非常规心电图检测技术

一、引言 自有心电图史以来,如何在体表检测更多的有价值的心电信息,以及如何解释所获取的信息,一贯是生物医学工程、尤其是心电科技领域内重要的研究课题。常规的心电图机由于其放大器灵敏度(增益K_v=60～80dB)、频响(BW:0.05～100Hz)不足,因而难以检测一些有价值的高频(>100Hz,延伸到3000Hz)、低幅(数μV至数百μV)、多形的心电信息,诸如体表希氏束电位(在P-R间期内)、心室晚电位(在S-T段中),以及高频心电切迹和顿挫(在QRS复合波上)等。     

年龄对健康人体感诱发电位高频振荡成份的影响

目的:观察健康人体感诱发电位高频振荡成份的特征.方法:分析年龄对健康人通过350 Hz～750Hz滤波提取的正中神经体感谤发电位高频振荡成份(HFOs)数量、时程、幅度的影响.结果:随年龄增大HFOs数量、时程呈增大趋势.结论:体感诱发电位高频振荡成份可以反映年龄特征.     

电刺激大鼠脚内核对脚桥核神经元放电的影响

目的:观察电刺激大鼠脚内核(EP)对大鼠脚桥核(PPN)神经元自发放电的影响,进一步探讨脑内电刺激治疗帕金森病(PD)的机制。方法:应用细胞外记录的方法观察不同频率电刺激(强度0.6 mA,波宽0.06 ms,时程5 s,频率5 Hz、10Hz、20Hz、50Hz、100Hz、150Hz、200Hz)大鼠EP对PPN神经元放电的影响。结果:实验记录了大鼠33个神经元的自发放电,其放电频率在3.6~52.2Hz之间,平均为(15.95±8.56)Hz;当刺激频率为100Hz时,抑制效应最显著(P<0.05)。结论:高频电刺激大鼠EP对PPN神经元自发放电的影响主要为抑制作用,提示高频刺激EP可通过抑制PPN神经元活动参与PD的治疗。     

低频和高频电针镇痛由脊髓水平不同类型的阿片受体介导:交叉耐受试验

以往的工作表明,给大鼠低频或高频电针在脊髓中分别释放出脑啡肽或强啡肽,产生镇痛效果。本工作用交叉耐受方法对此进行检验并进一步分析其受体机制。结果表明:(1) 给大鼠2Hz电针电针6h,镇痛作用逐渐降低导致耐受后,100Hz电针仍有明显的镇痛作用;100Hz耐受后,2Hz电针仍有效。说明低频和高频电针镇痛之间无明显的交叉耐受。(2) 100Hz电针耐受后,k激动剂强啡肽A(1—13)的脊髓镇痛作用明显减弱,而δ激动剂[(?)]enkephalin(DPDPE)仍保持明显的镇痛作用。(3) 2Hz电针耐受后,DPDPE的镇痛效果显著降低,而强啡肽A(1—13)的镇痛作用不受影响。根据以上的交叉耐受实验结果可以认为,脊髓中δ型阿片受体参与2Hz电针镇痛,而κ型阿片受体参与100Hz电针镇痛。     

多通道在体记录技术——动作电位与场电位信号处理

多通道在体记录可以同时记录到多个神经元的胞外放电信号以及对应的局部场电位的活动信号。如何对记录到的这两种电信号进行合适的处理,以确保实验结果的准确性,是运用好多通道在体记录技术的关键之一。本文旨在针对多通道在体记录的原始数据,介绍动作电位及场电位信号的常用数据处理方法。动作电位信号属于高频信号,一般用40 kHz的高速采样频率进行采集和记录。根据记录到的神经元胞外动作电位波形,运用主成分分析技术,再结合四电极记录技术的优势,可对来自记录电极周围不同空间位置的神经元放电信号进行良好的甄别,从而获得较精确的单神经元放电时间序列。而局部场电位信号属低频信号(300 Hz),一般用1 kHz的采样频率进行采集和记录。记录到的场电位原始信号需要进行数字滤波,从而分离出场电位信号中不同频率段的节律性振荡。啮齿类动物海马结构中常见的节律性振荡有动物清醒活动及快速眼动睡眠时的theta节律(4~12 Hz);清醒认知活动过程中,伴随着theta节律一起出现的gamma节律(30~80 Hz);以及清醒静止及慢波睡眠时的ripple高频振荡(100~250 Hz)。针对以上处理获得的数据,常用的后续数据分析方法有:神经元放电间隔分析、神经元放电自相关与互相关分析、以及信号的频谱分析等。     

兔膈肌肌纤维亚型和代谢酶活性对不同频率CES的适应性变化

目的:探讨不同频率慢性电刺激对膈肌肌纤维亚型、肌球蛋白重链(MHC)亚型和代谢酶活性的适应性变化的影响.方法:分别用还原型辅酶Ⅰ四唑氮还原法、SDS-PAGE法和酶组织化学染色法观察、测定慢性电刺激后兔膈肌纤维类型、肌球蛋白重链(MHC)和NADHD等九种代谢酶活性变化.结果:①同对照组和慢性高频电刺激50Hz和100 Hz组比较,10 Hz和20 Hz慢性低频电刺激组膈肌Ⅰ型纤维,Ⅰ型MHC显著增加(P＜0.01);ⅡB型纤维和ⅡB型MHC显著减少(P＜0.01);慢性高频电刺激50Hz和100 Hz组则出现完全相反的变化(P＜0.01).②同对照组和慢性高频电刺激50 Hz和100 Hz组比较,慢性低频电刺激10 Hz和20 Hz组LDH和a-GPDHD活性明显降低(P＜0.01),MDH、SDH、GDH、G-6-PD、NADHD和NADPHD活性显著升高(P＜0.01);慢性高频电刺激50Hz和100 Hz组则出现完全相反的变化(P＜0.01).结论:肌纤维与代谢酶模式的适应性变化有明显的频率依赖性.     

