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延髓头端腹外侧区神经元电活动与心血管活动相干性的研究

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延髓头端腹外侧区神经元电活动与心血管活动相干性的研究延髓头端腹外侧区神经元电活动与心血管活动相干性的研究 () 168 生理学报 , 1999 年 4 月 , 51 2, 168,174 Acta Physiologica Si nica 延髓头端腹外侧区神经元电活动 3 与心血管活动相干性的研究 # 沈霖霖 彭应杰 吴国强 曹银祥 李 鹏 # ( )上海医科大学生理学教研室 、生物医学工程教研室 , 上海 200032 ( ) 摘 要 本文分析了大鼠延髓头端腹外侧区 RVLM神经元单位电活动与心血管活动的相干 性 , 观察了 RVLM 区神经元电活动对电刺激中脑...
延髓头端腹外侧区神经元电活动与心血管活动相干性的研究
延髓头端腹外侧区神经元电活动与心血管活动相干性的研究 () 168 生理学报 , 1999 年 4 月 , 51 2, 168,174 Acta Physiologica Si nica 延髓头端腹外侧区神经元电活动 3 与心血管活动相干性的研究 # 沈霖霖 彭应杰 吴国强 曹银祥 李 鹏 # ( )上海医科大学生理学教研室 、生物医学工程教研室 , 上海 200032 ( ) 摘 要 本文分析了大鼠延髓头端腹外侧区 RVLM神经元单位电活动与心血管活动的相干 性 , 观察了 RVLM 区神经元电活动对电刺激中脑防御反应区的诱发反应 , 以及对压力感受性反 射的反应 。并用 FFT 对 RVLM 区神经元自发单位放电和血压波进行频域的相干性分析 , 以判断 是否具有心节律 。还分析了 RVLM 区单位放电变异性与心率变异性的相干性 。结果显示 : RVLM () 区大多数神经元对电刺激中脑防御反应区呈兴奋反应 67 %, 70 %神经元放电活动被注射苯肾 上腺素而升高的动脉血压强烈抑制 , 具有心节律的神经元占 64 % , 50 %神经元放电变异性与心 率变异性的高频呈良好的相关 。神经元电活动的频谱分析为深入研究心血管自主神经系统功 能提供了一种新方法 。 关键词 : 神经元电活动 ; 动脉血压 ; 延髓头端腹外侧区 ; 心率变异性 ; 相干分析 学科分类号 : Q424 1 ( ) 延髓头端腹外侧区 RVLM是机体内一个重要的心血管交感活动整合中枢, 包括延 2 ( ) 髓腹侧的旁巨细胞外侧核 PGL在内的 RVLM 区在维持正常血压中起很重要的作用 , 它 也参与应激紧张导致血压升高 , 且是刺激下丘脑和中脑防御反应区引起防御性升压反应 3 ,4 的主要传出通路接替站。因而研究者常以神经元电活动是否具有心节律和对升压反应 5 的敏感性等 , 作为判断 RVLM 区心血管神经元的主要依据 。传统上对生理信号分析的 () 主要方法为观察信号振幅随时间 在时域上的变化情况 , 而较少采用以生理信号中频率 () ( ) 成分 在频域上改变为指标的方法 。本文在进行中脑背侧中央灰质 dPAG电刺激 , 和静 脉注射苯肾上腺素 , 观察对 RVLM 区神经元电活动的影响后 , 应用频域相干分析 法 对 RVLM 区神经元自发单位放电和血压波进行研究 , 以这一简便的方法给出定量的标准来 判断 RVLM 区神经元放电是否具有心节律 。 ( ) 心率变异性 heart rate variability , HRV的频谱分析由于能无创伤地反映自主神经系统 6 ,8 9 的功能而引起了生理学界和临床的日益关注。Malliani 认为 HRV 反映交感2迷走平 衡 , 中枢神经系统的整合作用是其中的首要因素 。本文利用相干分析法 , 对同时记录的 ( ) RVLM 的神经元放电变异性 neuronal discharge variability , NDV和 HRV 信号进行谱分析 , 初步探讨 HRV 的中枢机制 。 1 材料和方法 ( () ) 正常 Sprague2Dawley 大鼠 n = 10 , 体重 250,350 g。用氨基甲酸乙酯 700 mg/ kg和 1998201225 收稿 1998203224 修回 3 ()国家自然科学基金资助项目 No139570182 , 39570272 α() 2氯醛糖 35 mg/ kg混合剂腹腔麻醉 , 行气管插管术 , 自主呼吸 。肛温保持在 37 ?左右 。股 动脉或尾动脉插管 。分离一侧颈外静脉颌下支并插管以备注射苯肾上腺素之用 。将胸廓运 ( ) 动通过张力换能器 TB2611T , Nihon Kohden , J apan和动脉血压信号 、?导心电信号同时输 ( ) 入八道生理记录仪 RM26000 , Nihon Kohden , J apan。动物取俯卧位 , 头部固定在立体定向 10 仪上 。暴露前后囟 , 根据 Paxions 和 Watson 氏图谱, 将一直径为 011 mm 的单极不锈钢刺 (μ) 激电极插至 dPAG 处 , 用串方波 50,100A , 100 Hz , 012 ms , 串长 3 s阴极刺激 ; 得到伴 () 有血压明显升高 4 kPa 以上, 并伴有心率加快 、呼吸加深加快 、竖毛和瞳孔散大等一系列 防御反应的现后 , 用 502 胶水和牙托粉将电极固定在颅骨上 。然后将鼠头前下倾斜约 μ( 45?, 暴露小脑和闩部 , 将尖端直径 < 1 m 的单管玻璃微电极 内充以 2 %滂胺天蓝和 015 10 11 Ω ) mol/ L 醋酸钠溶液 , 直流阻抗在 5,15 m之间参照图谱 和文献垂直插入包括 PGL () 的 RVLM 区 闩前 112,215 mm , 旁开 112,210 mm , 深度 615,710 mm, 引导单位放电 。