摄食行为对小型猪心脏自主神经功能的影响

潘永明，陈 亮，何 欢，徐孝平，陈民利

（浙江中医药大学动物实验研究中心/比较医学研究中心，杭州 310053）

摄食行为是动物和人的本能之一，以获取适当的营养，满足机体的能量需要。摄食的调控是一个受多种因素影响的复杂系统［1］，并受到高级大脑认知活动的控制，神经生理学研究表明，下丘脑不仅是动物的皮质植物性中枢，也是神经内分泌的中心［2］，其将调节内脏活动与其它生理活动联系起来，并经下丘脑各神经区域通过接受、整合、发放食欲信号相互联系，相互影响，从而达到对食欲的调节，以维持动物的体重和体脂的相对恒定，并有研究证实交感神经系统能改变采食行为和体重［3］。心率变异性（heart rate variability，HRV）作为分析自主神经系统活动的敏感性评价手段，能有效评估人类或其它动物的应激状态、情绪变化和病理进程［4，5，6］，其高频（high frequency，HF）和低频（low frequency，LF）成分分别可反映副交感神经和交感神经的活动［7］，且LF/HF比值亦反映了交感和迷走神经的平衡状况。

随着人们生活水平的提高，与摄食行为相关的疾病也越来越受到关注，如肥胖、冠心病、糖尿病、动脉粥样硬化等疾病，且临床资料显示代谢综合征、冠心病和糖尿病等疾病均可引起 HRV的降低［8］。巴马小型猪是我国特有小型猪的品种之一，且与人类的解剖、生理以及疾病发生机理等多方面具有相似性，深受实验研究者的青睐。目前在代谢综合征、冠心病、糖尿病等疾病动物模型复制中大多需要高脂诱导，因此，摄食是一个重要的环节，研究小型猪摄食行为对心脏自主神经功能的影响，有助于深化了解代谢性疾病和心脑血管疾病的发生机理和改善摄食行为具有重要指导意义；虽然，近年来对摄食行为的研究探讨大多局限在瘦素、神经肽、胰岛素以及胆囊收缩素等相关神经递质和激素的探讨，对心脏自主神经活动的研究报道甚少。因此，本文利用大动物无创生理遥测技术，通过观察摄食行为对小型猪心脏自主神经功能的影响，探讨小型猪摄食行为整个过程中心脏自主神经活动规律及相互关系。

1 材料和方法

1.1 实验动物

普通级巴马小型猪4只，体重25～30 kg，雄性，由上海市南汇区老港镇华新特种养殖场提供（SCXK［沪］2007-0013），常规饲养于浙江中医药大学动物实验研究中心（SYXK［浙］2008-0116），环境温度为22±3℃，相对湿度为50±20％。饲喂普通营养饲料和自由饮水，12 h/12 h明暗交替。

1.2 主要仪器

EMKA大动物无创生理信号遥测系统，法国EMKA公司生产。

1.3 方法

1.3.1 动物训练

小型猪适应性恢复饲养2周后，若无异常后则进入实验阶段。在正式实验前，给小型猪进行为期3 d的马甲适应性训练，训练方式如下：①第1天上下午给小型猪穿上马甲适应1 h；②第2天穿马甲适应6～8 h；③第3天穿马甲适应24 h。第4天给所有动物剃毛，贴上ECG电极，穿好马甲后放回笼内饲养。

1.3.2 摄食诱导

首先观察小型猪摄食前的心电图及活动情况，然后于上午8：30给予小型猪250 g的饲料作为摄食诱导，观察小型猪摄食过程（IP）、摄食后此刻（AI）、摄食后2h、4h的心电图及活动情况，并在下午重复上述操作方法，于15：30进行重复摄食诱导实验，实验操作流程见图1。

图1 小型猪摄食行为观察Fig.1 Feeding behavior observation in m iniature swine

1.3.3 数据采集及分析

小型猪Ⅱ导联心电图和活动信号均连续记录于EMKA IOX软件中，心电图放大倍数为500 Hz，活动放大倍数为100 Hz，并用 EMKA“ECGAuto”V2.6.0.10软件进行自动化分析心电图和活动指标。心率变异性分析时，首先用计算机程序进行R波检测，计算RR间期（RRI），并根据图形同步进行手工剔除分析异常的 RRI后，进行时间排序，并自动HRV分析，时域分析指标以 RR间期的标准差（SDNN），相邻 RR间期差值平方和的均方根（RMSSD）表示；按文献［9］采用 FFT功率谱分析，获取总功率（TP）、极低频功率（VLF）、低频功率（LF）和高频功率（HF），并进行LOG化，并对LF和HF进行标准化计算［LFnu或HFnu=LF或HF/（Total power-VLF）］，计算LF/HF平衡指数。

1.4 统计学处理

2 结果

2.1 摄食行为对小型猪RRI和自主活动的影响

与摄食前（BI）比，小型猪摄食过程（IP）中RRI显著降低（P＜0.01），自主活动明显增加（P＜0.01）；与摄食过程（IP）比，小型猪摄食后（AI）RR间期随着恢复时间的延长逐渐升高，并在摄食后AI 2 h和4 h时差异显著（P＜0.01），而自主活动随摄食后恢复时间的延长而逐渐降低，并在AI、AI 2 h和4h时均差异显著（P＜0.01），见图2。

2.2 摄食行为对小型猪心率变异性时域分析指标的影响

图2 摄食行为对小型猪RRI和自主活动的影响Fig.2 Effect of feeding behavior on RRI and autonom ic activities in miniature swine

