心率变异性分析评价辣椒素致痛对自主神经活动的影响

周　芳，房　泽，张　健，申　岱

心率变异性分析评价辣椒素致痛对自主神经活动的影响

周芳1，房泽2，张健2，申岱2

目的：探讨心率变异性分析对辣椒素疼痛模型进行评价的可行性。方法：22～27岁健康志愿者36名，取平静状态20 min ECG信号中较稳定的一段长度5 min信号作为对照；以浸透0.5 mL辣椒素溶液的棉纸片覆盖下唇唇红位置，继续记录20 min心电信号，选取较稳定的一段长度5 min；记录涂抹辣椒素后的VAS评分；用Matlab R2006a编程软件分析所采集到的ECG信号，计算平静状态下（T0）和辣椒素刺激状态下（T1）的心率变异性（HRV）指标，进行统计学分析。结果：视觉模拟评分（VAS）平均（63.36±11.21）,可评价为中度疼痛；心率在T1时期较T0时期增加，无统计学意义。HRV时域分析指标NN间期标准差（SDNN）、相邻NN间期差的均方根（RMSSD）在T1期均较T0期明显升高；HRV频域分析指标总功率（TP）、低频功率（LF）、高频功率（HF）以及LF/HF在T1期均较T0期明显升高；散点图分析结果：散点图短轴（SD1）和散点图长轴（SD2）在T1时期较T0时期均明显升高。结论：用辣椒素建立疼痛模型是可行的，且操作简单，易于实施；HRV分析有可能在疼痛的量化评价中具有一定权衡作用。

心率变异性；辣椒素；疼痛；疼痛模型；自主神经系统

国际疼痛研究协会将疼痛定义为“一种与实际或潜在组织损伤相关的、不愉快的感觉和情绪体验”[1]。目前患者的感受和组织损伤引起的疼痛尚无公认的客观评价指标。为了探讨对疼痛进行定性与定量评价的可行性，我们在健康志愿者中建立了辣椒素疼痛刺激模型，通过心率变异性（heart rate variability，HRV）分析对自主神经系统活动状况的表达来进行疼痛的定性与定量评估。

1　资料与方法

1.1一般资料经天津医科大学口腔医院伦理委员会批准，选取天津医科大学口腔医学院2007、2008、2009级健康学生志愿者36名。男18名，女18名；年龄22～27岁。否认心脏病、高血压、糖尿病、神经系统疾病及心理疾病史，无辣椒过敏史。

1.2研究方法心电信号的采集选择标准肢体II导联。平卧位，记录平静状态20 min ECG信号，取较稳定的一段长度5 min信号。以浸透0.5 mL辣椒素溶液（用30%酒精配置成0.1%的溶液，辣椒素由sigma公司生产）的（5 cm×1 cm大小，0.1 cm厚）棉纸片覆盖下唇唇红位置，继续记录20 mim心电信号。选取较稳定的一段信号，长度5 min。记录涂抹辣椒素后的VAS评分。用Matlab R2006a编程软件分析所采集到的ECG信号，计算在平静状态下（T0）和辣椒素刺激状态下（T1）的心率变异性指标，进行统计学分析。用视觉模拟评分法（visual analogue scale,VAS评分）评估疼痛程度，以0～10分计，0分表示无痛，2分稍有感觉，4分轻微痛感，6分中度痛感，8分重度痛感，10分代表难以忍受的最剧烈的疼痛。本研究采用VAS评分卡尺，刻度为1～100。

1.3材料一次性心电电极为3 M（Canada Company），信号采集系统采用笔记本电脑（DELL INSPIRON 1501）配置的声卡Sigma Tel c-major Audio[2]。

1.4统计学分析所采集的数据用SPSS 17.0统计学软件进行分析，计量资料以均数±标准差(±s)表示，同一指标两个时段比较采用配对t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1VAS评分根据VAS评分卡尺读数，VAS评分最大值为87，最小值为45，平均63.36±11.21。可评价为中度疼痛。

