正加速度暴露對不同程度冠狀動脈狹窄小型豬血漿兒茶酚胺和交感神經系統活性的影響

張穎，羅惠蘭，劉興德，田建偉

(空軍總醫院心內科，北京 100142；2.貴陽醫學院附屬醫院心內科)

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·基礎研究·

正加速度暴露對不同程度冠狀動脈狹窄小型豬血漿兒茶酚胺和交感神經系統活性的影響

張穎1，羅惠蘭1，劉興德2，田建偉1

(空軍總醫院心內科，北京 100142；2.貴陽醫學院附屬醫院心內科)

目的研究正加速度(+Gz)對不同程度冠狀動脈狹窄小型豬血漿兒茶酚胺水平和交感神經系統活性的影響。方法以巴馬小型豬為研究對象，采用左前降支絲線環扎法建立冠脈輕度狹窄(<50%)、中度狹窄(50%～69%)、重度狹窄組(≥70%)動物模型，分別給予間斷高強度+Gz暴露，觀察各組心率變化以及血漿腎上腺素(Ad)、去甲腎上腺素(NE)、多巴胺(DA)水平變化。結果基礎心率重度狹窄組明顯高于健康對照組及輕度狹窄組(P<0.05)，高強度+Gz暴露后即刻、10 min各組心率均顯著增快(P<0.01)，中度狹窄和重度狹窄組心率較健康對照組進一步增快(P<0.01)，重度狹窄組心率增快持續超過30 min，其余各組心率在+Gz暴露后30 min恢復正常；+Gz暴露前，重度狹窄組血漿Ad、NE水平明顯高于對照組及輕度狹窄組(P<0.01)，暴露后各組血漿AD、NE水平均顯著增高(P<0.01)，輕度、中度狹窄組至暴露后30 min時恢復正常，重度狹窄組持續超過30 min(P<0.01)。暴露后10 min時中度及重度狹窄組血漿Ad、NE水平均較對照組及輕度狹窄組顯著增高(P<0.01)；+Gz暴露前各組DA水平差異無統計學意義(P>0.05)，+Gz暴露后即刻各組血漿DA水平均顯著增高(P<0.05)，其中重度狹窄組DA水平顯著高于其余各組(P<0.05)，各組血漿DA水平于10 min時恢復正常。結論+Gz暴露可激活冠脈狹窄小型豬交感神經系統、增加血漿兒茶酚胺(Ad、NE、DA)水平，冠脈狹窄≥50%情況下交感神經系統激活更為強烈。

冠狀動脈狹窄;兒茶酚胺類;交感神經系統;模型,動物

冠狀動脈粥樣硬化以及冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(冠心病)是嚴重危害人類健康的常見病，也是威脅飛行安全的重要因素。戰斗機飛行員駕駛飛機進行空戰動作或特技飛行時，加速度的作用會導致血液動力學改變、交感神經激活以及導致應激性反應，其中正加速度(+Gz)對飛行能力的影響尤為常見[1-2]。隨著我國高性能戰斗機種的普及，高強度+Gz負荷的飛行特點對飛行員心血管系統調節適應能力提出了更高要求。然而，+Gz對于合并冠狀動脈狹窄者的神經體液反應以及血流動力學的影響目前尚不十分清楚，冠脈狹窄嚴重程度與交感神經活性改變之間的關系亦未見文獻報道。本實驗旨在通過構建不同程度冠狀動脈狹窄的巴馬小型豬動物模型，觀察+Gz作用下交感神經系統活性以及血漿兒茶酚胺水平的改變，為探討不同程度冠脈狹窄在模擬飛行條件下的安全性提供理論依據。

1　材料與方法

1.1實驗動物雄性封閉群巴馬小型豬28頭，購自黑龍江省雙鴨山市實創科技小型豬養殖場，飼養于中國醫學科學院阜外心血管病醫院動物中心飼養室[SYXK(京) 2008-0016]，體質量(22.6±2.2)kg，月齡(10.6±1.2)個月。根據動物生長情況，每日喂食2 次，自由飲水，有專職獸醫確保實驗動物健康。實驗動物在麻醉下采用左前降支絲線環扎法構建冠脈不同程度狹窄的動物模型，經冠狀動脈造影分為：假手術正常冠脈對照組(A組)、冠脈輕度狹窄組(B組，冠狀動脈血管直徑狹窄<50%)、冠脈中度狹窄組(C組，50%≤狹窄程度<70%)，冠脈重度狹窄組(D組，70%≤狹窄程度<100%)。研究方案經阜外醫院動物倫理委員會批準，按實驗動物使用的3R原則行人道的關懷。

