高溫對豬心率變異性

1、1短期高溫對豬心率變異性的影響孫亞楠 郭玉光 顏培實(shí)（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院 江蘇南京 210095）摘要：心率變異性(Heart Rate Variability)可描繪心動周期的微小差異,為衡量自主神經(jīng)興奮性的敏感指標(biāo). 本文以時(shí)域、頻域分析分析豬對高溫的反應(yīng),高溫組SDNN、RMSSD、HF、LF降低,LF/HF 升高。結(jié)果表明：當(dāng)豬受到短期高溫刺激后，副交感神經(jīng)興奮性下降，交感神經(jīng)興奮性增強(qiáng)。關(guān)鍵詞：高溫 自主神經(jīng)系統(tǒng) 時(shí)域分析 頻域分析 Acute heat-stress on pigs Heart Rate VariabilitySUN Ya-nan, GUO Yu-guang,

2、 YAN Pei-shi（College of animal science and technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing, 210095）Abstract: HRV (Heart Rate Variability) may describe the small differences of the cardiac cycle, it can be used as a sensitive indicator to measure the autonomic nervous excitability. In this paper

3、, time domain and frequency domain analysis of pigs respond to high temperature was tested. SDNN, RMSSD, HF, LF of high temperature group was lower, LF / HF increased. The results showed that differences of the high temperature to pig autonomic nervous system excitability.Key words: high temperature

4、;time autonomic nervous system;domain analysis; frequency domain analysis 正常的心動周期并不是恒定的，而是存在著微小的差異，R-R間期的微小變化稱為心率變異性（Heart Rate Variability，HRV）。心率變異性作為一種反應(yīng)自主神經(jīng)系統(tǒng)（autonomic nervous system）興奮性的敏感指標(biāo)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床研究。HRV大則對心臟的調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，HRV越小則能力減弱，因而不能很好的適應(yīng)環(huán)境的變化。心率變異受短時(shí)程因素（呼吸、血壓）和長時(shí)程因素（生物節(jié)律、體溫變化）等諸多外周和中樞因素的影響 。打擊樂

5、會使動物心率變緩，SDNN、RMSSD和HF值升高，自主神經(jīng)興奮性加強(qiáng)1。噪聲能使發(fā)酵床墊料散養(yǎng)三黃雞心率加快，交感神經(jīng)興奮性提高2。體溫及環(huán)境溫度的變化影響著心血管活動的調(diào)節(jié)，人們對低溫對HRV影響的研究較多，Malik和Camm3提出HRV功率譜不直接反映自主神經(jīng)活動，而是更為精確地反映自主神經(jīng)系統(tǒng)在心臟水平的調(diào)節(jié)。LF /HF的變化表明體溫開始降低時(shí)突觸后心臟交感神經(jīng)的活動并不明顯，而體溫顯著降低并引起寒戰(zhàn)時(shí)則明顯增強(qiáng)。張志雄等4發(fā)現(xiàn)冷應(yīng)激后交感興奮性升高而迷走興奮性變化不顯著。為了研究心臟自主神經(jīng)變化和低體溫處理對HRV的影響，張建義等5分析了41例重癥腦損傷患者的動態(tài)心電圖，認(rèn)為中樞

6、神經(jīng)系統(tǒng)的傷可引起心臟自主神經(jīng)的異常作用并降低HRV，低體溫處理可以使HRV 的降低更顯著。而高溫對在體心臟HRV的文獻(xiàn)鮮有報(bào)導(dǎo)。根據(jù)心電圖采集時(shí)間的長短，可分為長時(shí)程（24小時(shí)）HRV分析和短時(shí)程（5分鐘）HRV分析6-7。長時(shí)程HRV分析測定時(shí)間長，能反應(yīng)HRV的變化規(guī)律，但影響因素較多；短時(shí)程HRV分析由于測定時(shí)間短、容易控制試驗(yàn)條件。本研究采用短時(shí)HRV分析，測定時(shí)域指標(biāo)：心動周期、SDNN、RMSSD;頻域指標(biāo):LF、HF、LF/HF、VLF、ULF。1材料與方法1.1試驗(yàn)動物 由南京順帆養(yǎng)豬專業(yè)合作社購入二元公豬（杜洛克×長白）4頭，2009年11月試驗(yàn)期間的平均體重為4

