呼吸-交感神經(jīng)偶聯(lián)在高血壓發(fā)病中的作用及其機(jī)制研究.pdf

1、高血壓是最常見的一種心血管疾病，其中原發(fā)性高血壓占高血壓發(fā)病率的95％以上，近年來(lái)逐漸被關(guān)注的睡眠呼吸暫停綜合征和代謝綜合征的病人有相當(dāng)比例伴有不同程度的高血壓。嚴(yán)重高血壓常合并中風(fēng)、腎功能衰竭和心力衰竭等并發(fā)癥，致殘率和致死率都很高，嚴(yán)重影響了人們的健康和生活質(zhì)量。高血壓的發(fā)病原因至今尚未完全清晰，遺傳、環(huán)境和行為等因素都和高血壓密切相關(guān)（例如肥胖、胰島素抵抗、高鹽攝入和應(yīng)激等）。流行病學(xué)資料表明，高血壓在我國(guó)的發(fā)病率逐年上升并呈低齡

2、化的趨勢(shì)，因此如何揭示這種疾病的發(fā)病機(jī)理和找尋相應(yīng)的治療手段尤為重要。
　　交感神經(jīng)系統(tǒng)在動(dòng)脈血壓調(diào)節(jié)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，尤其是動(dòng)脈血壓的快速調(diào)節(jié)，然而其是否參與動(dòng)脈血壓的長(zhǎng)期調(diào)控仍存爭(zhēng)議。研究發(fā)現(xiàn)，交感神經(jīng)過(guò)度激活和幾種慢性疾病密切相關(guān)，例如心腦血管疾病、代謝紊亂（包括Ⅱ型糖尿病）和睡眠紊亂（包括睡眠呼吸暫停綜合征）等，其中原發(fā)性高血壓病幾乎都伴有交感神經(jīng)過(guò)度激活，并且高血壓的進(jìn)展和交感神經(jīng)活動(dòng)增強(qiáng)的程度呈正相關(guān)。交感神經(jīng)過(guò)度激活

3、能通過(guò)增加外周血管阻力和心輸出量、激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)，胰島素抵抗以及誘發(fā)中樞和外周炎性反應(yīng)等途徑引起血壓升高。許多因素可影響交感神經(jīng)的緊張性，例如血液循環(huán)中的激素、血漿滲透壓、血Na+水平和心肺活動(dòng)的傳入信息等。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈血氧分壓（PaO2）和二氧化碳分壓（PaCO2）的改變除了興奮化學(xué)感受器調(diào)節(jié)呼吸運(yùn)動(dòng)，還可以導(dǎo)致交感神經(jīng)活動(dòng)異常，并且已經(jīng)成為此領(lǐng)域一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　呼吸-交感神經(jīng)偶聯(lián)（respiratory

4、-sympathetic coupling）是指通過(guò)呼吸和交感神經(jīng)系統(tǒng)存在的解剖和功能上的偶聯(lián)，優(yōu)化通氣-血流比值的一種調(diào)節(jié)機(jī)制。根據(jù)神經(jīng)解剖學(xué)知識(shí)，呼吸和循環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)調(diào)控中樞主要在腦干，參與二者調(diào)控的神經(jīng)環(huán)路之間有復(fù)雜的突觸聯(lián)系。有些核團(tuán)（例如孤束核）既能調(diào)節(jié)呼吸也能調(diào)節(jié)血壓，所以參與呼吸和血壓調(diào)控的神經(jīng)環(huán)路之間可能通過(guò)相互作用，形成一種穩(wěn)態(tài)機(jī)制。從功能學(xué)上看，呼吸運(yùn)動(dòng)可影響心交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)傳出活動(dòng)，使基礎(chǔ)心率（呼吸性竇性心律

5、不齊）和動(dòng)脈血壓（Traube-Hering wave）出現(xiàn)節(jié)律性波動(dòng)，因此呼吸和心血管系統(tǒng)通過(guò)相互協(xié)調(diào)形成一個(gè)動(dòng)態(tài)體系。呼吸-交感神經(jīng)偶聯(lián)的加強(qiáng)常發(fā)生于血?dú)飧淖儠r(shí)，例如低氧或高碳酸血癥一方面刺激化學(xué)感受器引起呼吸反射，同時(shí)通過(guò)中樞神經(jīng)環(huán)路興奮交感中樞進(jìn)而觸發(fā)心血管反射。呼吸-交感神經(jīng)偶聯(lián)的異常改變與許多疾病相關(guān)，如早產(chǎn)兒呼吸暫停、嬰兒突發(fā)性死亡綜合征、阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征、家族性植物神經(jīng)功能障礙癥、Rett綜合征和高血壓病。作為目