1.2儀器和設備OEC 9800數字減影機(GE公司，美國)；NARKOMED 2C麻醉機(Draeger 公司，德國)；心電監護儀(HP公司，美國)；Savina重癥監護呼吸機(Draeger公司，德國)；6F JL4.0造影導管(Medtronic公司，美國)；Vision Ris醫學影像存檔傳輸系統V 5.0.0(偉業前程科技有限公司，北京)；離心機半徑為8 m的98型離心機(中國航天員科研訓練中心)；UC2401-VP高速離心機(Sigma公司，德國)。

1.3試劑多巴胺檢測ELISA試劑盒、腎上腺素檢測ELISA試劑盒、去甲腎上腺素檢測ELISA試劑盒購自美國R&D公司。其他化學試劑均為國產分析純。

1.4冠脈狹窄動物模型的制備巴馬小型豬禁食水12 h，氯胺酮35mg/kg麻醉，右側臥位，左側胸部備皮，經口腔行氣管插管并接呼吸機。右側位固定動物，于左側腋后線水平第4肋間、胸骨旁第2肋間水平、鎖骨中線第4肋間水平分別作胸腔鏡頭孔、主操作孔(主孔)、輔助操作孔(輔孔)。進入胸腔，暴露心臟，分離血管，于左前降支近端分叉用血管鉗夾持1-0絲線按方案要求環繞結扎，環扎前在絲線與血管之間襯用不同型號穿刺用套管針(分別襯用14、16號穿刺用套管針制作輕度狹窄模型，18、20號穿刺用套管針制作中度狹窄模型，22、24號穿刺用套管針制作重度狹窄模型)，快速環扎后輕柔撤出套管針。關閉胸腔，肌內注射青霉素，術后4 h始皮下注射低分子肝素鈣(1 次/12 h)，連續注射1周后停藥；阿司匹林腸溶片+硫酸氯吡格雷片治療至實驗結束[3]。

3只豬于術中出現室顫，除顫成功后分別于術后6、48 h死亡。假手術組不進行冠脈結扎，其余處理均與手術組一致。

1.5冠脈狹窄程度的影像學檢測采用C形臂X線血管造影機，經皮穿刺股動脈后置入6F鞘管，經鞘管送入6F JL4.0造影導管至左冠狀動脈竇，注入碘普羅胺370造影劑進行冠狀動脈造影。常規投影角度，采用連續電影法觀察左前降支直徑狹窄情況，術后結扎股動脈。運用Vision Ris醫學影像存檔傳輸系統計算機定量分析軟件分析冠脈直徑狹窄程度，按照冠脈狹窄程度進行分組：狹窄程度20%～49%為輕度狹窄組(n=7)、狹窄程度50%～69%為中度狹窄組(n=7)、狹窄程度70%～90%為重度狹窄組(n=7)。假手術組(n=7)冠脈未見狹窄。

1.6+Gz暴露實驗豬經氯胺酮肌內注射麻醉后安置于離心機上，尾部朝向離心機外部，所有動物給予+3 Gz～+6 Gz高正加速度暴露，初始加速度為+3 Gz，每次暴露10 s，G值增長率1 G/s，間隔時間 5 min，最高加速度為+6 Gz。在+3 Gz～+6 Gz的暴露環境下，若心電監護顯示出現相關危險心電信號(同一導聯出現3次以上的室性期前收縮或者心室顫動等)則停止+Gz暴露。

