呼吸—交感神经偶联在高血压发病中的作用及其机制研究

发布时间：2018-03-15 21:49

本文选题：高血压　切入点：呼吸-交感神经偶联　出处：《河北医科大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：高血压是最常见的一种心血管疾病,其中原发性高血压占高血压发病率的95%以上,近年来逐渐被关注的睡眠呼吸暂停综合征和代谢综合征的病人有相当比例伴有不同程度的高血压。严重高血压常合并中风、肾功能衰竭和心力衰竭等并发症,致残率和致死率都很高,严重影响了人们的健康和生活质量。高血压的发病原因至今尚未完全清晰,遗传、环境和行为等因素都和高血压密切相关(例如肥胖、胰岛素抵抗、高盐摄入和应激等)。流行病学资料表明,高血压在我国的发病率逐年上升并呈低龄化的趋势,因此如何揭示这种疾病的发病机理和找寻相应的治疗手段尤为重要。交感神经系统在动脉血压调节中发挥着关键作用,尤其是动脉血压的快速调节,然而其是否参与动脉血压的长期调控仍存争议。研究发现,交感神经过度激活和几种慢性疾病密切相关,例如心脑血管疾病、代谢紊乱(包括Ⅱ型糖尿病)和睡眠紊乱(包括睡眠呼吸暂停综合征)等,其中原发性高血压病几乎都伴有交感神经过度激活,并且高血压的进展和交感神经活动增强的程度呈正相关。交感神经过度激活能通过增加外周血管阻力和心输出量、激活肾素-血管紧张素-醛固酮系统,胰岛素抵抗以及诱发中枢和外周炎性反应等途径引起血压升高。许多因素可影响交感神经的紧张性,例如血液循环中的激素、血浆渗透压、血Na+水平和心肺活动的传入信息等。近年来发现动脉血氧分压(PaO2)和二氧化碳分压(PaCO2)的改变除了兴奋化学感受器调节呼吸运动,还可以导致交感神经活动异常,并且已经成为此领域一个研究热点。呼吸-交感神经偶联(respiratory-sympathetic coupling)是指通过呼吸和交感神经系统存在的解剖和功能上的偶联,优化通气-血流比值的一种调节机制。根据神经解剖学知识,呼吸和循环系统的基础调控中枢主要在脑干,参与二者调控的神经环路之间有复杂的突触联系。有些核团(例如孤束核)既能调节呼吸也能调节血压,所以参与呼吸和血压调控的神经环路之间可能通过相互作用,形成一种稳态机制。从功能学上看,呼吸运动可影响心交感神经和副交感神经传出活动,使基础心率(呼吸性窦性心律不齐)和动脉血压(Traube-Hering wave)出现节律性波动,因此呼吸和心血管系统通过相互协调形成一个动态体系。呼吸-交感神经偶联的加强常发生于血气改变时,例如低氧或高碳酸血症一方面刺激化学感受器引起呼吸反射,同时通过中枢神经环路兴奋交感中枢进而触发心血管反射。呼吸-交感神经偶联的异常改变与许多疾病相关,如早产儿呼吸暂停、婴儿突发性死亡综合征、阻塞性睡眠呼吸暂停综合征、家族性植物神经功能障碍症、Rett综合征和高血压病。作为目前一个研究热点,呼吸-交感神经偶联是否为高血压的重要发病机制是亟待解决的问题。第一部分:急性低氧对自发性高血压大鼠心肺活动的影响目的:观察急性低氧激活颈动脉体化学感受器对自发性高血压大鼠呼吸和心血管活动的效应。方法:实验采用幼年(5周龄,血压正常)和成年(12-15周龄,高血压)的自发性高血压(SH)大鼠和同龄的血压正常的Wistar Kyoto(WKY)大鼠。应用无创全体积描记系统(WBP)评估低氧性通气反应(HVR);应用无线生物信号遥测系统记录清醒动物动脉血压和心率(HR)。观察急性低氧(10%O2,5min)对清醒大鼠呼吸参数、动脉血压以及心率的影响。麻醉状态下同步记录大鼠膈神经放电活动(PND)、动脉血压和HR,观察急性低氧对麻醉大鼠心肺活动的影响。通过比较急性低氧下窦神经完整(CBI)和去窦神经(CBD)对清醒和麻醉大鼠心肺活动的影响,探讨颈动脉体(CB)化学感受器的参与作用。