文摘

心率变异性(HRV)是高度受自主神经系统(ANS)。俺们几个疾病相关的变化,从而改变HRV的模式。然而,心脏节律的变化是起源于窦房结内(SAN)都有自己的变化。不过,尽管振荡器产生HRV,影响HRV的圣尚未详尽研究。另一方面,糖尿病(DM)的并发症,例如,肾病,视网膜病变,神经病变,增加心血管发病率和死亡率。传统上,这些并发症诊断只有当病人已经遭受这些并发症影响的阴性症状。因此,它是至关重要的发展早期诊断新技术之前,任何恶化健康的病人。HRV已经被证明是有价值的,非侵入性评估疾病的临床证据,甚至用于描述老化和行为。在这项研究中,几个ecg记录和分析了RR和PP间隔检测interpotential间隔(ii)的圣。此外,HRV降低量化识别改变节点组织内的神经系统通过测量SD1 / SD2比庞加莱图。 With 15 years of DM development, the data showed an age-dependent increase in HRV due to the axon retraction of ANS neurons from its effectors. In addition, these alterations modify the heart rhythm-producing fatal arrhythmias. Therefore, it is possible to avoid the consequences of DM identifying alterations in SAN previous to its symptomatic appearance. This could be used as an early diagnosis indicator.

1。介绍

心率变异性(HRV)的结果俺们和圣之间的交互活动(1]。测量内波动的HRV的无创性方法用于评估神经系统生理和病理条件下(2]。这样的波动来自交感和副交感神经系统之间的监管,俺们的分支3)已被评估和光谱分析和时间序列方法(4]。HRV的时间序列分析被认为是一个值得信赖的生物标志物来评估疾病甚至描述老化和行为(5]。DM, HRV的早期生物标志物确定疾病的进展(6]。Arroyo-Carmona et al。2)使用RR时间序列的几个心电图(ECG)定义HRV的可变性。一个心电图记录心脏的电活动的组织,这是由不同的电波以独特的振幅和时间。心电图形态是俺们的结果和圣活动和可以分为两组:积极的变位和负变位。积极的变位包含 , ,和 波。的 波代表两心房电活动节点, 波表示心室去极化, 波表示心室复极化(6]。负变位包括 和 波。最常考虑的时间间隔测量HRV的 - - - - - - , - - - - - - , - - - - - - 时间间隔和QRS波群(7]。心脏起搏器产生电活动负责的内在心率在圣。虽然不能看到它的去极化ECG的形状 波可以给一个想法的电气行为(8]。HRV仅仅被认为是俺们的可变性,因此统计分析只能担任一个预测ANS的规定。然而,最近的研究表明,圣也有自己的变化,分别评估是非常重要的两振子为了使用HRV的相关性是一个更好的生物标志物来评估疾病甚至老化等描述的生理条件和行为。本研究的目的是为了证明HRV作为框架的临床生物标志物的变化在糖尿病的发展。为此,动物模型小鼠的慢性糖尿病1型(cDM)使用。

2。材料和方法

2.1。动物模型(1型糖尿病)

成年雄性老鼠CD1 8周大33克重量平均被用于这项研究。所有的动物都保持12:12 h光暗周期(7:00-19:00),允许自由进入LabDiet 5001颗粒和水。cDM模型和链脲霉素诱导120毫克/公斤体重,这是使用之后10和20周的感应DM (cDM模型)(2]。本研究中使用的所有方法动物保健委员会批准学院Fisiologia Celular,大学根据墨西哥。动物保健是按照“国际生物医学研究指导原则涉及的动物,”国际医学科学组织委员会,20132]。

2.2。糖尿病的评估:心电图

电活动记录在8周的年龄就在DM感应;10和20周后感应DM,参数与控制。老鼠与戊巴比妥钠麻醉0.63 g / kg ip和放置在仰卧位30分钟的心电图记录。两极ecg记录与皮下电极针电极配置铅。左、右第四肋间空间。心电图信号被放大700倍,过滤60赫兹。信号被记录在电脑1 KHz的采样频率和离线分析Clampfit®程序(分子设备)。HRV分析,30分钟长心电图记录被切成5分钟系列(7]。随后,一百RR、PP和动作电位的时间间隔是随机选择的。之间的时间间隔测量连续跳动。所有老鼠连续监控,以保证足够的通风和温度。