1.7心率測量分別于各組小型豬+Gz暴露前及暴露后通過心電監測計算心率，心率=30 s心跳次數×2，心率水平反應實驗動物的交感神經活性狀況。

1.8血液采集與檢測各組小型豬分別于麻醉狀態下分別于+Gz暴露前、暴露后即刻、暴露后10 min、暴露后30 min經前腔靜脈抽取靜脈血3 mL，加入裝有抗凝劑的干燥試管中4 ℃保存，于4 h內離心分離血漿。采用雙抗體夾心ABC-ELISA法檢測多巴胺、腎上腺素和去甲腎上腺素水平，操作過程嚴格按照試劑盒說明書進行。

1.9統計學處理應用SPSS 19.0統計軟件包進行數值分析。各組小型豬在+Gz暴露前、暴露后數據間的比較采用單因素方差分析。P<0.05為差異有統計學意義。

2　結果

2.1+Gz暴露對不同程度冠脈狹窄豬心率的影響各組動物均順利完成+Gz暴露。+Gz暴露前，冠脈重度狹窄組心率明顯高于健康對照組及輕度冠脈狹窄組(P<0.05)。高強度+Gz暴露后及暴露后10 min各組心率均較暴露前顯著增高(P<0.01)，30 min后心率恢復正常。與對照組相比較，中度、重度冠脈狹窄組心率明顯增快(P<0.01)，重度狹窄組心率增快持續至暴露后30 min(P<0.01)。見表1。

2.2+Gz暴露對不同程度冠脈狹窄豬血漿腎上腺素水平的影響+Gz暴露前，與正常冠脈組、冠脈輕度狹窄組、中度狹窄組相比較，重度狹窄組豬基礎血漿腎上腺素水平明顯增高(P<0.01)。高強度+Gz暴露后即刻各組豬血漿腎上腺素水平均較離心前顯著增高(P<0.01)，持續至10 min時仍未恢復正常(P<0.01)，重度狹窄組血漿腎上腺素水平升高持續至暴露后30 min(P<0.01)。與正常冠脈組、輕度狹窄組、中度狹窄組相比較，重度狹窄組血腎上腺素水平在高強度+Gz暴露后即刻、暴露后10 min、30 min時均顯著增高(P<0.01)。冠脈正常組、輕度狹窄及中度狹窄組之間血漿腎上腺素水平差異無統計學意義(P>0.05)。見表2。

表1　正加速度(+3～+6Gz)暴露對不同程度冠脈狹窄豬心率的影響±s，次/min)

注：與正常冠脈組比較，aP<0.01；與+Gz暴露前比較，bP<0.01

表2　正加速度暴露對不同程度冠脈狹窄豬血漿腎上腺素水平的影響±s，μg/L)

注：與正常冠脈組比較，aP<0.01；與冠脈輕度狹窄組比較，bP<0.01；與冠脈中度狹窄組比較，cP<0.01；與+Gz暴露前比較，dP<0.01

2.3+Gz暴露對不同程度冠脈狹窄豬去甲腎上腺素水平的影響+Gz暴露前，冠脈重度狹窄組豬基礎血漿去甲腎上腺素水平較對照組明顯增高(P<0.01)，冠脈正常組、輕度狹窄組、中度狹窄組血漿基礎去甲腎上腺素水平差異無統計學意義(P>0.05)。高強度+Gz暴露后即刻，各組豬血漿腎上腺素水平均較暴露前顯著增高(P<0.01)，暴露后10 min仍高于基礎水平(P<0.01)，輕度狹窄30 min后恢復正常，中度狹窄組及狹窄組升高持續至暴露后30 min(P<0.01)。與正常冠脈組、輕度狹窄組、中度狹窄組相比較，重度狹窄組血去甲腎上腺素水平在高強度+Gz暴露后即刻、暴露后10 min、30 min時均顯著增高(P<0.01)。與冠脈正常組相比較，輕度狹窄及中度狹窄組在+Gz暴露后血漿去甲腎上腺素水平差異無統計學意義(P>0.05)。見表3。

2.4+Gz暴露對不同程度冠脈狹窄豬血漿多巴胺水平的影響+Gz暴露前，各組豬血漿多巴胺水平差異無統計學意義(P>0.05)。高強度+Gz暴露后，各組多巴胺水平均較暴露前明顯增高(P<0.05)，其中，冠脈重度狹窄組血漿多巴胺水平顯著高于對照組及冠脈輕度狹窄組(P<0.05)。暴露后10 min以后血漿多巴胺水平恢復正常。見表4。

