性心律，此時(shí)的電壓定為刺激電壓閾值，以80%的閾電壓進(jìn)行LL-TS 3 h。

1.2.2 低強(qiáng)度頸動(dòng)脈竇壓力感受器刺激(LL-CBS) 充分暴露并分離頸總動(dòng)脈和頸內(nèi)動(dòng)脈交叉處，將自制的銀-氯化銀刺激電極環(huán)形植入于頸動(dòng)脈竇周圍，連接刺激儀。刺激電壓從1 V開始CBS，并以每5 min 0.2 V(50 Hz，脈寬0.5 ms)遞增直至出現(xiàn)血壓下降，血壓下降時(shí)的電壓作為CBS的電壓閾值。以80%閾電壓(頻率50 Hz，脈寬0.5 ms)進(jìn)行LL-CBS 3 h。

1.2.3 低強(qiáng)度脊髓神經(jīng)刺激(LL-SCS)X線透視指導(dǎo)下，T1～5脊髓節(jié)段硬膜外穿刺，接入刺激導(dǎo)線，導(dǎo)線進(jìn)入到硬膜外T1～5脊髓節(jié)段水平，在前后位X線透視下將導(dǎo)線定位于脊髓正中稍偏左處。連接Grass-88刺激儀，設(shè)定可引起肌肉收縮的最低電壓值為閾電壓，以80%閾電壓(頻率50 Hz，脈寬0.02 ms)進(jìn)行LL-SCS刺激3 h。

1.3 SLGP功能測(cè)定 經(jīng)左側(cè)第四肋間開胸，剪開心包，暴露心臟，于左上肺靜脈與左房連接處確定SLGP位點(diǎn)，將直徑0.1 mm的自制銀絲電極插入SLGP，連接刺激儀(Grass88)，給予HFS(電壓10 V，頻率20 Hz，脈寬0.1 ms)測(cè)定SLGP功能。進(jìn)行SLGP高頻刺激時(shí)誘導(dǎo)的竇率減慢的最大值作為SLGP膽堿能作用的功能指標(biāo)。

1.4 ARGP神經(jīng)活性記錄 經(jīng)右側(cè)第四肋間開胸，剪開心包，暴露心臟，于右上肺靜脈與右心房連接處確定ARGP位點(diǎn)，將三個(gè)鎢絲微電極用微型固定器并列固定，調(diào)整微電極尖端距離2～3 mm，微電極尖端插入ARGP記錄神經(jīng)活性。分別在基礎(chǔ)狀態(tài)和自主神經(jīng)干預(yù)后記錄30 s的ARGP活性。神經(jīng)活性信號(hào)定義為高于噪音振幅3倍的記錄信號(hào)。

1.5 試驗(yàn)流程 24只健康成年家犬隨機(jī)分為四組：LL-TS組(n=6)：通過連接于刺激儀的自制耳夾以降低竇性心率的閾電壓80%對(duì)雙側(cè)耳屏給予耳屏刺激3 h。分別在基礎(chǔ)水平和3 h干預(yù)后通過高頻電刺激SLGP測(cè)定SLGP功能，并記錄ARGP神經(jīng)活性。LL-CBS組(n=6)：對(duì)頸動(dòng)脈竇壓力感受器以使血壓下降的閾電壓80%進(jìn)行LL-CBS 3 h。分別在基礎(chǔ)水平和3 h干預(yù)后通過高頻電刺激SLGP測(cè)定SLGP功能，并記錄ARGP神經(jīng)活性。LL-SCS組(n=6)：在T1～5脊髓節(jié)段放置刺激電極以使肌肉收縮的閾電壓80%給予SCS 3 h。分別在基礎(chǔ)水平和3 h干預(yù)后通過高頻電刺激SLGP測(cè)定SLGP功能，并記錄ARGP神經(jīng)活性。對(duì)照組：不給予干預(yù)觀察3 h。分別在基礎(chǔ)水平和3 h干預(yù)后通過高頻電刺激SLGP測(cè)定SLGP功能，并記錄ARGP神經(jīng)活性，作為對(duì)照。

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程圖

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS17.0系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。所有數(shù)據(jù)均采用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)判斷是否符合正態(tài)分布。符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式進(jìn)行處理。采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)或單因素方差分析進(jìn)行組間比較，采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行組內(nèi)比較，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 LL-TS、LL-CBS和LL-SCS對(duì)SLGP功能的影響 高頻電刺激SLGP誘導(dǎo)的竇性心律減慢最大值作為SLGP功能指標(biāo)。SLGP功能變化如圖2所示，與基礎(chǔ)狀態(tài)比較，3 h的LL-TS、LL-CBS和LL-SCS使HFS刺激SLGP誘導(dǎo)的竇率減慢作用顯著降低(P＜0.05)。以LL-TS組為例，基礎(chǔ)狀態(tài)時(shí)，高頻刺激SLGP誘導(dǎo)竇率減慢最大值為(28±3)次/min，3 h LL-TS后竇率減慢最大值降至(17±3)次/min(P＜0.05)。對(duì)照組3 h前后SLGP功能無顯著變化(P＞0.05)。