7、3.75Kg.人工氣候室內(nèi)于發(fā)酵床上群養(yǎng)，每日9：30，15：00和19：00定時(shí)飼喂，個(gè)體飼喂量為2倍的維持需要量，自由飲水。飼料購于南京禾嘉牧業(yè)有限公司。1.2試驗(yàn)方法 由于心率變異性的個(gè)體變異較大，故本實(shí)驗(yàn)采用自身配對設(shè)計(jì)。常溫組為室溫：1420。高溫組將人工溫度控制室的溫度在短時(shí)間內(nèi)升至30，維持5h開始實(shí)驗(yàn)。預(yù)試期4天，使豬只適應(yīng)試驗(yàn)環(huán)境和條件，減少正式試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)激。環(huán)境溫度通過干濕球溫度計(jì)讀取。測定HRV時(shí)，使用心電圖機(jī)（ECG6511，日本光電），將蘸有飽和食鹽水的電極固定于豬只身體相應(yīng)位置，選用標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)。測定時(shí)間為5min。測定時(shí)保持豬只安靜狀態(tài)，反應(yīng)強(qiáng)烈的豬只不進(jìn)行測定。1.

8、3 HRV指標(biāo) 有時(shí)域和頻域兩種指標(biāo)。時(shí)域指標(biāo)主要有8-9：（1）心動周期：心臟每收縮和舒張一次所用的時(shí)間，單位：秒（ms）。（2）SDNN（Standard deviation of all R-R interval）：全部R-R間期的標(biāo)準(zhǔn)差（單位：ms）；（3）RMSSD（root-mean-square of successive differences）：相鄰R-R間期差值的均方根（單位：ms）。頻域分析指標(biāo)主要有10：(1)HF（high-frequency）：高頻成分，功率譜圖中落在0.040.15Hz區(qū)間內(nèi)的面積；（2）LF（low-frequency）：低頻成分，功率譜圖中落在

9、0.150.4Hz區(qū)間內(nèi)的面積；（3）LF/HF：低頻與高頻的比值；（4）VLF：極低頻成分，功率譜圖中落在 區(qū)間內(nèi)的面積；（5）ULF：超低頻成分，功率譜圖中落在小于0.003Hz區(qū)間內(nèi)的面積。1.3統(tǒng)計(jì)方法 剔除波形不好的心電圖，量取心電圖每個(gè)正常心動周期的長度，通過ORTOScience軟件計(jì)算心率變異性各指標(biāo)。數(shù)據(jù)采用Excel2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并作圖。寫清楚2 結(jié)果心動周期，時(shí)域指標(biāo)的第一個(gè)就是2.1時(shí)域指標(biāo)從圖中可以看到，高溫組與常溫組相比，心動周期增大，心率變慢。SDNN主要反應(yīng)交感及副交感神經(jīng)張力大小，用來評價(jià)自主神經(jīng)系統(tǒng)受損與恢復(fù)的總體程度。RMSSD主要反映迷走神經(jīng)興奮

10、性。由圖可知，高溫組與常溫組相比，SDNN和RMSSD數(shù)值均降低，說明自主神經(jīng)系統(tǒng)受損，調(diào)節(jié)能力下降，副交感神經(jīng)張力下降。2.2頻域指標(biāo) 頻域分析的結(jié)果表明，高溫組與常溫組相比，HF數(shù)值均降低；LF除個(gè)體3外，呈下降趨勢。表明交感和副交感神經(jīng)興奮性均下降。LF/HF可以作為衡量交感神經(jīng)活性的指標(biāo)，個(gè)體1和個(gè)體2數(shù)值下降，個(gè)體3和個(gè)體4數(shù)值上升。VLF和ULF數(shù)值均呈下降趨勢。3 分析與討論 心率變異性 (Heart Rate Variability, HRV )是指逐次竇性心搏間心動周期的微小變異,它能夠量化反映自主神經(jīng)系統(tǒng)對竇房結(jié)的調(diào)節(jié)，是近年發(fā)展起來的一項(xiàng)無創(chuàng)、定量評估迷走與交感神經(jīng)活動的

11、方法。HRV信號中蘊(yùn)含了有關(guān)心血管調(diào)節(jié)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(jīng)和迷走神經(jīng)活動的緊張性、均衡性。HRV 的檢測作為反映自主神經(jīng)功能狀態(tài)的定量指標(biāo)11, 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于多種臨床疾病的研究，已報(bào)告的涉及幾乎所有的心血管和糖尿病以及不少非心血管病12。 在交感神經(jīng)活動增強(qiáng)時(shí),HRV減小,副交感活動增強(qiáng)時(shí),HRV增大13。 Hubert Heitman等 14 曾經(jīng)做過關(guān)于環(huán)境溫濕度變化時(shí)對豬體溫、呼吸頻率、脈搏等的影響，其結(jié)果如圖1：圖1 空氣溫度對豬心率的影響由圖可以看出，隨著溫度升高，心率有下降的趨勢。與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同（見本文2.1時(shí)域指標(biāo)）。Regan 和