3　討論

機體受到+Gz加速度作用時，由于重力作用導致血流向下肢移動、頭頸部血壓下降及交感神經系統激活，神經內分泌以及血管活性物質水平增高，以對抗加速度對血流動力學的影響。本研究觀察到正常冠脈以及冠脈輕度狹窄小型豬在較大+Gz離心力的作用下出現交感神經激活以及血漿兒茶酚胺水平明顯增高，以血漿腎上腺素、去甲腎上腺素增高尤為顯著，+Gz暴露后10 min仍高于正常，30 min時恢復正常水平。交感神經激活及血漿兒茶酚胺升高可通過增快心率、增強心臟收縮力以及收縮血管等作用對抗+Gz對血流動力學的影響，具有代償性維持血流動力學穩定的作用。然而交感神經過度激活以及兒茶酚胺異常增高可嚴重危害機體健康，甚至誘發嚴重心血管事件的發生。研究發現冠脈中度、重度狹窄(狹窄程度≥50%)小型豬動物模型在+Gz作用下出現交感神經過度激活以及血漿兒茶酚胺進一步增高，表現為心率進一步增快以及血漿腎上腺素、去甲腎上腺素、多巴胺濃度顯著增高。

高強度+Gz暴露引起交感神經系統激活、大量兒茶酚胺合成釋放以及心率增快，一方面心率增快所產生的剪切力和沖擊力可造成內皮損害，促進粥樣硬化性斑塊的進展，增加斑塊的不穩定性甚至導致斑塊破裂、出血并形成血栓，導致心肌缺血或心肌梗死。同時，心率增快導致心肌耗氧量增加，可誘發心絞痛，促發心力衰竭等疾病[4-7]。另外大量血兒茶酚胺可促進細胞膜離子通道構型的改變，導致細胞內大量鉀離子外流，胞內鈉、鈣離子內流，引起水電解質失衡，出現各型惡性心律失常，特別是惡性室性心律失常的發生[8]。

表3　正加速度暴露對不同程度冠脈狹窄豬血漿去甲腎上腺素水平的影響±s,μg/L)

注：與正常冠脈組比較，aP<0.01；與冠脈輕度狹窄組比較，bP<0.01；與冠脈中度狹窄組比較，cP<0.01；與+Gz暴露前比較，dP<0.01

表4　正加速度暴露對不同程度冠脈狹窄豬血漿多巴胺水平的影響±s,pg/mL)

注：與+Gz暴露前比較，aP<0.05；與正常冠脈組比較，bP<0.05；與冠脈輕度狹窄組比較，cP<0.05

交感神經系統興奮可引起下丘腦-垂體-腎上腺皮質系統以及交感-腎上腺髓質激活，并通過增強與兒茶酚胺合成相關的關鍵酶酪氨酸羥化酶(TH)，多巴胺-β-羥化酶(DBH)和苯乙醇胺-N-甲基轉移酶(PNMT)的活性，從而增加兒茶酚胺的合成與釋放[9-10]。高強度+Gz加速度暴露引起血流動力學變化以及應激反應，激活交感神經系統，導致血漿腎上腺素、去甲腎上腺素水平顯著增高，隨后逐漸下降，至10 min時仍高于暴露前水平，30 min后恢復正常水平。血漿多巴胺水平在+Gz暴露后即刻出現輕度增高，10 min時完全恢復正常，與應激狀態下血兒茶酚胺改變相符合。這是由于多巴胺作為遞質的神經元主要分布于中樞神經系統，且多巴胺不能通過血腦屏障進入血液，因此，血漿中多巴胺的主要來源是新合成的增加，而不是神經囊泡的釋放。

