高温对猪心率变异性[2]...doc

1短期高温对猪心率变异性的影响孙亚楠 郭玉光 颜培实（南京农业大学动物科技学院 江苏南京 210095）摘要：心率变异性(Heart Rate Variability)可描绘心动周期的微小差异,为衡量自主神经兴奋性的敏感指标. 本文以时域、频域分析分析猪对高温的反应,高温组SDNN、RMSSD、HF、LF降低,LF/HF 升高。结果表明：当猪受到短期高温刺激后，副交感神经兴奋性下降，交感神经兴奋性增强。关键词：高温 自主神经系统 时域分析 频域分析 Acute heat-stress on pigs Heart Rate VariabilitySUN Ya-nan, GUO Yu-guang, 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, 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;time autonomic nervous system;domain analysis; frequency domain analysis 正常的心动周期并不是恒定的，而是存在着微小的差异，R-R间期的微小变化称为心率变异性（Heart Rate Variability，HRV）。心率变异性作为一种反应自主神经系统（autonomic nervous system）兴奋性的敏感指标应用于医学临床研究。HRV大则对心脏的调节能力较强，HRV越小则能力减弱，因而不能很好的适应环境的变化。心率变异受短时程因素（呼吸、血压）和长时程因素（生物节律、体温变化）等诸多外周和中枢因素的影响 。打击乐会使动物心率变缓，SDNN、RMSSD和HF值升高，自主神经兴奋性加强1。噪声能使发酵床垫料散养三黄鸡心率加快，交感神经兴奋性提高2。体温及环境温度的变化影响着心血管活动的调节，人们对低温对HRV影响的研究较多，Malik和Camm3提出HRV功率谱不直接反映自主神经活动，而是更为精确地反映自主神经系统在心脏水平的调节。LF /HF的变化表明体温开始降低时突触后心脏交感神经的活动并不明显，而体温显著降低并引起寒战时则明显增强。张志雄等4发现冷应激后交感兴奋性升高而迷走兴奋性变化不显著。为了研究心脏自主神经变化和低体温处理对HRV的影响，张建义等5分析了41例重症脑损伤患者的动态心电图，认为中枢神经系统的伤可引起心脏自主神经的异常作用并降低HRV，低体温处理可以使HRV 的降低更显著。而高温对在体心脏HRV的文献鲜有报导。根据心电图采集时间的长短，可分为长时程（24小时）HRV分析和短时程（5分钟）HRV分析6-7。长时程HRV分析测定时间长，能反应HRV的变化规律，但影响因素较多；短时程HRV分析由于测定时间短、容易控制试验条件。本研究采用短时HRV分析，测定时域指标：心动周期、SDNN、RMSSD;频域指标:LF、HF、LF/HF、VLF、ULF。1材料与方法1.1试验动物 由南京顺帆养猪专业合作社购入二元公猪（杜洛克长白）4头，2009年11月试验期间的平均体重为43.75Kg.人工气候室内于发酵床上群养，每日9：30，15：00和19：00定时饲喂，个体饲喂量为2倍的维持需要量，自由饮水。饲料购于南京禾嘉牧业有限公司。1.2试验方法 由于心率变异性的个体变异较大，故本实验采用自身配对设计。常温组为室温：1420。高温组将人工温度控制室的温度在短时间内升至30，维持5h开始实验。预试期4天，使猪只适应试验环境和条件，减少正式试验时的应激。环境温度通过干湿球温度计读取。测定HRV时，使用心电图机（ECG6511，日本光电），将蘸有饱和食盐水的电极固定于猪只身体相应位置，选用标准导联。测定时间为5min。测定时保持猪只安静状态，反应强烈的猪只不进行测定。1.3 HRV指标 有时域和频域两种指标。时域指标主要有8-9：（1）心动周期：心脏每收缩和舒张一次所用的时间，单位：秒（ms）。（2）SDNN（Standard deviation of all R-R interval）：全部R-R间期的标准差（单位：ms）；（3）RMSSD（root-mean-square of successive differences）：相邻R-R间期差值的均方根（单位：ms）。