麻醉大鼠冰水灌耳交感神经响应在心血管调节中的作用
发表时间：2010-03-18 浏览次数：544次
作者：王林杰,董卫军,张丹,赵琦,仝飞舟,曹毅 作者单位：中国航天员科研训练中心，北京100094 【摘要】 目的 研究冰水灌耳刺激引起的交感神经响应、心率以及血压调节之间的内在联系，探讨前庭刺激在心血管调节中的作用。方法 记录正常麻醉(CON)大鼠(n=5)、压力反射去除(SAD)大鼠(n=5)和迷路毁损(VD)大鼠(n=5)在冰水灌耳时内脏大神经传出放电及血压和心率的变化。结果 正常麻醉大鼠灌耳后，血压、心率降低，内脏大神经反应由增强到减弱。压力反射去除大鼠灌耳后内脏大神经活动显著高于迷路毁损大鼠，且两组动物血压呈相反方向变化。内脏大神经放电与呼吸的耦合形式受到灌耳刺激的影响。 结论 半规管输入至少参与了血压的短时调节机制，其作用途径可能涉及呼吸运动的调节机制，在血压调节中压力反射和前庭输入两者作用不同，在某些生理调节过程中可能有协同作用。
【关键词】 交感神经响应；心血管调节；灌耳刺激；血压调节；心率
中长期载人航天后的立位耐力下降是航天医学的重要问题，目前的理论认为立位耐力下降与心血管血压调节改变密切相关，其中涉及压力反射影响、自主神经调节影响，本体肌肉感受器以及前庭系统对血压调节的影响等［1,2］。 前庭刺激影响血压调节的研究开始于Doba和Reis［3］的试验，他们发现双侧横切猫前庭神经，明显影响猫静态头向上仰时立位低血压的代偿能力，提出影响心血管调控的前庭输入来自翻转头动对耳石感受器的作用。Yates［4］等采用0.05～1 Hz绕垂直轴的旋转头动进行前庭刺激，观察交感神经（主要是内脏神经）反射变化，结果发现头向上仰诱发最强的内脏神经活动，提出前庭交感神经系统响应可在血压明显降低之前引起外周血管收缩，是前馈代偿作用机制。此后进行的大量研究也表明，内耳耳石感受器传入参与了运动和姿势变换过程中血压的调节，推测重力变化会影响动物和人体在运动过程中的心血管响应［5］。
Gotoh［6］等采用清醒SD大鼠，对重力改变引起的动脉血压（AP）变化中压力反射和前庭交感神经反射作用进行了研究。发现重力应激引起的AP变化保护中，存在两个调控系统，即压力反射反馈调节系统和前庭前馈控制系统。该研究在超重状态下记录了清醒动物的生理指标，没有观测血压和神经放电的动态变化过程，也未发现血压变化中重力变化的特殊影响。
可见耳石感受器输入在心血管调节中具有重要作用，但半规管输入的作用又是如何呢？崔健［7，8］等观察了冷热灌耳刺激下人皮肤和肌肉交感神经响应变化，发现冷热灌耳诱发眼震期间，皮肤交感输出降低40%左右，眼震过后，输出回升到基础水平60%以上，而冷热灌耳时肌肉交感神经输出增强，且输出不受运动病症状发展影响，推测前庭刺激在不同血管床诱发不同的交感神经响应。该试验目的不是研究前庭交感神经响应在心血管调节中的作用，而是探讨前庭交感神经响应本身。本文主要探讨灌耳刺激水平半规管，前庭交感神经响应与心血管血压调节变化之间的内在联系。在对交感神经响应进行的研究中，多记录肾交感神经活动，而反映内脏血容量调节的内脏大神经研究得较少［9］，本实验记录冰水灌耳刺激水平半规管过程中内脏大神经传出神经活动变化，探讨其与血压和心率变化之间的关系。
方 法
实验动物和分组
成年雄性Wistar大鼠15只(北京维通利华实验动物中心提供)，体重300~450 g，经冰水眼震筛选后，随机分为3组：正常麻醉对照(CON)组（5只）、颈动脉窦去神经支配（sinoaortic denervated，SAD）（5只）和双侧迷路毁损（vestibular destroyed,VD)组（5只）。动物饲养室温度为18~22 ℃，光暗周期为12/12 h，正式实验前动物禁食1 d。
实验设备