2.2.1。内在的心率变异性起搏器的记录

之前报道的节点组织准备Arroyo-Carmona et al。2),并使用传统的自发电活动被记录微电极技术。interpotential间隔(ii)测量对所有区域的起搏器3]。

2.2.2。心率变异性评价

HRV,评估两种方法。第一个是用来配合功率谱密度(PSD)的趋势,确定在HRV时间依赖性的行为。第二项是用于确定变化的大小计算SD1 SD2和内在的心率变异性利用庞加莱图。建设的庞加莱情节,RR和PP间隔使用,相应的时间之间的最大波浪心电图和interpotential起搏器的间隔。

庞加莱图表示 时间间隔的函数前面 时间间隔。心率是逆RR间隔。SD1的标准差是庞加莱图和所有的点之间的距离 线。SD2的标准偏差的所有点之间的距离和庞加莱图 线的地方 是所有的平均值 (2]。iHRV是SD1 / SD2比率值表明之间的微妙的平衡心脏的交感和副交感神经系统(8]。此外,庞加莱图是用 间隔和interpotentials (ii);第一个反映了心房电活动。评价,整个行为的相关函数功率谱临时使用时间序列RR和PP间隔几个阶段年龄的心电图的老鼠。

2.3。数据分析和统计
2.3.1。庞加莱图

所有的数据了 错误。的 - - - - - -测试是用于数据分析;的值被认为是统计学意义如果表示的值低于0.05 。分析了从实验室公司OriginPro版本8.0。

获得SD1和SD2的距离计算

与所有的距离在方程(1)和(2),SD1 SD2标准差确定,分别。

2.3.2。功率谱分析

在分析信号的频谱 ,有人可能会想普通傅里叶变换计算 ;然而,对于许多感兴趣的信号,傅里叶变换并不正式存在。由于这种并发症,可以工作一个截断傅里叶变换的信号是集成在一个有限的时间间隔 :

这是振幅谱密度。然后,功率谱密度(PSD)可以被定义为(2,3]

通过拟合的趋势PSD,可以描述一个系统的行为;例如,如果 (这是一个白噪声信号的特点是在所有可能的频率相同的分数),将是一个趋势线斜率为零( )。其他的例子包括在信号称为规模不变的斜坡根据频率( )作为 (4]。

2.3.3。Immunofluorescent染色

分析了间接免疫染色使用共焦显微镜(共焦奥林巴斯FV1000,奥林巴斯美国Inc .)。SA节点被孤立的如上所述,嵌入Tissue-Tek(樱花),冻结,所以切成5μ米心内膜厚片开始。使用的抗体anti-tyrosine羟化酶(1:250兔多克隆抗体;密理博公司)和CY5(1: 200年,兔多克隆抗体;杰克逊ImmunoResearch实验室Inc .)。

3所示。结果

3.1。cDM模型相比,人类的发展

有关年龄在动物模型和人类之间,建立了规模根据杜塔(9),柯恩(6]。鼠标成年期( ),与人类的年龄,是八周与人类相比,17岁到22岁,据杜塔(9]。老鼠在18周30到35岁( )(9];他们必须有8年的发展与DM 10周后感应DM ( )。老鼠在28周40到45岁( ),和DM模型有慢性糖尿病15年发展感应(DM 20周后 )。

3.2。心率

心率是描述使用常见的RR间隔;在三岁控制老鼠,对成年意味着(17-22岁人类) ;平均数据显示增加31%;在18周或30岁,8周二十五岁或40岁的老鼠(表增加了34%1)。心率下降了16%在早期DM(10周的发展)与控制和增加了10%相比,在成年。另一方面,动物慢性DM(20周的开发)与控制相比增加了16%和43%,成年期(表1)。

表1
比较之间的心律DM的年龄和发展。

同时,心率与PP间隔为特征。同样,心率随着年龄的增加;在成年期,bpm 279.06, 329.6 bpm 30岁,40岁379 bpm。八年的糖尿病的发展,早期心率下降了10%,控制并与成年后并没有改变。后续的十五年的糖尿病,老鼠没有现在的变化与对照组相比,但相比之下,在成年后,心率增加35%。