12、 associates關(guān)于溫度變化對奶牛心率的影響的研究中也發(fā)現(xiàn)同樣情況。而Robinson 和Lee在做關(guān)于豬相同研究時(shí)得到了心率上升的截然不同的結(jié)果。Hubert Heitman,Jr.,and E.H.Hughes認(rèn)為之所以有此差異是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)過程中豬皮膚干燥程度及處于實(shí)驗(yàn)狀態(tài)的時(shí)間有關(guān)：皮膚潮濕和對實(shí)驗(yàn)條件的適應(yīng)可使豬心率變緩。HRV的時(shí)域指標(biāo)SDNN主要反映交感及迷走神經(jīng)張力大小，用來評價(jià)自主神經(jīng)系統(tǒng)受損與恢復(fù)的總體指標(biāo)。RMSSD 主要反映HRV的快變化，即副交感神經(jīng)張力的敏感指標(biāo)。HRV的時(shí)域指標(biāo)SDNN 、RMSSD 等可較好地反映心臟迷走神經(jīng)的功能狀態(tài)，其值降低，反映迷走神經(jīng)的

13、功能減退，HRV 縮小；其值增加，反映迷走神經(jīng)的功能良好，HRV大。HRV的頻域指標(biāo)：VLF反映心率變化受熱調(diào)節(jié)(體溫)，血管舒縮張力和腎血管緊張素系統(tǒng)的影響;LF反映交感和迷走神經(jīng)的雙重調(diào)節(jié)，其譜峰出現(xiàn)在0.1Hz左右，表現(xiàn)出與血壓的相關(guān)性;HF只反映迷走神經(jīng)的調(diào)節(jié)，其譜峰出現(xiàn)在0.25Hz左右，表現(xiàn)出與呼吸活動的相關(guān)性;TP反映HRV大小，LF/HF比值則反映自主神經(jīng)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，基本上代表交感神經(jīng)張力的高低15。 本研究結(jié)果顯示，當(dāng)經(jīng)過短期高溫?zé)釕?yīng)激后，4個(gè)個(gè)體SDNN 、RMSSD值均降低，表明高溫應(yīng)激使得迷走神經(jīng)的功能減退，HRV變小。本人認(rèn)為，當(dāng)受試動物個(gè)體受到短期高溫?zé)釕?yīng)激后，

14、副交感神經(jīng)興奮性降低，體表溫度上升，呼吸加快，運(yùn)動減少，從而減少產(chǎn)熱，增加散熱，這使得機(jī)體對心臟的調(diào)節(jié)能力減弱。 Kinugasa 和 Hirayanagi 16 研究了體表溫度的冷熱對人 HRV 的影響 , 隨著體表溫度升高 , HRV 的 HF 成分降低 ,LF/HF 增高。 認(rèn)為體表溫度的升高可引起心臟副交感神經(jīng)活動抑制和交感神經(jīng)活動增強(qiáng)。原文的什么地方，我沒看到。對不起，文獻(xiàn)序號來回改，發(fā)現(xiàn)標(biāo)錯(cuò)文獻(xiàn)了本實(shí)驗(yàn)中，高溫組與常溫組相比，除個(gè)體2外，其他三個(gè)受試動物HF成分均下降。表明副交感神經(jīng)張力下降，這與本實(shí)驗(yàn)時(shí)域分析得到的結(jié)果一致。LF/HF的變化存在一定差異，個(gè)體1高溫應(yīng)激后HF/LF

15、值變化不大，個(gè)體2明顯下降，個(gè)體3和4出現(xiàn)不同程度的上升。個(gè)體1可能是由于對高溫環(huán)境產(chǎn)生了適應(yīng)性，個(gè)體2可能是因?yàn)槭艿搅似渌麤]有注意到的外界刺激所致結(jié)合前面數(shù)據(jù)綜合分析，可知，在LF/HF變化中，交感神經(jīng)興奮性占優(yōu)勢，而副交感神經(jīng)興奮性下降。有報(bào)道顯示，VLF的變化與溫度刺激關(guān)系很大，在本研究中，四個(gè)個(gè)體受到高溫應(yīng)激后VLF成分均呈明顯下降。ULF的意義現(xiàn)在還沒有明確的定義。 一般認(rèn)為，交感神經(jīng)強(qiáng)烈地動員機(jī)體，以損害機(jī)體地長時(shí)程健康為代價(jià)來實(shí)現(xiàn)短時(shí)程地應(yīng)急這個(gè)是黏貼張銀生師兄的，我理解的是受到應(yīng)激后，交感神經(jīng)興奮實(shí)現(xiàn)暫時(shí)應(yīng)急；而副交感神經(jīng)平和地活動，以保持機(jī)體長時(shí)程地良好狀態(tài)。交感神經(jīng)和副交感