采用日本光电Vc11电生理实验系统的高增益放大器放大心电信号（滤波50 Hz~1 kHz），Vc11电生理实验系统的生物电放大器放大神经放电信号（滤波50 Hz~1 kHz），采用美国AD Instruments公司桥式放大器放大血压信号，采用四通道Powerlab主机采集心电、血压和神经放电信号（采样频率10 kHz），并用Powerlab配套软件进行数据分析。
生理信号记录 大鼠用10%乌拉坦（1.5 g/kg，ip）麻醉，用温控仪保持体温在37~38 ℃。分离大鼠右侧颈动脉，进行动脉插管记录血压，同时连接肢体导联记录大鼠的心电信号。大鼠从背部入路，暴露内脏大神经［10］，用玻璃分针细心分离神经纤维后注满温热石蜡。大鼠手术后平衡60 min，然后将分离的内脏神经细束（细丝）挂在单极引导的铂金电极上，记录神经放电。
SAD组 动物仰卧位固定，在颈部中线开口约3 cm，暴露肌肉和包裹颈总动脉、迷走神经和交感神经干的神经血管鞘。仔细分离迷走神经、颈动脉与交感神经干，分离长度约1 cm。双侧切断交感神经干，切除与再生喉神经和喉上神经并行的神经纤维，游离颈动脉窦上压力反射神经纤维，同时切断喉上神经。颈动脉窦游离后，用溶解在乙醇中10％的苯酚敷于其上。灌注实验已经证明这种解剖和处理方法能够完全去神经支配［6］。颈动脉窦去神经支配后，动物恢复1周进行实验。
VD组
实验前3 d，动物用戊巴比妥钠（1%， 40 mg/kg，ip）麻醉后，双耳采用鼓膜穿刺法向中耳内注射对氨基苯砷酸钠（100 mg/ml，50 μl/耳）。文献报道已经证明向中耳腔注射对氨基苯砷酸钠可导致前庭神经的退行性变化［5］。
冰水灌耳
大鼠心电、血压和神经放电信号稳定后，记录冰水灌耳前信号5 min，然后用0 ℃冰水10 ml对动物左耳进行灌水，灌水时间持续约20 s，记录灌耳和灌耳后的生理信号10 min。
统计分析
采用移动平均法测量内脏大神经每分钟的放电反应频率，为避免不同大鼠之间数据的变异性，计算相对于灌耳刺激前平均神经放电频率的每分钟内脏大神经放电反应频率百分数、相对于灌耳前平均心率变化量和平均动脉压变化量。对灌耳前3 min和灌耳后6 min每分钟的平均数据变化用两因素重复测量方差分析进行统计，多组比较采用最小显著性差异方法进行比较。 内脏大神经放电活动（%）=（放电反应频率/基础放电频率）×100% (1) 其中基础放电频率为灌耳前3 min放电平均频率，放电反应频率是灌耳前后每分钟放电平均频率。
结 果
冰水灌耳对大鼠内脏大神经、心电和血压信号的影响 图1给出了不同大鼠在冰水灌耳后内脏大神经放电、血压和心电信号的变化以及呼吸与内脏大神经放电的耦合情况。如图1（A）可见CON大鼠冰水灌耳可引起血压短时降低。由图1（B）可见SAD大鼠在进行冰水灌耳时，血压相对于灌耳前短时降低，灌耳后血压出现明显不稳定，内脏大神经放电出现短时放电增强。5只VD大鼠在毁损后2 d不能自主进食，2只大鼠出现眼出血，体重明显较迷路毁损前减轻50~70 g左右。迷路毁损大鼠在冰水灌耳前，2只大鼠内脏大神经没有自发放电，灌耳后即刻出现少量放电，而后消失；3只大鼠出现少量内脏大神经的自发放电，冰水灌耳后即刻放电出现增加，而后恢复少量的自发放电，然后放电消失。由图1（C）可以看出灌耳后血压不出现降低，血压变得不稳定，有大鼠在灌耳即刻出现心率降低，而后恢复。
如图1（D）（取自VD大鼠实验结果）可见冰水灌耳时，大鼠最先出现调整的是呼吸，呼吸深度加深，吸气相加长，叠加在吸气相的神经放电增加。
不同实验组在灌耳前后内脏大神经放电、心电和血压信号的比较
图2给出了不同实验组大鼠在灌耳刺激前后内脏大神经放电、心率以及血压变化。 图2（A）给出了CON、SAD和VD大鼠灌耳前后内脏大神经活动的变化，可见3组大鼠在灌耳后30 s均出现内脏大神经活动相对基础水平增强，但只有VD大鼠达到显著水平（P<0.05），随后SAD大鼠放电得到保持，而正常麻醉大鼠在灌耳后120 s、360 s， VD大鼠在灌耳后360 s出现内脏大神经活动相对于基础水平显著降低（P<0.05）。