6、前一個(gè)研究熱點(diǎn)，呼吸-交感神經(jīng)偶聯(lián)是否為高血壓的重要發(fā)病機(jī)制是亟待解決的問(wèn)題。
　　第一部分：急性低氧對(duì)自發(fā)性高血壓大鼠心肺活動(dòng)的影響
　　目的：
　　觀察急性低氧激活頸動(dòng)脈體化學(xué)感受器對(duì)自發(fā)性高血壓大鼠呼吸和心血管活動(dòng)的效應(yīng)。
　　方法：
　　實(shí)驗(yàn)采用幼年（5周齡，血壓正常）和成年（12-15周齡，高血壓）的自發(fā)性高血壓（SH）大鼠和同齡的血壓正常的Wistar–Kyoto（WKY）大鼠。應(yīng)用無(wú)創(chuàng)全體積描

7、記系統(tǒng)（WBP）評(píng)估低氧性通氣反應(yīng)（HVR）；應(yīng)用無(wú)線生物信號(hào)遙測(cè)系統(tǒng)記錄清醒動(dòng)物動(dòng)脈血壓和心率（HR）。觀察急性低氧（10%O2,5min）對(duì)清醒大鼠呼吸參數(shù)、動(dòng)脈血壓以及心率的影響。麻醉狀態(tài)下同步記錄大鼠膈神經(jīng)放電活動(dòng)（PND）、動(dòng)脈血壓和HR，觀察急性低氧對(duì)麻醉大鼠心肺活動(dòng)的影響。通過(guò)比較急性低氧下竇神經(jīng)完整（CBI）和去竇神經(jīng)（CBD）對(duì)清醒和麻醉大鼠心肺活動(dòng)的影響，探討頸動(dòng)脈體（CB）化學(xué)感受器的參與作用。血?dú)夥治鰧?shí)驗(yàn)觀察 S

8、H和 WKY大鼠在常氧和急性低氧時(shí)PaO2和血氧飽和度。通過(guò) Western blot技術(shù)測(cè)定低氧誘導(dǎo)因子2α（HIF2α）在成年SH和WKY大鼠頸動(dòng)脈體中的表達(dá)差異。
　　結(jié)果：
　　1.在常氧下幼年SH和WKY大鼠潮氣量（TV）、呼吸頻率（RF）和每分通氣量（MV）沒有顯著差異；成年SH比WKY大鼠TV顯著增加（P<0.01），RF有降低的趨勢(shì)，MV沒有顯著差異。結(jié)果表明，幼年SH和WKY大鼠基礎(chǔ)呼吸參數(shù)沒有差異，但成年

9、SH大鼠靜息狀態(tài)下出現(xiàn)深緩的呼吸模式。
　　2.急性低氧刺激時(shí)，兩組大鼠均表現(xiàn)為TV、RF和MV的增加，但是幼年組SH和WKY大鼠組之間的呼吸參數(shù)無(wú)顯著性差異；成年組SH大鼠的潮氣量和每分通氣量比WKY大鼠更高（P<0.01），但是兩組動(dòng)物的呼吸頻率沒有差別。并且去除竇神經(jīng)后SH和WKY大鼠在低氧下的MV沒有顯著差異，結(jié)果提示，成年SH大鼠對(duì)低氧通氣反應(yīng)增強(qiáng)可能與CB有關(guān)。
　　3.清醒條件下，急性低氧引起成年SH和WKY大

10、鼠平均動(dòng)脈壓（MAP）降低，兩者降低的幅度沒有顯著性差異；急性低氧后兩組動(dòng)物HR都加快，并且SH較WKY大鼠HR升高的幅度更大（P<0.05）。結(jié)果表明，低氧激活SH大鼠CB導(dǎo)致心交感神經(jīng)傳出活動(dòng)顯著增強(qiáng)。
　　4.麻醉狀態(tài)下，急性低氧刺激后CSI組大鼠PND頻率都增加，其中SH比WKY大鼠增加的更為明顯（P<0.01），而CSD動(dòng)物在低氧時(shí)膈神經(jīng)放電頻率基本沒有變化，說(shuō)明急性低氧導(dǎo)致大鼠膈神經(jīng)放電頻率的增加與頸動(dòng)脈體有關(guān)，并且S