频域分析指标主要有10：(1)HF（high-frequency）：高频成分，功率谱图中落在0.040.15Hz区间内的面积；（2）LF（low-frequency）：低频成分，功率谱图中落在0.150.4Hz区间内的面积；（3）LF/HF：低频与高频的比值；（4）VLF：极低频成分，功率谱图中落在0.003-0.04Hz 区间内的面积；（5）ULF：超低频成分，功率谱图中落在小于0.003Hz区间内的面积。1.3统计方法 剔除波形不好的心电图，量取心电图每个正常心动周期的长度，通过ORTOScience软件计算心率变异性各指标。数据采用Excel2003进行数据处理，并作图。写清楚2 结果心动周期，时域指标的第一个就是2.1时域指标从图中可以看到，高温组与常温组相比，心动周期增大，心率变慢。SDNN主要反应交感及副交感神经张力大小，用来评价自主神经系统受损与恢复的总体程度。RMSSD主要反映迷走神经兴奋性。由图可知，高温组与常温组相比，SDNN和RMSSD数值均降低，说明自主神经系统受损，调节能力下降，副交感神经张力下降。2.2频域指标 频域分析的结果表明，高温组与常温组相比，HF数值均降低；LF除个体3外，呈下降趋势。表明交感和副交感神经兴奋性均下降。LF/HF可以作为衡量交感神经活性的指标，个体1和个体2数值下降，个体3和个体4数值上升。VLF和ULF数值均呈下降趋势。3 分析与讨论 心率变异性 (Heart Rate Variability, HRV )是指逐次窦性心搏间心动周期的微小变异,它能够量化反映自主神经系统对窦房结的调节，是近年发展起来的一项无创、定量评估迷走与交感神经活动的方法。HRV信号中蕴含了有关心血管调节的大量信息,对这些信息的提取和分析可以定量评估心脏交感神经和迷走神经活动的紧张性、均衡性。HRV 的检测作为反映自主神经功能状态的定量指标11, 在国内外已广泛应用于多种临床疾病的研究，已报告的涉及几乎所有的心血管和糖尿病以及不少非心血管病12。 在交感神经活动增强时,HRV减小,副交感活动增强时,HRV增大13。 Hubert Heitman等 14 曾经做过关于环境温湿度变化时对猪体温、呼吸频率、脉搏等的影响，其结果如图1：图1 空气温度对猪心率的影响由图可以看出，随着温度升高，心率有下降的趋势。与本实验结果相同（见本文2.1时域指标）。Regan 和 associates关于温度变化对奶牛心率的影响的研究中也发现同样情况。而Robinson 和Lee在做关于猪相同研究时得到了心率上升的截然不同的结果。Hubert Heitman,Jr.,and E.H.Hughes认为之所以有此差异是因为实验过程中猪皮肤干燥程度及处于实验状态的时间有关：皮肤潮湿和对实验条件的适应可使猪心率变缓。HRV的时域指标SDNN主要反映交感及迷走神经张力大小，用来评价自主神经系统受损与恢复的总体指标。RMSSD 主要反映HRV的快变化，即副交感神经张力的敏感指标。HRV的时域指标SDNN 、RMSSD 等可较好地反映心脏迷走神经的功能状态，其值降低，反映迷走神经的功能减退，HRV 缩小；其值增加，反映迷走神经的功能良好，HRV大。HRV的频域指标：VLF反映心率变化受热调节(体温)，血管舒缩张力和肾血管紧张素系统的影响;LF反映交感和迷走神经的双重调节，其谱峰出现在0.1Hz左右，表现出与血压的相关性;HF只反映迷走神经的调节，其谱峰出现在0.25Hz左右，表现出与呼吸活动的相关性;TP反映HRV大小，LF/HF比值则反映自主神经系统的平衡状态，基本上代表交感神经张力的高低15。 本研究结果显示，当经过短期高温热应激后，4个个体SDNN 、RMSSD值均降低，表明高温应激使得迷走神经的功能减退，HRV变小。本人认为，当受试动物个体受到短期高温热应激后，副交感神经兴奋性降低，体表温度上升，呼吸加快，运动减少，从而减少产热，增加散热，这使得机体对心脏的调节能力减弱。 