冠脈重度狹窄(狹窄程度≥70%)小型豬靜息心率、血漿兒茶酚胺水平以及+Gz暴露后心率和血漿兒茶酚胺水平均較正常冠脈和輕度冠脈狹窄(狹窄程度<50%)、中度冠脈狹窄(狹窄程度50%～69%)小型豬明顯增加，心肌耗氧顯著加強，血氧供需矛盾更加突出，發生心血管事件風險顯著增加，提示冠脈重度狹窄對+Gz耐力具有非常明顯的影響。中度冠脈狹窄小型豬靜息心率與正常冠脈小型豬相比較雖無明顯差別，但是在+Gz暴露后出現心率及兒茶酚胺顯著增高，提示+Gz適應不良及耐力下降，具有潛在的相關風險。冠脈輕度狹窄(<50%)小型豬在+Gz暴露后心率以及血兒茶酚胺水平與正常冠脈小型豬無明顯差別，提示單純<50%冠脈狹窄對+Gz的適應性、耐力及交感神經系統影響相對較小。

總之，+Gz加速度暴露可出現交感神經系統激活及血兒茶酚胺水平增高，有助于機體對抗+Gz對血流動力學的影響，而交感神經系統過度激活及血兒茶酚胺大量釋放則導致心肌耗氧增加及誘發心血管事件的發生。冠脈輕度狹窄(<50%)對+Gz激活交感神經系統的影響相對較小，中度(50%～69%)、重度冠脈狹窄(狹窄程度≥70%在+Gz暴露后出現交感神經系統過度激活及血兒茶酚胺大量釋放，+Gz適應不良及耐力下降，具有潛在的心血管事件風險。因此，中、重度冠狀動脈狹窄(≥50%)對飛行安全具有明顯的影響。

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Effects of positive acceleration on sympathetic nervous activity and plasma catecholamine in miniature pig model with different coronary artery stenosis

ZhangYing*,LuoHuilan，LiuXingde,TianJianwei

(*DepartmentofCardiology,AirForceGeneralHospitalofPLA,Beijing100142,China)Correspondingauthor：LuoHuilan,Email:809817757@qq.com

ObjectiveTo study the effects of positive acceleration (+Gz) on sympathetic nervous activity and plasma catecholamine in miniature pig model with different coronary artery stenosis.MethodsTwenty-eight Obama miniature pigs were distributed to mild stenosis (Less than 50%,n=7) group,moderate stenosis (50%～69%,n=7) group,severe stenosis (more than 70%,n=7) group,and sham-operation control group (n=7).The left anterior descending branch wire cerclage method was adopted for establish animal model of coronary artery stenosis.We observed the effects of intermittent high +Gz exposure on heart rate and plasma adrenaline (Ad),norepinephrine (NE) and dopamine (DA) levels of miniature pigs with different coronary artery stenosis.ResultsThe basal heart rate of severe stenosis group was significant higher than that in the normal control group and mild stenosis group (P<0.05).The heart rate of each group was significantly increased at immediately and 10 minutes after high +Gz exposure.Compare with control group and mild stenosis group,the heart rate of moderate and severe stenosis group were significantly increased.Furthermore,the duration of heart rate increase fast in severe stenosis group was more than 30 minutes after exposure.The plasma Ad,NE levels of severe stenosis groups were significant higher than the control and mild stenosis group (P<0.01) before exposure.Plasma Ad and NE levels in all groups were significantly increased at immediately and 10min after exposure(P<0.01).The plasma Ad and NE levels return to normal at 30min after exposure in control and mild stenosis group,and the plasma Ad and NE of severe stenosis group continued more than 30 minutes (P<0.01).Plasma DA of each group was significantly increased at once after +Gz exposure and return to normal at 10min after exposure(P<0.05.There was significantly increased plasma DA levels in severe stenosis group than the other group at 10min after exposure(P<0.05).Conclusion+Gz exposure can activate sympathetic nervous system and increase plasma catecholamine (Ad,NE and DA) levels in miniature pig model,and the effects were much stronger in miniature pig with coronary artery stenosis more than 50% .

Coronary stenosis;Catecholamines;Sympathetic nervous system;Models,animal

全軍“十二五”重點課題(BWS11J054)

張穎，碩士在讀，Email：809817757@qq.com

羅惠蘭，主任醫師，碩士生導師，Email:809817757@qq.com

R543.31

A

10.3969/J.issn.1672-6790.2016.04.023

2015-08-30)