11、H大鼠頸動(dòng)脈體的低氧敏感性升高。
　　5.急性低氧顯著降低麻醉大鼠的MAP，竇神經(jīng)完整的SH和WKY大鼠MAP降低的幅度沒有差別，而去除竇神經(jīng)的SH大鼠MAP降低的幅度大于WKY大鼠（P<0.05）；急性低氧導(dǎo)致竇神經(jīng)完整的SH大鼠HR加快而WKY的HR降低（P<0.01）。去除竇神經(jīng)后低氧使兩組大鼠 HR都降低，而 SH比 WKY大鼠降低的幅度更大（P<0.05）。結(jié)果提示，低氧激活SH大鼠CB引起的交感神經(jīng)傳出活動(dòng)顯著增強(qiáng)。<

12、br>　　6.血?dú)夥治鼋Y(jié)果表明，在常氧時(shí)四組大鼠PaO2和血氧飽和度沒有顯著差異；急性低氧后，PaO2和氧飽和度與常氧狀態(tài)相比均出現(xiàn)顯著降低，各組動(dòng)物之間沒有顯著差異。常氧下各組大鼠動(dòng)脈血pH值沒有顯著差異，急性低氧時(shí)CSI組SH和WKY大鼠血液pH值都升高（P<0.05），而CSD組大鼠沒有發(fā)生變化。
　　7. Western blot實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SH大鼠頸動(dòng)脈體HIF2α蛋白表達(dá)比WKY大鼠明顯降低。
　　小結(jié)：

13、>　　急性低氧激活SH大鼠CB引起增強(qiáng)的通氣反應(yīng)和交感神經(jīng)傳出活動(dòng)，這種現(xiàn)象可能與SH大鼠CB對(duì)低氧的敏感性升高有關(guān)。SH大鼠頸動(dòng)脈體HIF2α低表達(dá)是否與CB的氧敏感性升高有關(guān)需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)。
　　第二部分：呼吸-交感神經(jīng)偶聯(lián)的放大效應(yīng)促進(jìn)高血壓的發(fā)生
　　目的：
　　探討呼吸-交感神經(jīng)偶聯(lián)在 SH大鼠是否參與高血壓的發(fā)生。
　　方法：
　　實(shí)驗(yàn)采用幼年（5周齡）和成年（12-15周齡）的自發(fā)性高血壓（

14、SH）大鼠和同齡的血壓正常的Wistar–Kyoto（WKY）大鼠。聯(lián)合應(yīng)用WBP和無(wú)線生物信號(hào)遙測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)記錄和分析清醒大鼠在吸入不同濃度 CO2刺激時(shí)的高碳酸性通氣反應(yīng)（HCVR）、動(dòng)脈血壓以及心率的變化。在麻醉大鼠，應(yīng)用呼吸機(jī)維持機(jī)械通氣，CO2分析儀監(jiān)測(cè)呼氣末 CO2濃度（ETCO2）并維持 ETCO2=3~4%作為基礎(chǔ)狀態(tài)，切斷迷走神經(jīng)和頸動(dòng)脈竇神經(jīng)，同步記錄 PND、腎交感神經(jīng)放電（RSNA）、動(dòng)脈血壓和HR。通過(guò)增加吸入

15、氣中CO2濃度誘導(dǎo)大鼠高碳酸血癥，通過(guò)過(guò)度通氣誘導(dǎo)大鼠低碳酸血癥，分別觀察SH和WKY大鼠在高碳酸血癥和低碳酸血癥時(shí)上述指標(biāo)和T-H波的變化。動(dòng)脈采血，分析在不同ETCO2時(shí)SH和WKY大鼠動(dòng)脈血pH和PaCO2的差異。
　　結(jié)果：
　　1.暴露于純氧下（100%O2,0%CO2），幼年SH與WKY大鼠的呼吸參數(shù)無(wú)顯著差異。隨著吸入氣中CO2濃度升高，兩組大鼠TV、RF和MV逐漸升高。當(dāng)吸入5%和8% CO2時(shí)，SH大鼠的M

16、V顯著高于WKY大鼠（P<0.05）。
　　2.吸入純氧時(shí)，成年SH與WKY大鼠的MV沒有顯著差別，但是SH大鼠TV高于WKY（P<0.05），表明成年SH大鼠呼吸模式發(fā)生改變。隨著吸入氣中CO2濃度升高，兩組成年大鼠RF逐漸升高但是沒有顯著差異，而SH比WKY大鼠TV和MV顯著升高（P<0.01 at5-8% CO2）。去除CB的神經(jīng)支配（CSD）對(duì)上述結(jié)果無(wú)顯著影響。提示外周化學(xué)感受器對(duì)SH和WKY大鼠的高碳酸性通氣反應(yīng)的差異

