复发性全面性癫痫发作期间心脏自主神经调节的动态改变

《iScience》：Dynamic alterations in cardiac autonomic regulation during recurrent generalized seizures

　　

癫痫发作与心血管紊乱相关，然而心脏自主神经调节在反复发作中如何变化仍不清楚。本研究利用戊四氮诱导的小鼠模型，研究人员结合心电图（ECG）遥测、心率变异性（HRV）分析、药理学干预、光学标测和脑干膜片钳记录来表征癫痫发作相关的自主神经反应。急性惊厥发作产生短暂的心动过缓和HRV指标升高，这些反应可被毒蕈碱受体阻断所减弱。相比之下，反复发作降低了HRV，并降低了疑核（nucleus ambiguus）中心脏迷走神经元的兴奋性，而光学标测未检测到显著的内在心肌电生理异常。总之，这些发现揭示了复发性全面性癫痫发作期间心脏自主神经调节的动态、阶段依赖性改变，并且在急性和反复癫痫发作后观察到不同的自主神经变化。

**复发性全面性癫痫发作中的心脏自主神经调节动态改变**

**研究背景与问题：** 癫痫发作日益被视为全身性事件，不仅扰乱脑活动，还影响外周生理系统，包括心血管功能。临床研究记录了围发作期心脏异常，如心动过缓、心脏停搏和心率变异性改变，尤其是在全面性惊厥性发作中。癫痫猝死（SUDEP）是癫痫的严重临床结局，常与全面性惊厥发作相关。然而，临床关于癫痫自主神经功能的研究结果并不一致，有的报告HRV降低，有的则提示不同的自主神经失衡模式。这些差异可能反映了癫痫类型、病程和实验条件的区别，凸显了建立受控实验模型以解析癫痫如何随时间影响自主神经调节的必要性。尽管中枢自主神经网络整合脑-心相互作用，但癫痫相关中枢自主神经元变化与心脏结局之间的关系仍不完全清楚。

**研究内容与意义：** 本研究利用戊四氮（PTZ）诱导的小鼠点燃模型，系统考察了急性和反复全面性发作对心脏功能和自主神经调节的影响。通过结合心电图（ECG）遥测、心率变异性（HRV）分析、系统性毒蕈碱受体阻断、光学标测和脑干疑核心脏迷走神经元（CVNs）全细胞膜片钳记录，研究人员揭示了心脏自主神经调节在反复全面性发作中呈现动态、阶段依赖性的改变。该研究为理解癫痫相关心血管不稳定的机制提供了新见解，并可能为SUDEP的风险评估和干预策略提供参考。相关论文发表于《iScience》。

**关键技术方法：** 研究基于PTZ诱导的雄性C57BL/6J小鼠点燃模型（小鼠购自SPF Biotechnology Co., Ltd.，中国北京）。主要技术方法包括：植入式遥测技术记录清醒小鼠ECG；时域HRV分析评估自主神经功能；阿托品进行系统性毒蕈碱受体阻断；Langendorff灌注心脏联合电压敏感染料光学标测评估心肌传导速度（CV）和动作电位时程（APD）；以及脑干疑核CVNs的逆行标记和全细胞膜片钳记录。此外，还采用整体体积描记法（WBP）评估药物对呼吸功能的影响。

**研究结果：**

* **癫痫发作期间的ECG变化：** 通过ECG遥测发现，PTZ注射前窦性心律稳定。PTZ注射后，在早期肌阵挛阶段出现短暂节律不规则，表现为偶发房室（AV）传导阻滞和不规则R-R间期。至Grade V运动性发作时，节律紊乱加剧并延长，包括反复AV传导阻滞和短暂心脏停搏；致命性发作时ECG显示混乱节律并进展为完全停搏。定量分析显示，发作前后P波时限、PQ间期、QRS时限和QTc间期均无显著差异。HRV分析显示，与基线相比，发作后SDNN、RMSSD和PNN6均显著增加，表明发作期间心率变异性增加，提示自主神经调节发生转变。

