自主神经又称植物神经,其不受意识支配,但在维持机体生命健康方面发挥重要作用,比如不同状态下呼吸、心率、血压的变化均由自主神经控制。自主神经系统的交感、迷走成分互相拮抗,二者之间的平衡对维持机体健康发挥重要作用。研究表明心脏自主神经系统的失平衡,尤其是交感神经的过度激活参与并介导了心律失常、心力衰竭(HF)、心肌梗死、高血压等多种心血管疾病的发生和发展。本文将从心脏自主神经系统的解剖、自主神经参与心血管疾病的发生和发展,以及通过调控自主神经来治疗心血管疾病这三个方面做一概述。
一、 心脏自主神经系统解剖
支配心脏的自主神经根据其与心脏的位置关系分为外源性和内源性自主神经,外源性心脏自主神经指解剖上位于心脏之外的自主神经,内源性心脏自主神经则由位于心脏表面的神经节丛及连接他们之间的神经网络构成,两者均包含交感和副交感成分。心脏交感神经起源于中枢,由室旁核、孤束核、延髓头端腹外侧核等核团下传,到达脊髓后在脊柱两侧换元形成许多交感神经节,节后神经纤维可直接支配心、肺、胃、脾等内脏器官,其中由第6、7颈椎及第1、2胸椎神经节融合而成的星状神经节是交感神经支配心脏的重要通路。支配心脏的迷走神经纤维由第10对脑神经迷走神经往下发出分支心丛,在心脏表面的脂肪垫内神经节丛(GP)换元进一步支配心脏。而位于心脏表面、大血管附近的这些GP以及连接GP的神经纤维构成了内源性心脏自主神经系统。GP内既含有交感神经纤维,也有迷走神经纤维,是一个连接、调控外源性和内源性自主神经系统的“整合中心”。此外,最近的研究表明,耳迷走神经(迷走神经在体表的唯一分支)和肾交感神经同样参与心血管系统的调控。
二、自主神经参与心血管疾病的发生和发展
自主神经系统的异常参与了许多心血管疾病的发生发展,包括心律失常、心肌梗死、心力衰竭和高血压等。
我们团队提出心脏自主神经系统活性异常增高可能是心律失常事件发生的关键因素。我们首次在快速心房起搏建立的房颤模型中发现心房自主神经(GP)重构与电重构二者相互促进,形成恶性循环,在房颤的诱发和维持中起着重要的作用。研究结果发表在HeartRhythm杂志(;9(5):-9)(IF=5.、心律失常排名第一的专业期刊)上。同期HeartRhythm杂志发表了由国立首尔大学医学院的Seil教授撰写的题为“DiseaseModificationbyAutonomicNerveStimulation”的评论文章,他认为心脏自主神经的激活可导致心脏电生理的改变“Theactivationofcardiacautonomicnervesresultsinelectrophysiologicalchanges,causingshorteningoftheatrialeffectiverefractoryperiodandactionpotentialduration,andspatialheterogeneityofrefractoriness.”在延续性的研究中,我们在快速心房起搏的房颤模型中发现了心房自主神经节(GP)和左侧星状神经节(LSG)均显著性激活,进一步提示心脏自主神经的激活参与了房颤的发生。研究结果近期发表在HeartRhythm杂志上(;13(1):-81)。此外我们用不同的干预手段如:低强度磁场刺激、低强度颈动脉窦刺激、脊髓神经刺激来抑制心脏自主神经活动,发现各种干预均可显著改善自主神经重构而抑制房颤的诱发,从而再次验证了之前的科学假说。这些研究结果相继发表在HeartRhythm(;12(4):-17)、CanadianJournalofCardiology(;31(6):-74)、JournalofCardiovascularPharmacology(;64(6):-9)杂志上。在室性心律失常的研究中,我们团队同样记录到LSG的显著性激活,为心脏交感神经的激活在室性心律失常发生中的作用提供了直接的证据。我们亦用不同的干预手段如:低强度颈动脉窦刺激、脊髓神经刺激来抑制LSG活动,发现各种干预均可显著改善LSG重构并抑制缺血性室性心律失常的发生。亦再次验证了之前的科学假说。这些研究结果相继发表在HeartRhythm(;12(7):-35)、PlosOne(;9(10):e)杂志上。
临床研究发现去肾交感神经可有效提高房颤消融的成功率,减少室性电风暴的发作,然而其具体机制不清楚。我们首次提出“心-肾交感神经环路学说”,发现肾交感神经激活会引起心脏交感神经的激活,增加房颤的诱发性,促进急性心肌梗死后室性心律失常的发生。研究结果分别发表在JournalofAmericanHeartAssociation()和JournalofCardiovascularElectrophysiology(;24(11):-56)杂志上。JCE杂志同期发表了心律失常领域的权威专家、HeartRhythm杂志主编、印地安那大学医学院的PengshengChen教授撰写的题为“CrossTalkBetweenRenalandCardiacAutonomicNerves:IsThisHowRenalDenervationWorks?”的评论文章,Chen教授认为我们的研究为心肾交感神经之间的联系提供了重要的信息“providedimportantinformationontheinteractionbetweenrenalsympatheticnerveandleftstellateganglion.”