16、神經(jīng)不可能同時(shí)強(qiáng)烈地興奮，因?yàn)樗鼈兛偟哪繕?biāo)是矛盾的17。但是當(dāng)兩者同時(shí)對心臟發(fā)生作用時(shí)，其總的效應(yīng)并不等于兩者分別作用時(shí)發(fā)生效應(yīng)的代數(shù)和。在多數(shù)情況下，心迷走神經(jīng)的作用比交感神經(jīng)的作用占有較大的優(yōu)勢18-20。在本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)豬受到短期高溫刺激后，副交感神經(jīng)興奮性下降，交感神經(jīng)興奮性增強(qiáng)，從而來適應(yīng)外界環(huán)境溫度的突然升高。 所謂應(yīng)激是機(jī)體在各種內(nèi)外環(huán)境因素及社會、心理因素刺激時(shí)所出現(xiàn)的全身性非特異性適應(yīng)反應(yīng)，又稱為應(yīng)激反應(yīng)。應(yīng)激反應(yīng)指所有對生物系統(tǒng)導(dǎo)致?lián)p耗的非特異性生理、心理反應(yīng)的總和。在動物機(jī)體產(chǎn)生應(yīng)激時(shí)，應(yīng)激原使交感-腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)發(fā)揮作用，外周效應(yīng)表現(xiàn)為血漿腎上腺素、去甲腎上腺素濃度的迅速

17、升高21。兒茶酚胺（腎上腺素和去甲腎上腺素均為兒茶酚胺類物質(zhì)）分泌增加，引起一系列的心血管反應(yīng)。而心率變異性的變化，正是由于神經(jīng)-體液的調(diào)節(jié)。所以，可將心率變異性作為動物是否處于應(yīng)激狀態(tài)的指標(biāo)之一。綜上所述，心率變異性是目前測定自主神經(jīng)功能簡便、無創(chuàng)、可定量、重復(fù)性強(qiáng)的新方法，可用來作為評價(jià)畜舍溫度是否適宜的一項(xiàng)指標(biāo)。 參考文獻(xiàn)：1 張銀生，音樂對心率變異性影響D，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.2 吳懿，噪聲對雞的行為、心率變異性和卵巢組織形態(tài)的影響D，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.3Malik M and Camm A J. Heart rat var

18、iabilityJ. Clin. Cardiol, 1990, 13 (8): 570 476.4張志雄, 梁列新, 侯曉華. 冷應(yīng)激對健康人直腸動力及自主神經(jīng)功能的影響J. 胃腸病學(xué)和肝病學(xué)雜志, 2004, 13 ( 4 ) :394399.5Zhang J Y, Huang W X, Yang Y Z, et al. Relationship between hypothermia and heart rate variation in severe brain injuryJ. Chinese Journal of Clinical Rehabilitation, 2003, 7 (2

19、): 346.6Makoto Iwanaga,Asami Kobayashi,Chie Ka. Heart rate variability with repetitive exposure to musicJ. Biological Psychology,2005,1-6.7張道斌,楊健紅.心率變異性的研究現(xiàn)狀J.海軍醫(yī)高專學(xué)報(bào),1998,20(1):31-358 Iwanaga M，Kobayashi A，Kawasaki C. Heart rate variability with repetitive exposure to music J.Biological Psychology，

20、2005: 1-6.9 Longin E，Schaible T，Lenz T，et al. Short term heart rate variability in healthy neonates: Normative data and physiological observations J. Early Human Development，2005，81: 663-671.10 Mehta S K，Dennis M，Connuck D，et al. Heart Rate Variability in Healthy Newborn Infants J. The American jour

21、nal of cardiology， 2002(89): 50-53.11 Huchi H,Takasugi H,Ohashi H,et al. Stratification of pediatric heart failure on the basis of neurohormonal and cardiac autonomic nervous activities in patients with congenital heart diseaseJ.Cir 2 culation,2003,108(19):2368-2376. 12 張道斌,楊健紅.心率變異性的研究現(xiàn)狀J.海軍醫(yī)高專學(xué)報(bào),1998,20(1):31-3513王躍生.冠心病62 例的心率變異時(shí)域分析J. 中國冶金工業(yè)醫(yī)學(xué)雜志，2004，21（1）：32. 14 張復(fù)生， 閆曉霞. 北京航天醫(yī)學(xué)工程研究所J. 心臟雜志， 2000， 2: 122-125.15盧山，基于時(shí)頻分析的心率變異性研究D，重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院，重慶大學(xué)，200416 Kinugasa H, Hirayanagi K. Effects of skin surf