Kinugasa 和 Hirayanagi 16 研究了体表温度的冷热对人 HRV 的影响 , 随着体表温度升高 , HRV 的 HF 成分降低 ,LF/HF 增高。 认为体表温度的升高可引起心脏副交感神经活动抑制和交感神经活动增强。原文的什么地方，我没看到。对不起，文献序号来回改，发现标错文献了本实验中，高温组与常温组相比，除个体2外，其他三个受试动物HF成分均下降。表明副交感神经张力下降，这与本实验时域分析得到的结果一致。LF/HF的变化存在一定差异，个体1高温应激后HF/LF值变化不大，个体2明显下降，个体3和4出现不同程度的上升。个体1可能是由于对高温环境产生了适应性，个体2可能是因为受到了其他没有注意到的外界刺激所致结合前面数据综合分析，可知，在LF/HF变化中，交感神经兴奋性占优势，而副交感神经兴奋性下降。有报道显示，VLF的变化与温度刺激关系很大，在本研究中，四个个体受到高温应激后VLF成分均呈明显下降。ULF的意义现在还没有明确的定义。 一般认为，交感神经强烈地动员机体，以损害机体地长时程健康为代价来实现短时程地应急这个是黏贴张银生师兄的，我理解的是受到应激后，交感神经兴奋实现暂时应急；而副交感神经平和地活动，以保持机体长时程地良好状态。交感神经和副交感神经不可能同时强烈地兴奋，因为它们总的目标是矛盾的17。但是当两者同时对心脏发生作用时，其总的效应并不等于两者分别作用时发生效应的代数和。在多数情况下，心迷走神经的作用比交感神经的作用占有较大的优势18-20。在本实验中，当猪受到短期高温刺激后，副交感神经兴奋性下降，交感神经兴奋性增强，从而来适应外界环境温度的突然升高。 所谓应激是机体在各种内外环境因素及社会、心理因素刺激时所出现的全身性非特异性适应反应，又称为应激反应。应激反应指所有对生物系统导致损耗的非特异性生理、心理反应的总和。在动物机体产生应激时，应激原使交感-肾上腺髓质系统发挥作用，外周效应表现为血浆肾上腺素、去甲肾上腺素浓度的迅速升高21。儿茶酚胺（肾上腺素和去甲肾上腺素均为儿茶酚胺类物质）分泌增加，引起一系列的心血管反应。而心率变异性的变化，正是由于神经-体液的调节。所以，可将心率变异性作为动物是否处于应激状态的指标之一。综上所述，心率变异性是目前测定自主神经功能简便、无创、可定量、重复性强的新方法，可用来作为评价畜舍温度是否适宜的一项指标。 参考文献：1 张银生，音乐对心率变异性影响D，南京农业大学动物科技学院，南京农业大学，2007.2 吴懿，噪声对鸡的行为、心率变异性和卵巢组织形态的影响D，南京农业大学动物科技学院，南京农业大学，2009.3Malik M and Camm A J. Heart rat variabilityJ. Clin. Cardiol, 1990, 13 (8): 570 476.4张志雄, 梁列新, 侯晓华. 冷应激对健康人直肠动力及自主神经功能的影响J. 胃肠病学和肝病学杂志, 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): 346.6Makoto Iwanaga,Asami Kobayashi,Chie Ka. Heart rate variability with repetitive exposure to musicJ. Biological Psychology,2005,1-6.7张道斌,杨健红.心率变异性的研究现状J.海军医高专学报,1998,20(1):31-358 Iwanaga M，Kobayashi A，Kawasaki C. Heart rate variability with repetitive exposure to music J.Biological Psychology，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 journal of cardiology， 2002(89): 50-53.11 Huchi H,Takasugi H,Ohashi H,et al. 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