正如所料,给出的起搏器老化的低发射率,和固有频率30年是218 (ii /分钟)和190 (ii /分钟)40岁,因为未调制的自主神经系统。动物早期糖尿病患者和慢性阶段增强率发射分别在258年和208年,尽管规则后减少射击的老化(见表2)。

表2
改变频率HRV起搏器的糖尿病。
3.3。心率变异性
3.3.1。心率变异性

HRV分析,我们研究了两种不同的时间序列,人民党和RR系列从心电图获得。他们每个人从三个控制例成年期,30 - 40岁,两个从一群生病科目相同的年龄对照组。

(1)庞加莱图。庞加莱图的RR间隔,在成年期,可变性 , ,和比率0.43类似于人类观察(10,11];18周的变化减少了年龄,年龄差异减少 ,年龄在28周的可变性 ,而SD2仅改变在过去的时代, (表3和图1)。当使用PP庞加莱图间隔,HRV降低年龄SD1和SD2;文献表明人类[1]。成年的HRV观察 和 和0.54的比率;当动物是30岁,他们显示减少60%和32%,而小鼠40岁1.1和1.1 SD1和SD2分别(表3和图1)。早期糖尿病自主神经系统改变了微妙的平衡,而SD1增加8和10和SD2 46和56 RR和PP间隔,这两个系统中。当比较糖尿病动物模型的可变性和成年,SD1低,SD2上升(见表2和图2)。经过十五年的发展糖尿病的老鼠,RR间隔的变化减少 , ,和PP间隔 , 此外,SD1和SD2相似,即nondynamic系统(表3和图2)。

表3
关系HRV DM人类随着年龄的增长和发展。

图1
年龄和糖尿病的发展改变了心率变异性在cDM模型。(a, d)在成年后,庞加莱图的形态是一个椭圆与斧主要SD2和斧小SD1 SD1 / SD2指数为0.5,人民党间隔和RR间隔 。(b, e)在30岁8年的糖尿病的发展,数据显示副交感神经系统的功能。(c、f) 40岁的15年的糖尿病的发展,数据显示,神经系统停止运转,并没有改变SD1和SD2。指数对控制。

图2
起搏器没有神经系统的影响增加的可变性。interpotential (ii)起搏器的控制(a)在30岁的时候,(b)在40岁。增加糖尿病的发展变化和频率(a)在8年的发展和(b)在15年的糖尿病的发展。

(2)功率谱密度分析。页的时间序列,根据时代变化,观察到PSD增加的趋势(12,13),这表明在系统的刚度变化,因为它是支持一个特定频率(数据3(d) -3(f)),它指的是糖尿病病例(图4);尽管斜率不为零,但它显然是接近这个值比控制情况。这就意味着心脏正在丧失其特征频率和接近白噪声(所有频率朦胧地)。


图3
功率谱分析。对照组( )随着年龄的增加从RR和PP时间序列。斜率随年龄的不稳定行为RR间隔(a, b, c)。拟合线的斜率增加页根据年龄间隔(d, e, f)。

图4
功率谱分析糖尿病的发展。糖尿病的RR时间序列(a, b)和PP时间序列(c, d)是一个坡度约为零( )指示固有频率PSD的损失。

时间序列的RR控制老鼠,就年龄而言,没有什么可以是肯定的,因为调整PSD在山坡上(没有订单 );事实上,其中一个是几乎为零,这正是我们期望的糖尿病(14)(见图3和4)。在糖尿病的情况下,有一个坡度非常接近于零,这强化了先前的结果(见图4)。

3.4。心率变异性的起搏器

起搏器的HRV内在使用interpotential间隔(ii)显示更大的可变性比所有的间隔,在成年 和 主要的RR间隔;然而,HRV降低年龄30岁 和 ,岁和40岁 和 被降低了。cDM模型与8年的发展也呈现出一定的下降 ,增加 ,和15年发展减少 和 (见图1和3(e) -3(f)和表2)。

同样,起搏器的庞加莱图显示提高副交感神经系统 和相应降低减少交感神经系统 在DM的八年发展与控制 和 ,而DM的15年发展有增加, , ,相比之下,控制SD1和SD2 15。索引SD1 / SD2 15年的发展(图0.9 1和清洁发展机制2和表2);这个结果符合减少酪氨酸羟化酶染色的节点组织(图5)。