电 信号经微电极放大器放大和滤波后 , 与心电信号 、血压波信号同步输入“生物信号处理系 () () 统 Model SMUP2PC”上海医科大学生理学教研室研制, 实时进行谱分析 图 1。 图 1 心电 、血压和 RVLM 区神经元单位放电同步记录 ( ) ()Fig11 Synchronous records of electrocardiogram ECG, arterial blood pressure BP () and neuronal discharges NDin RVLM Left trace , ECG; middle trace , BP ; right trace , ND. μ用波宽 012 ms 、频率 1 Hz 、电流 100,150A 的双脉冲刺激中脑防御反应区 , 对 RVLM () 区神经元单位放电作刺激后时间直方图 迭加 100 次, 判断是否与防御反应相关 。 用计算 () 机对单位放电进行直方图分析 1 s/ bin, 经 D/ A 转换后输入生理记录仪与血压 (μ) 进行同步记录 。静脉注射苯肾上腺素 015g/ kg引起升压反应 , 观察神经元是否具有压力 敏感性 。 用教研室编制的软件“Spectrum & Correlation & Coherence”, 以心电同步触发单位放电 () () () ( ND和血压波 BP, 进行平均迭加 5 ms/ bin , 100,300 次, 然后计算两信号的自谱 auto2 (() ) ) spectrum、互谱 cross2spectrum和相干函数 coherence function。所计算数据交迭分段 , 加矩 () 形窗 , 求取每段的快速傅立叶变换 fast Fourier transform , FFT, 最后进行平均求得功率谱密 度函数 。 3 3 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 自功率谱表达式为 : Gf = S f 〃S F, f = S f 〃S F; Gxx x x yy y y 3 ( ) ( ) ( ) 互功率谱表达式为 : Gf = S f 〃S F; xy y x 2 ( ) ?Gf ? xy 2 2 ( ) ( ) 相干函数表达式为 : kf = 0 ?k?1. ( ( ) )Gf 〃Gf xx yy ( ) 对原始的心电信号采样 采样频率为 1 000 Hz, 通过检测 R 波的最大值得到连续 256 个 R2R 间隔序列 , 同时根据每一心动周期计算神经元单位放电数 , 即神经元单位放电变异 () 性 NDV。然后和 HRV 同时进行谱分析 , 根据互谱出现的谱峰计算其相干值 , 分析与 HRV 2 的相关性 。本实验中 , 如果相干系数 k?018 , 则认为两信号在该频率处相关程度高 。实验 μ后向记录电极通以 60A 阴极电流 1 min , 以泳出滂胺天蓝 , 作脑组织冰冻切片 , 中性红染 色 , 鉴定记录部位 。所有数据用 x ?s 表示 。组间差别用 t 检验或用 Mann2Whitney 检验 。P< 0105 被认为差别有显著性意义 。 2 结果 共记录到 30 个单位的神经元电活动 , 这些神经元分布于延髓腹侧的旁巨细胞外侧核 或头端腹外侧网状核 。 211 RVLM 区单位电活动对电刺激 dPA G 的反应 30 个被观察的单位电活动中 , 其中 20 个单位对电刺激 dPAG 有顺行兴奋反应 , 为防御 ( ) 反应相关神经元 。2 个单位被抑制 , 8 个单位无明显反应 表 1。图 2 显示了 1 例 RVLM 区 神经元单位电活动对电刺激 dPAG 的兴奋反应 。 表 1 RVLM 区神经元对电刺激 dPAG 和 苯肾上腺素升压的反应 Table 1 Responses of neurons in RVLM to stimulation of dPAG and pressor of phenylephrine )( PE dPAG dPAG EX ()()20 67 % 1 10 % EX ()()INH 2 7 % 7 70 % ()()8 26 % 2 20 % NE n 30 10 dPAG: dorsal periaqueductal gray ; PE : phenylephrine ; EX : excitation ; INH : inhibition ; NE : no effect ; n : to2 图 2刺激 dPAG 时 RVLM 区单位电活动的反应 tal number of neurons tested. Response of unit activity in RVLM to Fig12 stimulation of dPAG 212 RVLM 区单位电活动的压力敏感性检验 对 RVLM 区防御反应相关神经元中 10 个单位进行压力敏感性检验 , 其中 7 个单位的电 活动能被静脉注射苯肾上腺素升高血压强烈抑制 , 我们认为这些神经元具有压力敏感性 , () 1 个单位被兴奋 , 2 个单位无反应 表 1。图 3 为 1 例具有压力敏感性的电活动反应 。 213 RVLM 区神经元单位放电与血压波的相干性分析 ( 对 28 个 RVLM 区单位电活动与血压波同步进行谱分析 所记录到的 30 个单位中 2 个 2 ) 单位因数据过短 , 不能进行谱分析而略去。结果显示 , ND 与 BP 基频的相干值 k= 01817 2 ?01184 , 将相干系数 k?0180 定义为具有心节律 , 共有 18 个单位 , 其中 15 个单位为防御 图 3动脉血压改变对单位电活动 的影响 Fig13 Effect of change in arterial blood pressure on unit ac2 tivity () Arterial pressure APwas ele2 vated by an iv injection of (μ) phenylephrine 015g/ kg. 