心肾自主神经环路在心律失常发生机制中的作用
心肌梗死后大量炎症因子、氧化应激反应、内皮损伤等多种因素均可直接或间接激活交感神经系统进而导致心肌细胞钙内流形成(钙超载),导致早期后除极或延迟后除极的发生,引发心肌传导和不应期的不均一性,使恶性室性心律失常易于发生和维持;同时导致心肌细胞肥厚、凋亡和局部心肌细胞坏死,导致肾血流量和肾小球滤过率下降,刺激肾小球球旁器释放肾素激活肾素-血管紧张素-醛固酮系统,进而导致心脏重构和HF。
自主神经失衡也是心衰的重要特征,与心室重构、室性心律失常发生和疾病的预后密切相关。交感神经的持续激活可刺激肾素-血管紧张素-醛固酮系统和其他神经激素的释放,导致心脏前负荷和后负荷增加、血浆去甲肾上腺素聚集、进行性的钠水储留和水肿。过度交感神经激活还可以导致心肌细胞肥厚、凋亡和局部心肌细胞坏死。随着时间的延长,由于β受体的下调,心肌细胞对血浆高去甲肾上腺素的反应能力减弱,从而进一步加重心衰。此外,在慢性心衰的进展过程中,副交感神经的活性不断降低,表现为迷走神经传导减弱、M受体的密度和组成发生变化、乙酰胆碱酯酶活性减低,从而副交感神经对心脏的调控作用减弱。交感神经过度激活和副交感神经活性降低的共同作用使心脏的神经调控进一步失衡,从而不断促进心衰的进展。
交感神经过度激活也是高血压形成的关键因素。交感传出神经兴奋后产生和分泌过多的去甲肾上腺素,可通过促进肾素释放影响肾素-血管紧张素-醛固酮系统,进而收缩血管影响血流动力学和增加肾小管对水钠的重吸收,调节全身体液量并促使肾脏压力尿钠曲线右移,参与高血压的形成和恶化。而交感传入神经接受感受器形成的缺血、缺氧变化等信号,经同侧背根神经节传至交感中枢,调节中枢交感神经系统活性,会促使神经垂体释放血管紧张素和催产素,调节体循环从而促进高血压形成。
总之,自主神经功能失平衡不仅反映出心脏的功能障碍,也恶化了心血管疾病的发生和发展。
三、通过调控自主神经来治疗心血管疾病
大量研究证实,通过干预机体自主神经实现自主神经再平衡,可以预防或治疗心血管疾病。
(1)GP消融或阻滞
大量的动物研究证实心外膜GP消融可有效抑制房颤的发生。早期的临床研究也发现心内膜GP消融可以显著提高房颤患者肺静脉隔离的手术成功率。然而,也有研究报道,GP消融治疗房颤的远期疗效并不确切,可能与GP消融不彻底或消融后神经元再生有关。为了提高GP消融的有效性和靶向性,我们团队首次提出将纳米技术应用于自主神经的干预。研究发现携带神经毒素的磁性纳米颗粒(NIPA-M-MNPs)可在磁场引导下靶向移动到心房自主神经节区域,并经过数小时在局部释放其所携带的神经毒素NIPA-M达到去神经支配的作用,同时不影响全身各个器官的功能,具有很好的靶向性和安全性。研究结果发表在心血管领域的顶尖期刊Circulation杂志(;(25):-9)(IF=17.)上。同期Circulation杂志发表了由约翰霍普金斯大学医学院的DaraL.Kraitchman教授撰写的题为“MagneticNanoparticlesandNeurotoxinsforTreatingAtrialFibrillation:ANewWaytoGetBurned”的评论文章。Kraitchman教授认为我们的研究是向房颤靶向性药物治疗迈出的令人二甲基亚砜沸点儿童白癜风饮食