17、性無(wú)明顯影響。
　　3.隨著吸入氣中CO2濃度升高兩組CSI大鼠平均動(dòng)脈壓（MAP）和HR逐漸升高，SH大鼠的HR增加的幅度（P<0.01 at5-8%CO2）比 WKY大鼠更大，同時(shí) SH大鼠 T-H波幅度也比 WKY大鼠更大（P<0.05 at8%CO2）。手術(shù)切除頸動(dòng)脈竇神經(jīng)后CO2引起的上述效應(yīng)仍然存在，提示外周化學(xué)感受器對(duì)高碳酸引起的SH和WKY大鼠心血管反應(yīng)的差異性無(wú)明顯影響。
　　4.高碳酸血癥時(shí)（ETCO2=

18、6%and8%），兩組麻醉大鼠PND幅度均增加，并且SH大鼠PND幅度比WKY大鼠更大（P<0.05）。高碳酸血癥引起大鼠動(dòng)脈血壓逐漸升高，并且SH大鼠MAP增加的幅度比WKY更大（P<0.05 at ETCO2=6%,P<0.01 at ETCO2=8%）。此外，SH大鼠T-H波的幅度比WKY大鼠更大（P<0.01）。高碳酸血癥引起兩組大鼠 RSNA均增強(qiáng)，SH大鼠 RSNA積分比 WKY大鼠更大（P<0.01），并且RSNA增加的幅

19、度也比WKY大鼠更大（P<0.01 at ETCO2=8%）。
　　5.低碳酸血癥時(shí)，隨著ETCO2的降低，大鼠膈神經(jīng)放電幅度和頻率逐漸降低，在ETCO2=1%時(shí)SH和WKY大鼠相比沒有顯著性差異。隨著ETCO2的降低大鼠血壓也逐漸降低，在ETCO2=1%時(shí)SH比WKY大鼠MAP降低的幅度更明顯（P<0.05），同時(shí)SH與WKY大鼠血壓、T-H波和RSNA沒有顯著差異。
　　6.大鼠ETCO2與PaCO2和血液 pH值都呈線

20、性相關(guān)，在相同ETCO2時(shí)SH大鼠與WKY大鼠血液PaCO2和pH值沒有顯著性差異。
　　小結(jié)：
　　SH大鼠的中樞呼吸化學(xué)感受器敏感性升高，引起HCVR增強(qiáng)和交感神經(jīng)系統(tǒng)的過(guò)度激活，促進(jìn)了高血壓的發(fā)生。
　　第三部分：自發(fā)性高血壓大鼠中樞呼吸化學(xué)感受器敏感性增高的機(jī)制
　　目的：
　　探討SH大鼠斜方體后核（RTN）和孤束核（NTS）神經(jīng)元的CO2敏感性是否升高以及可能的機(jī)制。
　　方法：
　

21、　實(shí)驗(yàn)采用12-15周齡雄性SH和血壓正常的WKY大鼠。為評(píng)估RTN和NTS神經(jīng)元對(duì)CO2的敏感性是否升高，應(yīng)用c-fos來(lái)標(biāo)記CO2敏感性神經(jīng)元，比較SH和WKY大鼠c-fos免疫反應(yīng)陽(yáng)性（c-fos+）的神經(jīng)元數(shù)目的差異。此外，應(yīng)用Western blot技術(shù)，分析兩組大鼠RTN和NTS的pH敏感性通道或參與呼吸調(diào)節(jié)的信號(hào)分子的表達(dá)是否異常。
　　結(jié)果：
　　1.SH大鼠RTN和NTS的c-fos+神經(jīng)元數(shù)目明顯多于WK

22、Y大鼠（P<0.05），提示 SH大鼠有更多 CO2敏感性神經(jīng)元為呼吸節(jié)律中樞提供興奮性驅(qū)動(dòng)。
　　2.在RTN，SH大鼠的TASK-1、TASK-2、ASIC3、Kv12.1通道和Orexin receptor2蛋白水平上調(diào)（P<0.05），而TASK-3表達(dá)下調(diào)（P<0.05）。ASIC1、ASIC2、Kv12.2、Kv7.2、Kv7.3、Kv7.5、Kir2.3、Orexin receptor1在兩組大鼠表達(dá)無(wú)差異（P>0.