反应相关神经元 , 7 个具有压力敏感性的单位中有 6 个具有心节律 。图 4 显示了 1 例具有心 ( 节律的神经元电活动与血压波的谱分析 。两者的基频均为 7103 Hz 即当时心跳为 420 次/ 2 2 ) () min, 该频率相干系数 k= 0198 。其余 10 个单位的 k< 0180 定义为不具有心节律 表 2。 图 4 血压和 RVLM 区神经元放电的谱分析 Fig14 Spectral analysis of blood pressure and neuronal discharge in RVLM () A . ECG2triggered averaging BP signal 5 ms/ bin , 100 sweeps. B . Triggered averaging neuronal discharge in RVLM. C. Auto2spectrum of BP. D . Auto2spectrum of ND. E. Cross2spectrum. F. Coherence . From A and B , neuronal discharge is phasically linked to the cardiac cycle . The relationship of the two signals in 2 frequency domain can be shown in cross2spectrum and coherence k= 0198 in basic frequency. 214 RVLM 区神经元放电变异性和心率变异性的相干性分析 对 28 个 RVLM 区神经元电活动又进行 NDV 和 HRV 同步分析 , 根据互谱上出现的谱峰 2 2计算其相干值 。结果显示 NDV 与 HRV 的高频成分的相干系数为 k= 01779 ?01131 , 将 k 2 () ?0180 视为两信号具有良好的相干性 。共有 14 个单位 k?0180 表 2, 其中 7 个单位具有 心节律 , 7 个单位不具有心节律 。图 5 显示了 1 例 NDV 与 HRV 的谱分析 。 图 5 心率变异性和 RVLM 区神经元放电变异性的谱分析 Fig15 Spectral analysis of HRV and NDV in RVLM A . Time series of R2R interval . B . Time series of NDV. C. Auto2spectrum of HRV. D . Auto2spectrum of NDV. E. Cross2spectrum. F. Coherence . The close correlation between HRV and NDV was observed 2 () in cross2spectrum and coherence k= 0185 in high frequency of HRV about 0116 cycle/ beat. 表 2 RVLM 区 ND 与 BP , NDV 与 HRV 的相干性分析 Table 2 Coherences between ND and BP , and between NDV and HRV 2 2 2 kk?0180 k< 0180 3 3 3 3ND2BP ( )( )( ) BF01817 ?01184 n = 28 1927 ?01060 n = 18 001618 ?01163 n = 10 3 3 3 3 NDV2HRV ( ) ( ) 01779 ?01131 n = 2801884 ?01051 n = 14 HF( ) 01675 ?01098 n = 14 ND : neuronal discharge ; BP : arterial blood pressure ; BF : basic frequency in spectrum ; NDV : neuronal 3 3 3 3 discharge variability ; HRV : heart rate variability ; HF : high frequency in spectrum1 P < 010001. 3 讨论 RVLM 区接受并整合外周多种感受器以及中枢其他核团的传入信息 , 并将其传至脊髓 中间外侧柱 , 在中介各心血管反射活动中起重要作用 。谱分析是将含有不同频率的各种正 弦波组成的信号进行分解 , 功率谱反映了作为频率的函数每个正弦波的幅度的平方 。通过 12 两信号频域上是否相干分析两者的内在联系。本文在电刺激 dPAG 和升高动脉血压 , 观 察 RVLM 区神经元电活动改变的基础上 , 利用频域相干分析法 , 对 RVLM 区神经元自发电 活动和血压信号进行谱分析 。结果提示 RVLM 区 64 %的神经元电活动具有心节律 。所观察的 28 个单位已排除与呼吸节律同步的电活动 。我们以往的实验提示 , 在 RVLM 区具有与呼 13 吸节律同步的神经元放电与血压信号的相干性差。在 18 个具有心节律的单位中 , 其中 有 7 个单位从时间直方图上并不能显示出具有心节律 , 但是它们与血压信号的相干系数都 大于 0180 , 占 18 个具有心节律单位的 39 % 。频谱分析法改变了以往只能从外形上观察神 经元电活动与血压波有否相似节律的局限 。神经元的活动中 , 可能有多种频率的节律混叠 在一起 , 从时域上无法作出判断 , 而频谱分析则可以给出一个客观定量的指标 。 利用相干 分析法 , 对同时记录的 RVLM 区 NDV 和 HRV 进行谱分析 。在 NDV 自谱上显 ( ) 示出与 HRV 谱相应的谱峰 , 以高频峰最为明显 , 极低频和低频成分的分量较小 如图 5,故本文只分析 NDV 与 HRV 频谱中高频的相干性 。