图5
减少神经系统有15年的清洁发展机制的发展。平均节点组织染色与抗体的酪氨酸羟化酶(红色)的控制和降低信号的节点组织cDM老鼠( ,学生 - - - - - -测试: 与控制)。

4所示。讨论

DM是更高的风险因素与心血管死亡率,根据血糖管理(1型糖尿病或糖尿病2型)和其他因素如血脂异常、高血压、糖尿病微血管并发症,和持续时间(7]。然而,DM 2型的诊断不及时;因此,血糖控制不佳,结合其他因素可能表现为心动过速和发展“沉默”心肌梗死(15]。此外,起搏器的远程控制的电活动在发展中致命的心律失常病人在非常高的风险已经帮助减少心房颤动(房颤)和室性心动过速发作显著(16];同样在起搏器的患者,这是一个强大的诊断工具预测心力衰竭和减少其住院治疗17]。因此,这种方法是没有侵入性诊断和预后是必要的,为减少副作用心血管疾病死亡率。在本文中,我们提出了使用ANS之间的交互和SAN作为一种工具告知以上身体健康的生理和病理条件。

心脏电活动内在的生理变化作为振荡器(图2);SD1代表之间的可变性在短时间内 - - - - - -间隔, - - - - - -间隔变化的变化将+ 1而sd - 2对平均变化。表中的数据2和3表明起搏器变化有一个广泛的频率范围描述其稳定状态;这意味着起搏器可变性可以修改任何扰动以外的频率范围(3]。的生理干扰起搏器是俺们。在这种情况下,心电图的RR和PP间隔,这将是SD1 SAN-parasympathetic系统之间的相互作用,SAN-sympathetic SD2, SD1 / SD2两个振荡器(图之间的关系1)。同样,ANS之间的交互和心脏内在活动期间改变老化类似于糖尿病(18];这包括脆弱SD1 / SD2(表之间的交互2和3)。

早期糖尿病的老鼠显示改变自主神经系统的微妙的平衡,如SD1减少和SD2增加休息心动过速出现在起搏器,表明心血管自主神经病变(可以)在早期阶段19]。这个数据可以支持信息穷人诊断早期糖尿病自主神经病变的糖尿病患者(20.]。这些病人可能只有沉默的AF亚临床疾病(21]。其他的迹象(心房心动过速)变化的关系 - - - - - -波持续时间和分散20.]。这个信息建议的心脏是第一个器官损伤糖尿病、心脏起搏器为主。同样,随着糖尿病的发展,关系可以更明显。发展了15年,糖尿病小鼠显示休息心动过速与ANS心脏和内在起搏器(表1和3分别);此外,这些老鼠显示,心脏起搏器去神经组织(见图5)。最高的静息心率异常与副交感神经系统损伤的早期发展阶段可以(22]。

检测策略可以通过减少HRV,可以衡量功率谱分析;健康人类,beat-to-beat变化记录在吸气和呼气时,它是由交感神经和副交感神经活动获得功率谱的三个组件:(a)体温调节活动反映在非常低的频率(0.003 - -0.04赫兹)或交感神经活动;(b)压力感受器活动反映在低频率(低频;0.04 - -0.15赫兹)或副交感神经和交感神经活动;和(c)它反映呼吸活动表达了在高频(HF;0.15 - -0.4赫兹)或副交感神经活动19,22]。在这种情况下,在动物模型中,任何心脏自主无法执行,它有不同的组件值频率相比,人类(见图3和4)。

本文测量HRV的减少,时间依赖性的行为的特性提出了PSD。RR时间序列的分析表明,频率与主要参与成年期分别为0.43和0.52赫兹;在小鼠的30岁,大于1.09赫兹频率;在40岁,斜率是接近于零。最后一点意味着时间序列组合的频率(类似于白噪声数据3(一)-3(c))。这表明鲁棒性的RR间隔减少老化的过程。

然而,HRV的PP时间序列,比1.27赫兹的频率主要是最大的参与,PSD的斜率增加了年龄,和PP时间序列分析允许描述频率在老化;例如,斜率不为零(数字3(e)和3(f))1]。内在活动或pp时间序列不失的鲁棒性。