23、05）。
　　3.在NTS，SH大鼠的ASIC1、ASIC2和Kv12.1通道蛋白表達(dá)上調(diào)（P<0.05），而TASK-2、ASIC3、Kv12.2通道和Orexin receptor1下調(diào)（P<0.05）。TASK-1&3，Kv7.2、Kv7.3、Kv7.5、Kir2.3和Orexin receptor2在兩組大鼠表達(dá)無(wú)差異（P>0.05）。
　　小結(jié)：
　　SH大鼠RTN和NTS神經(jīng)元化學(xué)敏感性升高，其機(jī)制可能與C

24、O2/H+敏感性通道和Orexin受體的異常表達(dá)有關(guān)。
　　第四部分：慢性低氧適應(yīng)對(duì)糖尿病合并高血壓大鼠腎臟的保護(hù)作用
　　目的：
　　探討低氧適應(yīng)對(duì)2型糖尿病合并高血壓大鼠腎臟的保護(hù)作用及其可能的機(jī)制。
　　方法：
　　SD大鼠隨機(jī)分為三組：糖尿病組（DM，由高脂飲食聯(lián)合小劑量鏈脲佐菌素誘導(dǎo)），糖尿病加慢性低氧處理組（DM+CIHH，糖尿病模型制備成功后，接受28天每天6小時(shí)模擬海拔5000米高原的低氧處

25、理）和正常對(duì)照組（CON）。每周定時(shí)測(cè)定大鼠飲食量、飲水量、尿量、體重和血壓，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后取血測(cè)大鼠血液生化指標(biāo)，留取尿液測(cè)大鼠尿微量白蛋白。取腎臟組織做形態(tài)學(xué)染色，測(cè)定腎組織超氧化物歧化酶（SOD）活力和丙二醛（MDA）含量，使用Western blot方法檢測(cè)轉(zhuǎn)錄生長(zhǎng)因子（TGF-β1）和低氧誘導(dǎo)因子（HIFs）蛋白在大鼠腎組織的表達(dá)。
　　結(jié)果：
　　1.DM和DM+CIHH大鼠空腹血糖明顯高于CON大鼠（P<0.01）

26、，而DM和DM+CIHH大鼠相比沒有差異（P>0.05）。DM和DM+CIHH大鼠血清甘油三酯和膽固醇比 CON大鼠顯著升高（P<0.01），并且DM+CIHH大鼠比DM大鼠明顯降低（P<0.01）。與CON大鼠相比， DM和DM+CIHH大鼠飲食量、飲水量和尿量顯著增加，體重明顯降低（P<0.05），但是DM和DM+CIHH組相比以上指標(biāo)均沒有顯著性差異（P>0.05）。
　　2.DM和DM+CIHH大鼠動(dòng)脈血壓明顯高于CON大

27、鼠（P<0.01），并且DM+CIHH大鼠動(dòng)脈血壓顯著低于DM大鼠（P<0.01）。
　　3.DM和DM+CIHH大鼠24h尿白蛋白總量比CON大鼠顯著增多（P<0.05），并且DM+CIHH大鼠比DM大鼠明顯降低（P<0.01）。
　　4.DM大鼠腎小球面積、系膜區(qū)面積和系膜相對(duì)面積比CON大鼠明顯增加（P<0.05），而DM+CIHH大鼠比DM大鼠顯著改善（P<0.05）。DM大鼠還出現(xiàn)腎小球和間質(zhì)纖維化，并且DM+CI

28、HH大鼠得到了顯著改善（P<0.05）。
　　5.DM組大鼠SOD活力顯著低于CON大鼠（P<0.01），而經(jīng)過(guò)CIHH處理的DM+CIHH大鼠SOD活力明顯高于DM大鼠（P<0.05）。DM大鼠MDA含量比CON明顯升高（P<0.01），而DM+CIHH大鼠則比DM顯著下降（P<0.05）。
　　6.DM大鼠腎皮質(zhì)TGF-β1蛋白表達(dá)比CON大鼠顯著升高（P<0.05），而DM+CIHH大鼠比DM大鼠明顯降低（P<0.05

29、）。DM大鼠腎皮質(zhì)HIF1α和HIF2α蛋白表達(dá)與CON大鼠相比出現(xiàn)明顯下調(diào)（P<0.05），DM+CIHH大鼠HIF1α表達(dá)比DM顯著增加（P<0.05），而HIF2α的表達(dá)在兩組動(dòng)物間沒有顯著差異（P>0.05）。
　　小結(jié)：
　　慢性低氧適應(yīng)對(duì)高脂飲食聯(lián)合小劑量鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的2型糖尿病合并高血壓大鼠模型具有腎臟保護(hù)作用，其作用可能與激活HIF1α，改善氧化應(yīng)激，對(duì)抗糖尿病狀態(tài)下TGF-β1表達(dá)增加和降低血壓有關(guān)。