图2（B）给出了CON、SAD和VD大鼠灌耳前后平均动脉压相对于基础水平的改变，可见正常麻醉大鼠在灌耳后240~360 s平均动脉压相对于基础水平显著降低，VD大鼠灌耳后240~360 s平均动脉压相对于灌耳后30 s的平均动脉压显著降低（P<0.05）。
图2（C）给出了CON、SAD和VD大鼠灌耳前后平均心率相对于基础水平的改变，可见3组大鼠灌耳后30 s心率略有增加，随后CON在灌耳后300~360 s心率相对于基础水平降低（P<0.05）。3组比较发现，在灌耳后360 s时SAD大鼠内脏大神经活动显著高于VD大鼠（P<0.05），灌耳后30 s（P=0.051）、60 s（P=0.085）时SAD和VD大鼠血压出现相反方向变化。
讨 论
本实验结果表明刺激半规管与刺激耳石感受器同样影响心血管系统活动，表现为正常麻醉大鼠在冷水灌耳后，血压、心率显著降低，内脏大神经活动由增强到显著减弱。早期实验中科学家在没有记录交感神经活动变化条件下，观察到动物在灌耳刺激后血压降低；单独记录交感神经活动时，大多数前庭刺激引起交感神经反应增强［11］。传统生理学一般认为血压降低时交感神经活动降低，迷走神经活动增强，因此在不记录交感神经放电的实验中，一般可以推论前庭刺激引起血压降低，则交感神经活动减弱。本试验结果与早期实验结果相同，而实验结果与传统理念相悖，说明血压和自主神经系统活动之间的相互关系在不同的生理调节过程中可能会有所不同。以前科学家们对此有两种解释，其一认为前庭作用产生对内脏交感神经输出的刺激，同时抑制了心脏和血管平滑肌的输出；其二认为来自椭圆囊的传入主要是交感兴奋、副交感抑制，半规管和球囊传入则主要是交感抑制、副交感兴奋［11］。在本实验中我们认为虽然老的研究结果表明血压和肾、内脏和心脏血管床的交感输出之间存在交互关系，但交感输出并不简单是血压的相反变化。这一观念已经得到了相关实验的证实，如清醒兔和狗进行性降低血压最终引起肾交感神经活动降低［9］；采用血管紧张素Ⅱ造成急性高血压，外周儿茶酚胺水平检测表明交感神经活动没有变化，而肾去甲肾上腺素水平检测却表明交感神经活动降低［12］。前庭刺激会引起血管紧张素等激素变化［11］，而循环血管紧张素Ⅱ作用的初始靶器官中有最后区，该区缺乏血脑屏障，又称为化学呕吐中枢，与前庭自主神经响应的中枢调节密切相关。可见前庭刺激下血压降低、交感神经活动增强是可能的，血压和自主神经系统活动之间的相互关系比传统理论所阐述的更加复杂。根据麻醉狗和兔上进行的各种实验结果，压力反射只能够代偿65%~75%的动脉血压变化［12］，可以认为半规管输入确实参与了至少血压的短时调节机制。
本实验发现了压力反射和前庭输入对血压影响中的不同作用，SAD大鼠和VD大鼠用在冰水灌耳后血压出现了接近显著的相反方向变化，同时SAD大鼠在灌耳后内脏大神经活动显著高于VD大鼠，说明压力反射和前庭输入在这一生理过程中呈协同作用方式。
本实验还发现内脏大神经放电与呼吸相耦合，灌耳前后呼吸出现明显变化，说明前庭刺激对交感神经、心电以及血压的影响与对呼吸的影响是同时并存的。以前的研究已经表明交感神经活动可由呼吸来确定，但其耦合形式由外周交感神经、动物种系决定，也会随呼吸的机械和化学输入而改变［13］。压力反射和呼吸对交感神经活动影响的中枢作用区域集中于孤束核、延髓尾侧和吻侧区域［13］，前庭刺激引起生理变化的中枢调节也与这些区域有着密切的联系。因此前庭交感神经响应及其与心血管活动关系受到中枢对呼吸调整作用的影响。
本实验采用急性动物实验研究了前庭刺激在短期血压调节机制上的作用，但中长期空间飞行引起的类高血压变化，需要对长期血压调节机制改变在立位耐力下降机理中的作用进行探索。目前清醒动物神经放电遥测记录技术［6］在国际上渐趋成熟，同时可采用呼吸周期诱发神经放电平均技术（CTA）对呼吸和神经放电的耦合机制进行定量研究［13,14］，为我们今后探索前庭刺激在长期血压调节机制中的作用提供了思路和方法的具体参考。
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