攝食行為對小型豬心臟自主神經(jīng)功能的影響

潘永明，陳 亮，何 歡，徐孝平，陳民利

（浙江中醫(yī)藥大學(xué)動物實驗研究中心/比較醫(yī)學(xué)研究中心，杭州 310053）

攝食行為是動物和人的本能之一，以獲取適當(dāng)?shù)臓I養(yǎng)，滿足機體的能量需要。攝食的調(diào)控是一個受多種因素影響的復(fù)雜系統(tǒng)［1］，并受到高級大腦認(rèn)知活動的控制，神經(jīng)生理學(xué)研究表明，下丘腦不僅是動物的皮質(zhì)植物性中樞，也是神經(jīng)內(nèi)分泌的中心［2］，其將調(diào)節(jié)內(nèi)臟活動與其它生理活動聯(lián)系起來，并經(jīng)下丘腦各神經(jīng)區(qū)域通過接受、整合、發(fā)放食欲信號相互聯(lián)系，相互影響，從而達(dá)到對食欲的調(diào)節(jié)，以維持動物的體重和體脂的相對恒定，并有研究證實交感神經(jīng)系統(tǒng)能改變采食行為和體重［3］。心率變異性（heart rate variability，HRV）作為分析自主神經(jīng)系統(tǒng)活動的敏感性評價手段，能有效評估人類或其它動物的應(yīng)激狀態(tài)、情緒變化和病理進(jìn)程［4，5，6］，其高頻（high frequency，HF）和低頻（low frequency，LF）成分分別可反映副交感神經(jīng)和交感神經(jīng)的活動［7］，且LF/HF比值亦反映了交感和迷走神經(jīng)的平衡狀況。

隨著人們生活水平的提高，與攝食行為相關(guān)的疾病也越來越受到關(guān)注，如肥胖、冠心病、糖尿病、動脈粥樣硬化等疾病，且臨床資料顯示代謝綜合征、冠心病和糖尿病等疾病均可引起 HRV的降低［8］。巴馬小型豬是我國特有小型豬的品種之一，且與人類的解剖、生理以及疾病發(fā)生機理等多方面具有相似性，深受實驗研究者的青睞。目前在代謝綜合征、冠心病、糖尿病等疾病動物模型復(fù)制中大多需要高脂誘導(dǎo)，因此，攝食是一個重要的環(huán)節(jié)，研究小型豬攝食行為對心臟自主神經(jīng)功能的影響，有助于深化了解代謝性疾病和心腦血管疾病的發(fā)生機理和改善攝食行為具有重要指導(dǎo)意義；雖然，近年來對攝食行為的研究探討大多局限在瘦素、神經(jīng)肽、胰島素以及膽囊收縮素等相關(guān)神經(jīng)遞質(zhì)和激素的探討，對心臟自主神經(jīng)活動的研究報道甚少。因此，本文利用大動物無創(chuàng)生理遙測技術(shù)，通過觀察攝食行為對小型豬心臟自主神經(jīng)功能的影響，探討小型豬攝食行為整個過程中心臟自主神經(jīng)活動規(guī)律及相互關(guān)系。

1 材料和方法

1.1 實驗動物

普通級巴馬小型豬4只，體重25～30 kg，雄性，由上海市南匯區(qū)老港鎮(zhèn)華新特種養(yǎng)殖場提供（SCXK［滬］2007-0013），常規(guī)飼養(yǎng)于浙江中醫(yī)藥大學(xué)動物實驗研究中心（SYXK［浙］2008-0116），環(huán)境溫度為22±3℃，相對濕度為50±20％。飼喂普通營養(yǎng)飼料和自由飲水，12 h/12 h明暗交替。

1.2 主要儀器

EMKA大動物無創(chuàng)生理信號遙測系統(tǒng)，法國EMKA公司生產(chǎn)。

1.3 方法

1.3.1 動物訓(xùn)練

小型豬適應(yīng)性恢復(fù)飼養(yǎng)2周后，若無異常后則進(jìn)入實驗階段。在正式實驗前，給小型豬進(jìn)行為期3 d的馬甲適應(yīng)性訓(xùn)練，訓(xùn)練方式如下：①第1天上下午給小型豬穿上馬甲適應(yīng)1 h；②第2天穿馬甲適應(yīng)6～8 h；③第3天穿馬甲適應(yīng)24 h。第4天給所有動物剃毛，貼上ECG電極，穿好馬甲后放回籠內(nèi)飼養(yǎng)。

1.3.2 攝食誘導(dǎo)

首先觀察小型豬攝食前的心電圖及活動情況，然后于上午8：30給予小型豬250 g的飼料作為攝食誘導(dǎo)，觀察小型豬攝食過程（IP）、攝食后此刻（AI）、攝食后2h、4h的心電圖及活動情況，并在下午重復(fù)上述操作方法，于15：30進(jìn)行重復(fù)攝食誘導(dǎo)實驗，實驗操作流程見圖1。