圖2 干預(yù)3 h后HFS刺激SLGP誘導(dǎo)的竇率減慢情況的變化。

2.2 LL-TS、LL-CBS和LL-SCS對(duì)ARGP神經(jīng)活性的影響 3 h前后ARGP神經(jīng)活性變化如圖3所示。與基礎(chǔ)狀態(tài)比較，3 h LL-TS、LL-CBS或LL-SCS后，從ARGP直接記錄到的神經(jīng)活性頻率和振幅都顯著降低(P＜0.05)。以LL-TS組為例，基礎(chǔ)狀態(tài)時(shí)ARGP神經(jīng)活性頻率為(80±5)impulse/min，振幅為(0.40±0.03)mV；3 h LL-TS干預(yù)后，ARGP神經(jīng)活性頻率和振幅分別降至(34±3)impulse/min(P＜0.05)和(0.16±0.02)mV(P＜0.05)。對(duì)照組中ARGP神經(jīng)活性的頻率和振幅無明顯改變(P＞0.05)。

圖3 干預(yù)后3 h后ARGP神經(jīng)活性頻率和振幅的變化

3 討論

位于心外膜第三脂肪墊內(nèi)的神經(jīng)節(jié)是外源性和內(nèi)源性心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)之間的集成中心，可以調(diào)控中樞和內(nèi)源性心臟自主神經(jīng)之間的相互作用，在房顫等心律失常發(fā)生和維持中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性心臟神經(jīng)系統(tǒng)活性增高，心臟神經(jīng)節(jié)活性增強(qiáng)，可獨(dú)立誘發(fā)房顫[11]，而消融GP可提高房顫消融的成功率[12]，臨床研究也證明GP消融可提高肺靜脈隔離治療房顫的成功率[13]。

目前的研究認(rèn)為支配心臟的交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)等外源性心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)可以抑制內(nèi)源性心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)。根據(jù)Amour的心臟神經(jīng)等級(jí)學(xué)說[5-6]，上游神經(jīng)系統(tǒng)(高級(jí)中樞、延髓、脊神經(jīng)等)可對(duì)下游神經(jīng)系統(tǒng)(星狀神經(jīng)節(jié)、心臟內(nèi)源性神經(jīng)系統(tǒng)等)發(fā)揮調(diào)控作用。研究發(fā)現(xiàn)，耳緣迷走神經(jīng)刺激、頸動(dòng)脈竇壓力感受器刺激或脊髓神經(jīng)刺激這些自主神經(jīng)干預(yù)方法可對(duì)心律失常發(fā)揮保護(hù)作用。Yu等[7]在犬模型中研究發(fā)現(xiàn)，電刺激耳緣迷走神經(jīng)可增強(qiáng)神經(jīng)節(jié)活性，縮短心房有效不應(yīng)期，增寬房顫誘發(fā)窗口。脊髓神經(jīng)刺激也可通過抑制心房神經(jīng)節(jié)活性抑制房顫的誘導(dǎo)[9-10]。此次的研究結(jié)果顯示這些自主神經(jīng)干預(yù)方法可以抑制心房神經(jīng)節(jié)功能及活性，進(jìn)一步闡明LL-TS、LL-CBS和LL-SCS這些自主神經(jīng)干預(yù)方法對(duì)心律失常發(fā)揮保護(hù)作用的潛在神經(jīng)機(jī)制。

[1]Scherlag BJ,Nakagawa H,Jackman WM,et al.Electrical stimulation to identify neural elements on the heart:Their role in atrial fibrillation[J].J Interv Card Electrophysiol,2005,13(Suppl 1): 37-42.

[2]Hou Y,Scherlag BJ,Lin J,et al.Ganglionated plexi modulate extrinsic cardiac autonomic nerve input:Effects on sinus rate,atrioventricular conduction,refractoriness,and inducibility of atrial fibrillation [J].JAm Coll Cardiol,2007,50(1):61-68.

[3]Pokushalov E,Romanov A,Katritsis DG,et al.Ganglionated plexus ablation vs linear ablation in patients undergoing pulmonary vein isolation for persistent/long-standing persistent atrial fibrillation:A randomized comparison[J].Heart Rhythm,2013,10(9):1280-1286.