与BI比，小型猪摄食过程（IP）中HR明显加快（P＜0.01），SDNN和RMSSD均有所降低，但差异不显著（P＞0.05）；与IP比，小型猪摄食后（AI）HR和RMSSD均有所升高趋势，其中HR在摄食后AI 2 h和4 h时差异显著（P＜0.01）；而SDNN则在摄食后进一步降低，直到摄食后 AI 2 h后开始有所恢复，但差异不显著（P＞0.05），见图3。

2.3 摄食行为对小型猪HRV频域分析指标的影响

图3 摄食行为对小型猪HR、SDNN和RMSSD的影响Fig.3 Effects of feeding behavior on HR，SDNN and RMSSD in miniature swine

与BI比，小型猪摄食过程（IP）中TP、VLF、HF均有显著降低（P＜0.01），且LFnu和LF/HF均显著升高（P＜0.05）；与 IP比，随着摄食后（AI）恢复时间的延长，小型猪TP、VLF、HF和LF/HF均有所恢复，并在摄食后AI2 h、4 h时差异显著（P＜0.05，P＜0.01），见图4。

2.4 小型猪摄食行为活动与心脏自主神经功能的相关性

图4 摄食行为对小型猪HRV频域分析指标的影响Fig.4 Effects of feeding behavior on HRV power spectral analysis indexes in miniature swine

经Pearson相关分析显示，小型猪摄食行为活动 activity与 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）密切相关；进一步采用多元线性逐步回归分析后得到3个相关模型，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，以上相关模型表明小型猪摄食行为与VLF、LF/HF、TP密切相关，且VLF在摄食行为中起主要作用。

3 讨论

随着人们生活水平的提高，对生活习惯性疾病的研究和防治也越来越受到关注，尤其与摄食行为有关产生的疾病。流行病学调查显示冠心病、糖尿病、高血压、脑血管病、动脉粥样硬化、高脂血症、肥胖、癌症，其发病一般都与摄食行为有关，故对摄食行为的研究具有重要意义。摄食行为是指人类或动物机体为维持个体生存、保障机体各器官的功能以及从事各种活动的能量需要所进行的觅食、进食、消化、吸收等各种有关活动。摄食行为除了是一种本能外，还受到高级大脑认知活动的控制；且中医理论认为：“心主神明”，“头者，精明之府”，即表明心与大脑高级中枢神经功能密切相关。因此，心脏活动与摄食行为可能有着密切的联系，故利用大动物无创遥测技术观察摄食行为对小型猪心电和活动的影响，并从心脏自主神经功能的角度探讨与摄食行为的关系。研究结果显示，小型猪在摄食过程中出现心率和自主活动明显的增加，RRI间期明显缩短，说明小型猪在摄食过程中出现明显的心肌兴奋现象；另外，随着摄食后恢复时间的延长，小型猪心率和自主活动明显降低，RRI间期明显延长，表明小型猪摄食后逐渐处于安静状态。可见，小型猪的摄食行为与心脏活动密切相关。

摄食作为一种反射性的活动，受各种外界环境的刺激均可引起胃肠激素的分泌，且激素能作用于传入神经将信号传递给神经中枢，然后由神经中枢信息整合后发出指令，经传出神经到达效应器引起或终止摄食活动，在这个信号传递过程中迷走神经发挥了重要作用［10］。而迷走神经是肠-脑轴中神经解剖的基础，其经食物成分接触胃肠道所引起的进食相关信号传递到中枢神经系统中，介导摄食与消化行为的部位，并对摄食行为进行调节［11］。已有研究证实交感神经系统对增重的病因学中起着重要的角色且影响采食［12］；Bray［12］和 Ravussin［13］的研究均显示肥胖的产生是由于交感神经活动降低所致。本研究结果亦显示小型猪在摄食过程中SDNN、RMSSD、TP、VLF、HF均有所降低，LFnu和LF/HF比值均明显升高，提示摄食行为能引起交感神经活动的增强，且在摄食后恢复过程中交感神经活动又逐渐降低，也说明了交感神经活动异常或迷走神经活动抑制可能是引起动物采食及体重发生异常的主要原因之一。

现代研究证实脑-肠轴中的某些肽类物质所激发产生的信号可控制摄食行为，可分为两大类：一类是刺激摄食的肽类物质，包括神经肽Y（NPY）、食欲素（Orexin）、Ghrelin等，另一类是抑制摄食的肽类物质，包括胆囊收缩素（CCK）、酪酪肽（PYY）、瘦素等［10］；近来也有发现细胞因子亦参与了摄食行为过程，如白细胞介素-1（IL-1）、肿瘤坏死因子-α （TNF-α）和干扰素-α（IFN-α）等［14］。其中神经肽 Y （NPY）通过与Y1或Y5受体结合并传出信号，可抑制交感神经，兴奋副交感神经，具有增加食欲或采食量的作用［15］，且本文相关分析显示小型猪摄食行为与TP、LFnu、HFnu、LF/HF密切相关，证实了摄食行为与心脏自主神经活动密切有关，而NPY所发生的信号亦可能参与心脏自主神经调控过程，究其明确关系还有待于进一步研究。

另外，对于VLF生理意义还不十分明确，目前普遍认为其来源可能既包括温度调节过程，也包括激素对肾素-血管紧张素-醛固酮系统的活动有关［7］，本研究Pearson r相关和多元线性逐步回归分析均显示，VLF不仅可单独调控或协同LF/HF平衡以及TP共同参与调控小型猪的摄食行为。可见，VLF的调控变化在摄食行为过程中起着重要的作用，从而也说明摄食行为的过程可能是体液、神经递质、激素等共同参与和释放的复杂过程。

综上所述，小型猪摄食行为不仅影响心脏活动；而且能引起小型猪心脏自主神经控制能力发生改变，其中VLF在摄食行为过程中占有重要作用，故用HRV频域分析指标可用来评估摄食行为状态以及探讨与摄食行为有关的发生机制。

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