圖1 小型豬攝食行為觀察Fig.1 Feeding behavior observation in m iniature swine

1.3.3 數(shù)據(jù)采集及分析

小型豬Ⅱ?qū)?lián)心電圖和活動信號均連續(xù)記錄于EMKA IOX軟件中，心電圖放大倍數(shù)為500 Hz，活動放大倍數(shù)為100 Hz，并用 EMKA“ECGAuto”V2.6.0.10軟件進(jìn)行自動化分析心電圖和活動指標(biāo)。心率變異性分析時，首先用計算機程序進(jìn)行R波檢測，計算RR間期（RRI），并根據(jù)圖形同步進(jìn)行手工剔除分析異常的 RRI后，進(jìn)行時間排序，并自動HRV分析，時域分析指標(biāo)以 RR間期的標(biāo)準(zhǔn)差（SDNN），相鄰 RR間期差值平方和的均方根（RMSSD）表示；按文獻(xiàn)［9］采用 FFT功率譜分析，獲取總功率（TP）、極低頻功率（VLF）、低頻功率（LF）和高頻功率（HF），并進(jìn)行LOG化，并對LF和HF進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計算［LFnu或HFnu=LF或HF/（Total power-VLF）］，計算LF/HF平衡指數(shù)。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 攝食行為對小型豬RRI和自主活動的影響

與攝食前（BI）比，小型豬攝食過程（IP）中RRI顯著降低（P＜0.01），自主活動明顯增加（P＜0.01）；與攝食過程（IP）比，小型豬攝食后（AI）RR間期隨著恢復(fù)時間的延長逐漸升高，并在攝食后AI 2 h和4 h時差異顯著（P＜0.01），而自主活動隨攝食后恢復(fù)時間的延長而逐漸降低，并在AI、AI 2 h和4h時均差異顯著（P＜0.01），見圖2。

2.2 攝食行為對小型豬心率變異性時域分析指標(biāo)的影響

圖2 攝食行為對小型豬RRI和自主活動的影響Fig.2 Effect of feeding behavior on RRI and autonom ic activities in miniature swine

與BI比，小型豬攝食過程（IP）中HR明顯加快（P＜0.01），SDNN和RMSSD均有所降低，但差異不顯著（P＞0.05）；與IP比，小型豬攝食后（AI）HR和RMSSD均有所升高趨勢，其中HR在攝食后AI 2 h和4 h時差異顯著（P＜0.01）；而SDNN則在攝食后進(jìn)一步降低，直到攝食后 AI 2 h后開始有所恢復(fù)，但差異不顯著（P＞0.05），見圖3。

2.3 攝食行為對小型豬HRV頻域分析指標(biāo)的影響

圖3 攝食行為對小型豬HR、SDNN和RMSSD的影響Fig.3 Effects of feeding behavior on HR，SDNN and RMSSD in miniature swine

與BI比，小型豬攝食過程（IP）中TP、VLF、HF均有顯著降低（P＜0.01），且LFnu和LF/HF均顯著升高（P＜0.05）；與 IP比，隨著攝食后（AI）恢復(fù)時間的延長，小型豬TP、VLF、HF和LF/HF均有所恢復(fù)，并在攝食后AI2 h、4 h時差異顯著（P＜0.05，P＜0.01），見圖4。

2.4 小型豬攝食行為活動與心臟自主神經(jīng)功能的相關(guān)性

圖4 攝食行為對小型豬HRV頻域分析指標(biāo)的影響Fig.4 Effects of feeding behavior on HRV power spectral analysis indexes in miniature swine

經(jīng)Pearson相關(guān)分析顯示，小型豬攝食行為活動 activity與 LnVLF（r=-0.730，P ＜0.01）、LnHF（r=-0.518，P＜0.01）、LnTP（r=-0.717，P＜0.01）、LFnu（r=0.634，P＜0.01）、HFnu（r =-0.634，P＜0.01）和LF/HF（r=0.653，P＜0.01）密切相關(guān)；進(jìn)一步采用多元線性逐步回歸分析后得到3個相關(guān)模型，即（1）activity=9.683-0.852LnVLF，R=0.730，P=0.000、（2）activity= 7.041-0.624Ln VLF+0.283LF/HF，R=0.796，P =0.000、（3）activity= 6.677-4.417LnVLF+ 0.419LF/HF+3.804LnTP，R=0.844，P=0.000，以上相關(guān)模型表明小型豬攝食行為與VLF、LF/HF、TP密切相關(guān)，且VLF在攝食行為中起主要作用。