血气分析实验观察SH和WKY大鼠在常氧和急性低氧时PaO2和血氧饱和度。通过Western blot技术测定低氧诱导因子2α(HIF2α)在成年SH和WKY大鼠颈动脉体中的表达差异。结果:1.在常氧下幼年SH和WKY大鼠潮气量(TV)、呼吸频率(RF)和每分通气量(MV)没有显著差异;成年SH比WKY大鼠TV显著增加(P0.01),RF有降低的趋势,MV没有显著差异。结果表明,幼年SH和WKY大鼠基础呼吸参数没有差异,但成年SH大鼠静息状态下出现深缓的呼吸模式。2.急性低氧刺激时,两组大鼠均表现为TV、RF和MV的增加,但是幼年组SH和WKY大鼠组之间的呼吸参数无显著性差异;成年组SH大鼠的潮气量和每分通气量比WKY大鼠更高(P0.01),但是两组动物的呼吸频率没有差别。并且去除窦神经后SH和WKY大鼠在低氧下的MV没有显著差异,结果提示,成年SH大鼠对低氧通气反应增强可能与CB有关。3.清醒条件下,急性低氧引起成年SH和WKY大鼠平均动脉压(MAP)降低,两者降低的幅度没有显著性差异;急性低氧后两组动物HR都加快,并且SH较WKY大鼠HR升高的幅度更大(P0.05)。结果表明,低氧激活SH大鼠CB导致心交感神经传出活动显著增强。4.麻醉状态下,急性低氧刺激后CSI组大鼠PND频率都增加,其中SH比WKY大鼠增加的更为明显(P0.01),而CSD动物在低氧时膈神经放电频率基本没有变化,说明急性低氧导致大鼠膈神经放电频率的增加与颈动脉体有关,并且SH大鼠颈动脉体的低氧敏感性升高。5.急性低氧显著降低麻醉大鼠的MAP,窦神经完整的SH和WKY大鼠MAP降低的幅度没有差别,而去除窦神经的SH大鼠MAP降低的幅度大于WKY大鼠(P0.05);急性低氧导致窦神经完整的SH大鼠HR加快而WKY的HR降低(P0.01)。去除窦神经后低氧使两组大鼠HR都降低,而SH比WKY大鼠降低的幅度更大(P0.05)。结果提示,低氧激活SH大鼠CB引起的交感神经传出活动显著增强。6.血气分析结果表明,在常氧时四组大鼠PaO2和血氧饱和度没有显著差异;急性低氧后,PaO2和氧饱和度与常氧状态相比均出现显著降低,各组动物之间没有显著差异。常氧下各组大鼠动脉血p H值没有显著差异,急性低氧时CSI组SH和WKY大鼠血液p H值都升高(P0.05),而CSD组大鼠没有发生变化。7.Western blot实验结果表明,SH大鼠颈动脉体HIF2α蛋白表达比WKY大鼠明显降低。小结:急性低氧激活SH大鼠CB引起增强的通气反应和交感神经传出活动,这种现象可能与SH大鼠CB对低氧的敏感性升高有关。SH大鼠颈动脉体HIF2α低表达是否与CB的氧敏感性升高有关需进一步实验证实。第二部分:呼吸-交感神经偶联的放大效应促进高血压的发生目的:探讨呼吸-交感神经偶联在SH大鼠是否参与高血压的发生。方法:实验采用幼年(5周龄)和成年(12-15周龄)的自发性高血压(SH)大鼠和同龄的血压正常的Wistar Kyoto(WKY)大鼠。联合应用WBP和无线生物信号遥测系统,同时记录和分析清醒大鼠在吸入不同浓度CO2刺激时的高碳酸性通气反应(HCVR)、动脉血压以及心率的变化。在麻醉大鼠,应用呼吸机维持机械通气,CO2分析仪监测呼气末CO2浓度(ETCO2)并维持ETCO2=3~4%作为基础状态,切断迷走神经和颈动脉窦神经,同步记录PND、肾交感神经放电(RSNA)、动脉血压和HR。通过增加吸入气中CO2浓度诱导大鼠高碳酸血症,通过过度通气诱导大鼠低碳酸血症,分别观察SH和WKY大鼠在高碳酸血症和低碳酸血症时上述指标和T-H波的变化。动脉采血,分析在不同ETCO2时SH和WKY大鼠动脉血p H和PaCO2的差异。结果:1.