在 28 个单位中 , 有 14 个单位与 HRV 的 2 高频成分的相干系数 k?0180 。HRV 的高频峰的中心频率为呼吸频率与心率的比值 , 因此 14 其高频成分反映了人体内呼吸与循环的耦合。NDV 的频谱上出现与 HRV 的高频成分良好的相干性 , 可能反映了这些神经元既接收来自呼吸的信号 , 又接受来自压力感受器的传 入信号 , 进行整合后表现出与 HRV 相干的信息 。在 10 个不具有心节律的单位中 , 7 个单位 2 的 NDV 与 HRV 高频的相干性 k?0180 , 这些神经元从传统意义上来说不具有心节律 , 因 而以往认为不是心血管神经元 。本实验中 , 它们与 HRV 的高频成分显示了良好的相关性 , 提示在 RVLM 区可能存在整合性神经元电活动 , 它们与 HRV 的调节有关 。Montano 等报道 ( ) 了在去大脑猫上 RVLM 区 25 个单位放电与动脉收缩压 SAP变异性的谱分析 , 显示了 15 15 个单位具有与收缩压变异性相同的高频成分。RVLM 区神经元的这种电活动 , 可能反映了经整合后与心率变异性和血压变异性调节有关的电活动 。以上研究结果显示 , RVLM 区 的确是一整合中枢 , 因为它的神经元电活动具有多样性和复杂性 。而神经元电活动的频谱 分析 , 可提供目前尚无法从神经元电活动时域信号中提取的信息 , 为进一步深入研究心血 管自主神经系统的功能提供了一种新方法 。 参 考 文 献 1 Guyenet PG. Role of the ventral medulla oblongata in blood pressure regulation. In : Loeewy AD , Spyer KM. eds. Central Regulation of Autonomic Functions . New York : Oxford University Press , 1990 , 145,167. Brown DL , Guyenet PG. Cardiovascular neurons of the brainstem with projections to the spinal cord. Am J Phys2 2 iol , 1984 , 247 : R1009,R1016. Li P , Lovick TA. Excitatory projections from hypothalamic and midbrain defense regions to nucleus paragiganto2 3 cellularis lateralis in the rat . Exp Neurol , 1985 , 89 : 543,553. () ( Lin Q 林 青. Role of the rostral ventrolateral medulla in stress2induced hypertention. Prog Physiol Sci 生理 4 ) () () 科学进展, 1992 , 23 3: 257,259 in Chinese. Spyer KM. Central nervous mechanisms contributing to cardiovascular control . J Physiol , 1994 , 474. 1 : 1,19. 5 Camm A J , Malik M , Bigger J T , et al . Heart rate variability : Standards of measurement , physiological inter2 6 () pretation , and clinical use . Circulation , 1996 , 93 5: 1043,1065. 7 Malik M , Camm. AJ . Components of heart rate variability 2 what they really mean and what we really measure . Am J Cardiol , 1993 , 72 : 821,822. 8 Hedman AE , Hartikainen J EK , Tahvanainen KUO , et al . The high frequency component of heart rate variability reflects cardiac parasympathetic modulation rather than parasynpathetic“tone”. Acta Physiol Scand , 1995 , 155 : 267,273. Malliani A , Pagini M , Lombardi F , et al . Cardiovascular neural regulation explored in the frequency domain. 9 () Circulation , 1991 , 84 2: 482,492. Paxinos G , Watson C. The Rat B rain in Stereotaxic Coordinates . Australia : Academic Press , 1986. 