[4]Nakagawa H,Scherlag BJ,Patterson E,et al.Pathophysiologic basis of autonomic ganglionated plexus ablation in patients with atrial fibrillation[J].Heart Rhythm,2009,6(12):26-34.

[5]Armour JA.Cardiac neuronal hierarchy in health and disease[J]. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol,2004,287(2):R262-271.

[6]Armour JA,Linderoth B,Arora RC,et al.Long-term modulation of the intrinsic cardiac nervous system by spinal cord neurons in normal and ischemic hearts[J].JAuton Neurosci,2002,95(1-2):71-79.

[7]Yu L,Scherlag BJ,Li S,et al.Low-level transcutaneous electrical stimulation of the auricular branch of the vagus nerve:a noninvasive approach to treat the initial phase of atrial fibrillation[J].Heart Rhythm,2013,10(3):428-435.

[8]Liao K,Yu L,Yang K,et al.Low-level carotid baroreceptor stimulation suppresses ventricular arrhythmias during acute ischemia[J]. PLoS One,2014,9(10):e109313.

[9]Olgin JE,Takahashi T,Wilson E,et al.Effects of thoracic spinal cord stimulation on cardiac autonomic regulation of the sinus and atrioventricular nodes[J].J Cardiovasc Electrophysiol,2002,13(5):475-481.

[10]Yu L,Huang B,He W,et al.Spinal cord stimulation suppresses focal rapid firing-induced atrial fibrillation by inhibiting atrial ganglionated plexus activity[J].J Cardiovasc Pharmacol,2014,64(6): 554-559.

[11]Lu Z,Scherlag BJ,Lin J,et al.Atrial fibrillation begets atrial fibrillation:autonomic mechanism for atrial electrical remodeling induced by short-term rapid atrial pacing[J].Circ Arrhythm Electrophysiol,2008,1(3):184-192.

[12]Lu Z,Scherlag BJ,Lin J,et al.Autonomic mechanism for initiation of rapid firing from atria and pulmonary veins:evidence by ablation of ganglionated plexi[J].Cardiovasc Res,2009,84(2):245-252.

[13]Po SS,Nakagawa H,Jackman WM.Localization of left atrial ganglionated plexi in patients with atrial fibrillation[J].J Cardiovasc Electrophysiol,2009,20(10):1186-1189.

Effects of different autonomic nervous intervention on the activity of atrial ganglionated plexi.

ZHOU Li-ping, YU Li-lei,WANG Song-yun,WANG Zhuo,HUANG Bing,LIAO Kai,SAREN Gaowa,JIANG Hong.
Department of Cardiology,People's Hospital of Wuhan University,Wuhan 430060,Hubei,CHINA

ObjectiveTo investigate the effects of different autonomic nervous intervention on the activity of atrial ganglionated plexi(GP).MethodsTwenty-four dogs were randomly divided into four groups:the low-level tragus stimulation(LL-TS)group(n=6),the low-level carotid baroreceptor stimulation(LL-CBS)group(n=6),the low-level spinal cord stimulation group(n=6)and the control group(n=6).LL-TS was delivered to bilateral tragus with ear-clips connected to a custom-made stimulator at voltages 80%below the threshold which could slow sinus rate for 3 hours.LL-CBS was delivered to the carotid baroreceptor at voltages 80%below the threshold which could reduce BP for 3 hours.LL-SCS was delivered to the T1～5via wire electrodes at voltages 80%below the threshold which could cause muscular twitching for 3 hours.No intervention was performed to the dogs in control group.One electrode was attached to the superior left GP(SLGP)to deliver high frequency stimulation(HFS),and the maximum heart rate slowing change was measured as the function of SLGP.Microelectrodes were inserted into the anterior right GP(ARGP)to record neural firing.ResultsLL-TS,LL-CBS and LL-SCS decreased the HR slowing change when HFS was delivered to the SLGP.The neural activity of ARGP was also suppressed.ConclusionLL-TS,LL-CBS and LL-SCS could suppress the function and activity of atrial ganglionated plexi.

Autonomic nervous system;Atrial ganglionated plexi;Neural activity recording;Spinal cord stimulation

R541.7+5

A

1003—6350（2015）13—1873—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.13.0675

2015-02-11)

國家自然科學(xué)基金(編號(hào)：81270339、81300182)；武漢市科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目基金(編號(hào)：201306060201010271)；湖北省自然科學(xué)基金(編號(hào)：2013CFB302)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(編號(hào)：2042012kf1099、2042014kf0110)；武漢大學(xué)博士研究生自主科研項(xiàng)目(編號(hào)：2012302020206)

江 洪。E-mail：whujianghong@163.com