暴露于纯氧下(100%O2,0%CO2),幼年SH与WKY大鼠的呼吸参数无显著差异。随着吸入气中CO2浓度升高,两组大鼠TV、RF和MV逐渐升高。当吸入5%和8%CO2时,SH大鼠的MV显著高于WKY大鼠(P0.05)。2.吸入纯氧时,成年SH与WKY大鼠的MV没有显著差别,但是SH大鼠TV高于WKY(P0.05),表明成年SH大鼠呼吸模式发生改变。随着吸入气中CO2浓度升高,两组成年大鼠RF逐渐升高但是没有显著差异,而SH比WKY大鼠TV和MV显著升高(P0.01 at5-8%CO2)。去除CB的神经支配(CSD)对上述结果无显著影响。提示外周化学感受器对SH和WKY大鼠的高碳酸性通气反应的差异性无明显影响。3.随着吸入气中CO2浓度升高两组CSI大鼠平均动脉压(MAP)和HR逐渐升高,SH大鼠的HR增加的幅度(P0.01 at 5-8%CO2)比WKY大鼠更大,同时SH大鼠T-H波幅度也比WKY大鼠更大(P0.05 at 8%CO2)。手术切除颈动脉窦神经后CO2引起的上述效应仍然存在,提示外周化学感受器对高碳酸引起的SH和WKY大鼠心血管反应的差异性无明显影响。4.高碳酸血症时(ETCO2=6%and 8%),两组麻醉大鼠PND幅度均增加,并且SH大鼠PND幅度比WKY大鼠更大(P0.05)。高碳酸血症引起大鼠动脉血压逐渐升高,并且SH大鼠MAP增加的幅度比WKY更大(P0.05 at ETCO2=6%,P0.01 at ETCO2=8%)。此外,SH大鼠T-H波的幅度比WKY大鼠更大(P0.01)。高碳酸血症引起两组大鼠RSNA均增强,SH大鼠RSNA积分比WKY大鼠更大(P0.01),并且RSNA增加的幅度也比WKY大鼠更大(P0.01 at ETCO2=8%)。5.低碳酸血症时,随着ETCO2的降低,大鼠膈神经放电幅度和频率逐渐降低,在ETCO2=1%时SH和WKY大鼠相比没有显著性差异。随着ETCO2的降低大鼠血压也逐渐降低,在ETCO2=1%时SH比WKY大鼠MAP降低的幅度更明显(P0.05),同时SH与WKY大鼠血压、T-H波和RSNA没有显著差异。6.大鼠ETCO2与PaCO2和血液p H值都呈线性相关,在相同ETCO2时SH大鼠与WKY大鼠血液PaCO2和p H值没有显著性差异。小结:SH大鼠的中枢呼吸化学感受器敏感性升高,引起HCVR增强和交感神经系统的过度激活,促进了高血压的发生。第三部分:自发性高血压大鼠中枢呼吸化学感受器敏感性增高的机制目的:探讨SH大鼠斜方体后核(RTN)和孤束核(NTS)神经元的CO2敏感性是否升高以及可能的机制。方法:实验采用12-15周龄雄性SH和血压正常的WKY大鼠。为评估RTN和NTS神经元对CO2的敏感性是否升高,应用c-fos来标记CO2敏感性神经元,比较SH和WKY大鼠c-fos免疫反应阳性(c-fos+)的神经元数目的差异。此外,应用Western blot技术,分析两组大鼠RTN和NTS的p H敏感性通道或参与呼吸调节的信号分子的表达是否异常。结果:1.SH大鼠RTN和NTS的c-fos+神经元数目明显多于WKY大鼠(P0.05),提示SH大鼠有更多CO2敏感性神经元为呼吸节律中枢提供兴奋性驱动。2.在RTN,SH大鼠的TASK-1、TASK-2、ASIC3、Kv12.1通道和Orexin receptor 2蛋白水平上调(P0.05),而TASK-3表达下调(P0.05)。ASIC1、ASIC2、Kv12.2、Kv7.2、Kv7.3、Kv7.5、Kir2.3、Orexin receptor 1在两组大鼠表达无差异(P0.05)。3.在NTS,SH大鼠的ASIC1、ASIC2和Kv12.1通道蛋白表达上调(P0.05),而TASK-2、ASIC3、Kv12.2通道和Orexin receptor 1下调(P0.05)。