10 Andrezik JA , Chan2Palay V , Palay SL . The nucleus paragigantocellularis lateralis in the rat . Anat Embryol , 11 1981 , 161 : 355,371. Persson PB , Stauss H , Chung O , et al . Spectrum analysis of sympathetic nerve activity and blood pressure in 12 conscious rats. Am J Physiol , 1992 , 263 : H1348, H1355. () () () Shen LL 沈霖霖, Peng YJ 彭应杰, Wu GQ 吴国强, et al . Coherence analysis between the neuronal 13 ) ( discharge in RVLM and heart rate variability in rats. Acad Period Abstr Chin 中国学术期刊文摘, 1998 , 4 () () 4: 399,401 in Chinese with English abstract. Apple ML , Berger RD , Saul J P , et al . Beat to beat variability in cardiovascular variables : Noise or Music ? 14 () JACC , 1989 , 14 5: 1139,1148. Montano N , Gnecchi2Ruscone T , Porta A , et al . Presence of vasomotor and respiratory rhythms in the discharge 15 of single medullary neurons involved in the regulation of cardiovascular system. J Auton Nerv Syst , 1996 , 57 : 116,122. Acta Physiologica Si nica () Apr. 1999 , 51 2, 168,174 THE CO HERENCE ANALYSIS BETWEEN NEURO NAL D ISC HARGE IN THE ROSTRAL VENTROL ATERAL MED ULL A 3AND THE CARD IO VASCUL AR ACTIVITY IN RATS 3 3SHEN L IN2L IN , PEN G YING2J IE , WU GUO2QIANG CAO YIN2XIANG , L I PENG 3 3 ( Department of Physiology and Department of Biomedical Engineering , )S hanghai Medical University , S hanghai 200032 ABSTRACT () To analyze the coherence between neuronal discharges NDin the rostral ventro2 ( ) lateral medulla RVLMand the cardiovascular activity , we observed the neuronal dis2 charge in RVLM responding to electric stimulation of the defense area of the mid2brain. ( ) Fast Fourier transform FFTwas performed to analyze the coherence between the signals of ND and blood pressure to determine if the ND were cardiac rhythmic . The coherence ()( ) between ND variability NDVand heart rate variability HRVwas also analyzed. The () ( ) results showed : 1majority of the neurons 67 %were excited responding to electric () stimulation in the defense area of the mid2brain ; 2the electric activity of about 70 % of () the neurons were substantially inhibited by administration of phenylephrine ; 364 % of ( ) the neurons were actively synchronous with cardiac cycle ; and 4significant coherence ( ) between NDV and HRV in HF component was shown in a half of the neurons 50 %. The coherence analysis thus provides a new tool to investigate the regulation of the auto2 nomic nervous system. Key words : neuronal activity ; arterial blood pressure ; rostral ventrolateral medulla ; heart rate vari2 ability ; coherence analysis 3 ()Supported by the National Natural Science Foundation of China No139570182 and 39570272
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