2.2心率变化组内前后比较采用用配对t检验，心率在T1时期较T0时期增加，但无统计学意义。见表1。

表1　心率变化分析结果（±s,n=36）

表1　心率变化分析结果（±s,n=36）

T0T1心率（次/min）71.57±9.9174.33±11.13

2.3HRV时域分析本组内前后比较采用配对t检验，NN间期标准差（the standard deviation of all NN intervals，SDNN）、相邻NN间期差的均方根（the root of the averaged squares of difference between neighboring NN intervals，RMSSD）在T1期均较T0期明显升高。见表2。

表2　HRV时域分析结果（±s,n=36）

表2　HRV时域分析结果（±s,n=36）

注：与T0比较，aP＜0.05

T0T1 SDNN（ms）RMSSD（ms）42.00±15.62 36.32±17.54 65.38±27.57a47.69±26.39a

2.4HRV频域分析采用组内配对t检验，总功率（total power,TP）、低频带（low frequency，LF）、高频带（high frequency，HF）以及LF/HF在T1期均较T0期明显升高。见表3。

表3　HRV频域分析结果（±s,n=36）

表3　HRV频域分析结果（±s,n=36）

注：与T0比较，aP＜0.05

T0T1 TP(ms2/Hz) LF(ms2/Hz) HF(ms2/Hz) LF/HF 8.24±0.35 7.86±0.38 7.96±0.39 0.96±0.58 8.67±0.34a8.46±0.34a8.22±0.39a2.03±1.35a

2.5散点图分析组内前后比较采用配对t检验，SD1和SD2在T1时期较T0时期均明显升高。见表4。

表4　散点图分析结果（±s,n=36）

表4　散点图分析结果（±s,n=36）

注：与T0比较，aP＜0.05

T0T1 SD1（ms）SD2（ms）25.68±12.40 52.99±19.91 33.54±18.75a85.61±35.22a

3　讨论

近年来研究发现[3]，疼痛与自主神经的活动有着密不可分的关系。HRV是指逐次心跳周期差异的变化情况，是目前判断自主神经功能的理想指标[4-5]。分析方法主要为时域、频域和非线性分析。辣椒素是一种作用于初级传入神经元受体的神经毒素，局部应用时激活神经末梢的辣椒素受体（vanilloid receptor,VR1），从而控制细胞膜的离子通道，大量钙离子内流产生尖锐的疼痛感[6]。本研究采用辣椒素作为健康志愿者的致痛物质，通过观察其对自主神经活动的影响及程度，初步探讨HRV指标对疼痛的量化评价的意义。

3.1VAS评分结果VAS疼痛评分法也称视觉模拟评分法，是目前临床上广泛应用于测量感觉强度的一种方法，反映的是对于疼痛的主观感受。本研究结果，VAS最大值为87，最小值为45，平均值（63.36±11.21）。说明疼痛级别达中等疼痛，证明采用辣椒素致痛是有效的。

3.2血流动力学分析自主神经系统是心血管功能的重要调制系统，通常认为迷走神经对于控制心率起主导作用，窦房结对迷走神经的反应迅速，由迷走神经主导的心率变化在5 s内即可完成[7]。本研究观察了使用辣椒素前后两段心率的变化，结果显示，心率在T1期有所升高，但P值大于0.05，不具有统计学意义。说明心率作为循环变化的指标，对自主神经系统变化的评估不如HRV敏感，可以认为HRV在判断自主神经功能的理想指标方面较心率更具有优势。

3.3HRV时域结果分析本研究采用SDNN、RMSSD两项指标评价自主神经活动性。SDNN是所有窦性RR间期的标准差。是衡量整体HRV大小的最直观指标，反映HRV的慢变化成分[8]。而RMSSD是所有相邻RR间期的均方根。主要表达迷走神经的活动性，是对HRV快变化成分的反映[9]。本研究结果显示，SDNN，RMSSD两项指标在T1期较T0期均有明显增高，且差异具有统计学意义。SDNN增高说明自主神经整体活动性增加，而RMSSD增加表示迷走神经活动性增加。说明辣椒素所致的疼痛刺激导致自主神经整体活动性明显增加。