* **系统性毒蕈碱受体阻断对癫痫发作相关HRV变化的影响：** 为探讨毒蕈碱信号是否参与发作相关心脏反应，研究人员在PTZ挑战前给予阿托品。结果显示，阿托品预处理显著减少了发作相关的节律异常，在Grade V发作期间维持节律性ECG信号，未观察到不规则或异位节律。阿托品使心率显著升高，并使SDNN、RMSSD和PNN6均显著降低。与单独PTZ组相比，阿托品+PTZ组在发作期间表现出更高的心率和更低的HRV指标。这些结果表明，发作相关的心脏和HRV变化对系统性毒蕈碱受体阻断敏感。

* **反复癫痫发作后的心脏自主神经调节：** 为评估反复发作是否导致心脏自主神经调节的持续性改变，研究人员在完成4周PTZ注射方案后，对经历3次Grade V发作的小鼠进行12小时白天ECG记录。与匹配的对照组相比，癫痫小鼠心率显著升高，SDNN、RMSSD和PNN6均显著降低，反映出发作后存在持续的自主神经调节改变，可能涉及副交感神经贡献减少。

* **反复癫痫发作后心脏迷走神经元的电生理特性：** 为探究与自主神经调节改变相关的细胞机制，研究人员通过将荧光示踪剂DiI应用于窦房结逆行标记CVNs，一周后进行脑干疑核全细胞膜片钳记录。结果显示，两组间被动膜特性（膜电阻和膜电容）无显著差异。然而，在去极化电流注入下，癫痫小鼠CVNs的放电频率显著低于对照组，且动作电位电压阈值（Vth）显著去极化（-27.8 mV vs -37.5 mV），表明反复发作暴露与CVNs内在兴奋性降低相关。

* **复发性癫痫发作对心肌电生理的影响：** 为评估反复发作是否伴随内在心肌电生理改变，研究人员使用光学标测检测离体心脏的CV和APD。在不同起搏间期下，癫痫组和对照组的CV、APD50和APD80均无显著差异，表明在所检测的参数中，未发现复发性发作后存在可检测的内在心肌电生理异常。

* **系统性毒蕈碱受体阻断与癫痫发作相关死亡率：** 为评估毒蕈碱阻断是否影响发作相关死亡率，研究人员对60只小鼠（41只单独PTZ，19只阿托品预处理+PTZ）进行监测。所有死亡均发生在Grade V发作期间，且与发作持续时间延长密切相关。致命性发作的持续时间显著长于非致命性发作。此外，发作持续时间在连续发作中逐渐增加。阿托品预处理未显著改变发作持续时间，但显著提高了存活率（第三次发作后：68.4% vs 48.8%）。通过WBP确认，该剂量的阿托品对基线呼吸频率、潮气量和每分钟通气量无显著影响，提示其保护作用并非通过呼吸刺激或抑制介导。

**总结讨论与结论：** 研究结果表明，急性惊厥发作的心脏反应以心动过缓和HRV增加为特征，且对毒蕈碱阻断敏感；而反复发作后则出现持续的自主神经调节改变，表现为HRV降低和CVNs兴奋性降低，但未检测到内在心肌电生理异常。这种双相模式可能有助于调和既往临床研究中关于HRV的矛盾发现，测量时间相对于癫痫发作负担可能是重要决定因素。研究支持脑干自主神经网络与心脏功能相互作用在癫痫相关心血管功能障碍中的核心作用。治疗上，早期发作时毒蕈碱拮抗剂可能作为潜在的干预手段，但随着反复发作导致CVNs发生功能改变，外周阻断可能不足，需要考虑调节上游输入或恢复自主神经调节等策略。研究局限性包括使用PTZ化学诱导模型、仅使用雄性小鼠以排除激素波动影响、以及未进行CVNs的直接操作以建立因果关系。总之，这些发现揭示了复发性全面性癫痫发作期间心脏自主神经调节的动态、阶段依赖性改变，在急性和反复癫痫发作后观察到不同的自主神经变化，且未检测到内在心肌电生理异常。