3 討論

隨著人們生活水平的提高，對生活習(xí)慣性疾病的研究和防治也越來越受到關(guān)注，尤其與攝食行為有關(guān)產(chǎn)生的疾病。流行病學(xué)調(diào)查顯示冠心病、糖尿病、高血壓、腦血管病、動脈粥樣硬化、高脂血癥、肥胖、癌癥，其發(fā)病一般都與攝食行為有關(guān)，故對攝食行為的研究具有重要意義。攝食行為是指人類或動物機體為維持個體生存、保障機體各器官的功能以及從事各種活動的能量需要所進(jìn)行的覓食、進(jìn)食、消化、吸收等各種有關(guān)活動。攝食行為除了是一種本能外，還受到高級大腦認(rèn)知活動的控制；且中醫(yī)理論認(rèn)為：“心主神明”，“頭者，精明之府”，即表明心與大腦高級中樞神經(jīng)功能密切相關(guān)。因此，心臟活動與攝食行為可能有著密切的聯(lián)系，故利用大動物無創(chuàng)遙測技術(shù)觀察攝食行為對小型豬心電和活動的影響，并從心臟自主神經(jīng)功能的角度探討與攝食行為的關(guān)系。研究結(jié)果顯示，小型豬在攝食過程中出現(xiàn)心率和自主活動明顯的增加，RRI間期明顯縮短，說明小型豬在攝食過程中出現(xiàn)明顯的心肌興奮現(xiàn)象；另外，隨著攝食后恢復(fù)時間的延長，小型豬心率和自主活動明顯降低，RRI間期明顯延長，表明小型豬攝食后逐漸處于安靜狀態(tài)?？梢姡⌒拓i的攝食行為與心臟活動密切相關(guān)。

攝食作為一種反射性的活動，受各種外界環(huán)境的刺激均可引起胃腸激素的分泌，且激素能作用于傳入神經(jīng)將信號傳遞給神經(jīng)中樞，然后由神經(jīng)中樞信息整合后發(fā)出指令，經(jīng)傳出神經(jīng)到達(dá)效應(yīng)器引起或終止攝食活動，在這個信號傳遞過程中迷走神經(jīng)發(fā)揮了重要作用［10］。而迷走神經(jīng)是腸-腦軸中神經(jīng)解剖的基礎(chǔ)，其經(jīng)食物成分接觸胃腸道所引起的進(jìn)食相關(guān)信號傳遞到中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，介導(dǎo)攝食與消化行為的部位，并對攝食行為進(jìn)行調(diào)節(jié)［11］。已有研究證實交感神經(jīng)系統(tǒng)對增重的病因?qū)W中起著重要的角色且影響采食［12］；Bray［12］和 Ravussin［13］的研究均顯示肥胖的產(chǎn)生是由于交感神經(jīng)活動降低所致。本研究結(jié)果亦顯示小型豬在攝食過程中SDNN、RMSSD、TP、VLF、HF均有所降低，LFnu和LF/HF比值均明顯升高，提示攝食行為能引起交感神經(jīng)活動的增強，且在攝食后恢復(fù)過程中交感神經(jīng)活動又逐漸降低，也說明了交感神經(jīng)活動異?；蛎宰呱窠?jīng)活動抑制可能是引起動物采食及體重發(fā)生異常的主要原因之一。

現(xiàn)代研究證實腦-腸軸中的某些肽類物質(zhì)所激發(fā)產(chǎn)生的信號可控制攝食行為，可分為兩大類：一類是刺激攝食的肽類物質(zhì)，包括神經(jīng)肽Y（NPY）、食欲素（Orexin）、Ghrelin等，另一類是抑制攝食的肽類物質(zhì)，包括膽囊收縮素（CCK）、酪酪肽（PYY）、瘦素等［10］；近來也有發(fā)現(xiàn)細(xì)胞因子亦參與了攝食行為過程，如白細(xì)胞介素-1（IL-1）、腫瘤壞死因子-α （TNF-α）和干擾素-α（IFN-α）等［14］。其中神經(jīng)肽 Y （NPY）通過與Y1或Y5受體結(jié)合并傳出信號，可抑制交感神經(jīng)，興奮副交感神經(jīng)，具有增加食欲或采食量的作用［15］，且本文相關(guān)分析顯示小型豬攝食行為與TP、LFnu、HFnu、LF/HF密切相關(guān)，證實了攝食行為與心臟自主神經(jīng)活動密切有關(guān)，而NPY所發(fā)生的信號亦可能參與心臟自主神經(jīng)調(diào)控過程，究其明確關(guān)系還有待于進(jìn)一步研究。

另外，對于VLF生理意義還不十分明確，目前普遍認(rèn)為其來源可能既包括溫度調(diào)節(jié)過程，也包括激素對腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)的活動有關(guān)［7］，本研究Pearson r相關(guān)和多元線性逐步回歸分析均顯示，VLF不僅可單獨調(diào)控或協(xié)同LF/HF平衡以及TP共同參與調(diào)控小型豬的攝食行為?？梢?，VLF的調(diào)控變化在攝食行為過程中起著重要的作用，從而也說明攝食行為的過程可能是體液、神經(jīng)遞質(zhì)、激素等共同參與和釋放的復(fù)雜過程。

綜上所述，小型豬攝食行為不僅影響心臟活動；而且能引起小型豬心臟自主神經(jīng)控制能力發(fā)生改變，其中VLF在攝食行為過程中占有重要作用，故用HRV頻域分析指標(biāo)可用來評估攝食行為狀態(tài)以及探討與攝食行為有關(guān)的發(fā)生機制。

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