3.4HRV频域结果分析频域分析是目前临床上使用较多的HRV分析方法[10]。通过观察各频带值的变化，客观地反映疼痛刺激对自主神经系统功能的影响。本研究使用了TP、LF、HF、LF/HF 4项频域指标。TP（频段0.00～0.40 Hz）代表时间段内HRV的总和，反映自主神经整体的整合功能。HF（频段0.15～0.40 Hz）反映迷走神经的功能水平。LF（频段0.04～0.15 Hz）是交感神经和迷走神经共同作用的一个混合带，更多的反映出交感神经随总功输出变化而产生的调节变化。LF/HF反映交感神经和迷走神经平衡状态，升高代表交感活跃，下降表示交感神经与迷走神经处于平衡状态[11]。本组结果显示，TP、LF、HF、LF/HF 4项指标在T1期均较T0期升高，差异具有统计学意义。说明自主神经的整体活性因辣椒素所致的疼痛而明显增高，其中交感神经较迷走神经活性增加幅度大。

3.4散点图结果分析HRV散点图分析指标能定量反映RR时间间隔的结构性和复杂性[12]。SD1反映相邻RR间期的差异，是HRV中快变化成分的表达，主要反映迷走神经活动。本组结果显示，SD1和SD2在T1期较T0期均升高，差异有统计学意义。说明辣椒素导致的疼痛使自主神经整体的活动性均增高。

用辣椒素建立疼痛定性与定量的模型是可行的，且操作简单，易于实施。通过HRV分析发现由辣椒素所致的疼痛反应中，自主神经系统的整体活动性均升高，其中交感成分的升高更加显著，HRV分析有可能在疼痛的量化评价中具有积极的作用。

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（收稿：2015-05-06修回：2015-07-16）

（责任编辑李文硕）

Capsaicin Stimulation on Autonomic Nervous System in Human by Heart Rate Variability Analysis

ZHOU Fang,FANG Ze,ZHANG Jian,et al.Department of Anesthesiology of Tianjin Second People's Hospital, Tianjin(300192),China

ObjectiveTo verify the feasibility of the capsaicin pain model and to discuss the quantitative analysis of pain by heart rate variability.MethodsApproved by the ethics committee,thirty-six healthy vol⁃unteers were selected with the age of 22 to 27 years.The volunteers lied on their back and calmed down for 20 minutes.Then capsaicin solution was daubed on their lips.Observation was taken for another 20 minutes.VAS scores were recorded after capsaicin stimulation.The ECG signals were analyzed by Matlab R2006a.The heart rate variability indicators of volunteers at the T0(state of calm)and T1(stimulated by capsaicin)were recorded. The differences between the two groups were compared and the results statistically analyzed.The second card (Sigma Tel c-major Audio)of the laptop(DELL INSPIRON 501)was used to collect the ECG of volunteers. ResultsThe VAS scores after the stimulation of capsaicin was 63.36±11.21.The hemodynamic features of pa⁃tients showed the contrast within the two groups,the value of HR at T1 was significantly increased(P＞0.05). The results of time-domain analysis showed the value of SDNN and RMSSD at T1significantly increased(P＜0.05).Frequency-analysis showed the value of TP,LF,HF and LF/HF at T1significantly increased(P＜0.05). The result of scatter diagram showed the value of SD1 and SD2 at T1significantly increased(P＜0.05). ConclusionIt is feasible to build the capsaicin pain model.During the stimulation of capsaicin,the action of the autonomic nerve has significantly increased.Both the sympathetic nerve and the pneumogastric nerve can be enhanced.The heart rate variability can be used as the indicator to the evaluation of pain.

Heart rate variability;capsaicin；pain;pain model;autonomic nervous system

R631

A

1007-6948(2015)04-0363-03

10.3969/j.issn.1007-6948.2015.04.008

1.天津市第二人民医院麻醉科（天津 300192）

2.天津医科大学口腔医院麻醉科（天津 300070）

申岱，E-mail:shendai666@sina.com