TASK-13,Kv7.2、Kv7.3、Kv7.5、Kir2.3和Orexin receptor 2在两组大鼠表达无差异(P0.05)。小结:SH大鼠RTN和NTS神经元化学敏感性升高,其机制可能与CO2/H+敏感性通道和Orexin受体的异常表达有关。第四部分:慢性低氧适应对糖尿病合并高血压大鼠肾脏的保护作用目的:探讨低氧适应对2型糖尿病合并高血压大鼠肾脏的保护作用及其可能的机制。方法:SD大鼠随机分为三组:糖尿病组(DM,由高脂饮食联合小剂量链脲佐菌素诱导),糖尿病加慢性低氧处理组(DM+CIHH,糖尿病模型制备成功后,接受28天每天6小时模拟海拔5000米高原的低氧处理)和正常对照组(CON)。每周定时测定大鼠饮食量、饮水量、尿量、体重和血压,实验结束后取血测大鼠血液生化指标,留取尿液测大鼠尿微量白蛋白。取肾脏组织做形态学染色,测定肾组织超氧化物歧化酶(SOD)活力和丙二醛(MDA)含量,使用Western blot方法检测转录生长因子(TGF-β1)和低氧诱导因子(HIFs)蛋白在大鼠肾组织的表达。结果:1.DM和DM+CIHH大鼠空腹血糖明显高于CON大鼠(P0.01),而DM和DM+CIHH大鼠相比没有差异(P0.05)。DM和DM+CIHH大鼠血清甘油三酯和胆固醇比CON大鼠显著升高(P0.01),并且DM+CIHH大鼠比DM大鼠明显降低(P0.01)。与CON大鼠相比,DM和DM+CIHH大鼠饮食量、饮水量和尿量显著增加,体重明显降低(P0.05),但是DM和DM+CIHH组相比以上指标均没有显著性差异(P0.05)。2.DM和DM+CIHH大鼠动脉血压明显高于CON大鼠(P0.01),并且DM+CIHH大鼠动脉血压显著低于DM大鼠(P0.01)。3.DM和DM+CIHH大鼠24h尿白蛋白总量比CON大鼠显著增多(P0.05),并且DM+CIHH大鼠比DM大鼠明显降低(P0.01)。4.DM大鼠肾小球面积、系膜区面积和系膜相对面积比CON大鼠明显增加(P0.05),而DM+CIHH大鼠比DM大鼠显著改善(P0.05)。DM大鼠还出现肾小球和间质纤维化,并且DM+CIHH大鼠得到了显著改善(P0.05)。5 DM组大鼠SOD活力显著低于CON大鼠(P0.01),而经过CIHH处理的DM+CIHH大鼠SOD活力明显高于DM大鼠(P0.05)。DM大鼠MDA含量比CON明显升高(P0.01),而DM+CIHH大鼠则比DM显著下降(P0.05)。6 DM大鼠肾皮质TGF-β1蛋白表达比CON大鼠显著升高(P0.05),而DM+CIHH大鼠比DM大鼠明显降低(P0.05)。DM大鼠肾皮质HIF1α和HIF2α蛋白表达与CON大鼠相比出现明显下调(P0.05),DM+CIHH大鼠HIF1α表达比DM显著增加(P0.05),而HIF2α的表达在两组动物间没有显著差异(P0.05)。小结:慢性低氧适应对高脂饮食联合小剂量链脲佐菌素诱导的2型糖尿病合并高血压大鼠模型具有肾脏保护作用,其作用可能与激活HIF1α,改善氧化应激,对抗糖尿病状态下TGF-β1表达增加和降低血压有关。结论:外周和中枢呼吸化学感受器的化学敏感性升高,增强呼吸化学感受器反射,同时引起交感神经系统的传出活动增强,促进了SH大鼠高血压的发生。其机制可能与CB、RTN和NTS的神经元上异常表达的pH敏感性通道等有关。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：河北医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R544.1

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