相比之下,DM显示间隔(RR和PP)都是白噪声;这意味着系统失去了鲁棒性糖尿病(图4)。HRV的描述这种方法独立于动作暗示来控制多个变量类似于温度调节昼夜节律,或呼吸;此外,一些物种可以使用。

同时,HRV与庞加莱图分析,量化的心(SD2)交互是副交感神经和心脏的两倍(SD1)相互作用[23];因此,庞加莱指数在成年后~ 0.5(见下表3)。随着时代的进步,这种微妙的关系减少SD1但SD2 30岁后的变化;这表明SD2主要参与健康条件。

HRV的结果提出了在改变早期糖尿病相关的交互作用降低交感神经系统的副交感神经系统,增加心脏的电活动,并无明显的血管系统的变化和周围神经系统(图3)。慢性糖尿病SD1是20倍,减少46次SD2比率为1(见图1和表3)。这可能意味着失去了俺们和心脏之间的交互,所以心率变异性只取决于起搏器(内在活性)3,24]或交感神经和副交感神经系统之间的交互是相等的(自主平衡)25),如庞加莱图interpotential数据显示索引在十五年的DM(表12)。根据图中所示的数据5起搏器的神经系统组织降低慢性糖尿病,因此增加的风险,如庞加莱图interpotential数据显示指数在十五年的DM(表13)。根据图中所示的数据5起搏器组织,神经系统减少糖尿病增加的风险可以用DM十五年后。PP间隔的可变性允许观察交感神经和副交感神经系统的相互作用由于老龄化和糖尿病的发展,如SD1变化,SD2,和老化SD1 / SD2 SD1 SD2,比例减少,而这些参数呈现在DM小鲁棒性;另一方面,RR的可变性间隔不遵守这种相关性,明确与RR间隔变化的变化不SD2老化(见表2)。

众所周知,血脂异常的神经系统在圣(3]。因此,我们的cDM模型也可能吸引研究新的药物治疗,如GLP-1和除颤器(26];都可以预期的心力衰竭治疗血脂异常在糖尿病的第一阶段,减少糖尿病患者住院和死亡[16],并减少微血管并发症[24]。出于这个原因,动物模型的发展像cDM的药理治疗慢性GLP-1和监控你的HRV改善宏观和微血管的副作用包括致命的心血管事件(27]。

5。结论

DM在开发的早期阶段,影响神经系统允许维护一个椭圆形状的平衡在庞加莱图;然而,在圣糖尿病15年的发展,这种平衡是改变PP间隔庞加莱情节和PSD。然而,在圣,增加8点变化和15年的DM的发展。因此,重要的是观察PP间隔的变化和增加节奏和心律失常的变化;最后,建议使用HRV变化诊断和预后的副作用的节奏产生致命的心律失常是非常有用的。同样重要的是,人民党间隔更有用作为糖尿病诊断指示RR间隔。

5.1。临床意义

分析PP间隔ANS cDM模型显示改变的预防副作用和将允许诊断DM患者的几个阶段。这种方法的数据分析与SD1推断这种疾病的发展,SD2, SD1 / SD2心率变异性。此外,随着PSD分析PP间隔,这表明早期诊断和预后的可能性。出于这个原因,我们建议使用诊断DM慢性HRV的几个阶段;此外,它是一种非侵入性和廉价的工具和简单的算术计算。

数据可用性

时间序列的心电图(PP、RR)和节点电活动(interpotential)数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者朱利安Torres-Jacome请求电子邮件后,博士:(电子邮件保护)。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

作者的贡献

友邦保险,英亩,月,罗格设计这些实验;友邦保险,DGG英亩负责数据收集和英亩,友邦保险,房颤,DGG, TJJ的分析数据。所有作者贡献的起草或修订手稿,和所有作者批准了最终版本的手稿。

确认

本研究在一定程度上支持项目CONACYT VIEP-BUAP JTJ 100059822, CONACYT通过frontera格兰特fc - 2016 1/2277和大学根据墨西哥通过DGAPA-PAPIIT IV100116 VIEP-BUAP 100500599计划。我们感谢Myrian Velasco博士的有益的讨论。的专家技术支持SERVALAB®实验室,美国Daniela罗德里格斯Montano IFC-Histologia,自治,赫克托耳和MVZ阿方索Malagon Rivero IFC-Bioterio,自治,是承认。