高频电刺激改变神经元锋电位的波形

为了正确检测和研究高频电刺激(high frequencystimulation,HFS)期间神经元的动作电位发放活动,进而深入揭示深部脑刺激治疗神经系统疾病的机制,本课题研究HFS期间锋电位波形的变化.在麻醉大鼠海马CA1区的输入神经通路Schaffer侧支上,施加1~2 min时长的100或者200 Hz顺向高频刺激(orthodromic-HFS,O-HFS),利用微电极阵列采集刺激下游神经元的多通道锋电位信号,并获得由O-HFS经过单突触传导激活的中间神经元的单元锋电位波形及其特征参数.结果表明,O-HFS使得锋电位的幅值明显减小而半高宽明显增加,以基线记录为基准计算百分比值,O-HFS期间锋电位的降支幅值和升支幅值分别可减小20%和40%左右,半高宽则增加10%以上.并且,在大量神经元同时产生动作电位期间,或者在比200 Hz具有更大兴奋作用的100 Hz刺激期间,锋电位波形的改变更多,幅值的减小可达50%,宽度的增加可达20%.可以推测,高频电刺激对于神经元的兴奋作用可能升高细胞膜电位,从而改变细胞膜离子通道的活动特性,导致动作电位波形的改变.这些结果支持深部脑刺激具有兴奋性调节作用的假说,对于正确分析高频电刺激期间神经元锋电位活动具有指导意义,也为进一步研究深部脑刺激(DBS)治疗脑神经系统疾病的机制提供了重要线索.     

电刺激迷走神经对蟾蜍心率和心率变异的影响

目的:观察不同频率迷走神经刺激对蟾蜍离体心脏的心率及心率变异的影响。方法:将蟾蜍心脏和右侧迷走交感干离体后,以不同频率电刺激神经,记录心电图曲线并作心率变异性(HRV)分析。结果:交感神经阻断后,电刺激迷走交感干,心率(HR)显著下降(P0.01),全部正常心动周期的标准差(SDNN)和相邻正常心动周期差值的均方根(RMSSD)显著升高(P0.01),不同频率刺激组之间没有明显差异;与对照组相比,各指标变化较大;给药组0.2Hz时高频(HF)显著升高(P0.01),低频/高频比值(LF/HF)明显降低(P0.05),0.8Hz时HF和LF/HF接近刺激前水平。结论:一定范围内增加刺激频率,迷走神经降低心率的作用增强;没有交感神经调节条件下的迷走神经对心率和心率变异的调节可能存在不同的机制。     

吗啡受体拮抗剂翻转电针镇痛的程度决定于电针刺激的频率

电针镇痛能被吗啡受体拮抗剂所对抗,被认为是内源性吗啡样物质参与针刺镇痛的有力证据。给大鼠皮下注射吗啡受体拮抗剂纳洛酮或纳曲酮 1mg/kg, 可以对抗低频和中频(2和15Hz)电针的镇痛效应,但不能对抗高频(100Hz)电针镇痛效应。增加纳洛酮剂量至20mg/kg才能部分对抗 100Hz电针镇痛。根据不同剂量纳洛酮(0.25—20mg/kg)对抗不同频率电针镇痛的剂量效应曲线,求得对2,15和100Hz电针镇痛产生50％翻转作用的纳洛酮剂量分别为 0.53,1.02和 24mg/kg。2—15Hz变频电针的镇痛作用也需用大剂量纳洛酮(20mg/kg)才能阻断。实验表明,在三种频率下,改变电针刺激强度(1,2,3V)并不影响纳洛酮翻转电针镇痛的百分数。以上结果表明,纳洛酮翻转电针镇痛的程度决定于电针的频率,不同频率的电针刺激可能在中枢神经系统中释放出不同的内源性吗啡样物质而发挥镇痛作用。     

不同脑功能状态下脑电三维动态频谱的变化

应用三维动枋频谱分析方法,对不同脑功能状态下的脑电活动作定理分析结果表明:在睁眼时α波(8—13Hz)的总面积仅为闭目安静时的无56.1°.其中以X_1成份(8—10Hz)下降显著.降至41.1°.X_2成份(11—13Hz)下降至71.0°心算时x节律抑制不明显β波段(17— 45Hz)在睁眼和心算时总面积无显著变化,但心算时β_1(17—31Hz)略占优势,而睁眼时β_2(31—45Hz)略呈优势。     

2 Hz与100 Hz刺激在诱导大鼠视皮层长持续长时程增强中的不同作用

在哺乳动物的视皮层,多种不同参数的刺激可诱导出长时程增强(long-term potentiation,LTP)现象。但关于刺激参数与持续时间长于3h的长持续LTP(long lasting LTP,L-LTP)之间关系的研究较少。本研究用3周龄的大鼠视皮层脑片标本,在Ⅳ层刺激而在Ⅱ／Ⅲ层记录场电位,待场电位稳定后施加强直刺激诱导LTP,探讨2Hz与100Hz的强直刺激在诱发持续时间长于3h的L-LTP中的作用。结果表明,多于300个脉冲不同频率的刺激可稳定地诱导出L-LTP;2Hz与100Hz的刺激诱发的L-LTP有明显不同的表达形式,100Hz刺激可诱导出较大的L-LTP;频率相同而脉冲数不同的强直刺激诱发的L-LTP有相同的表达形式。以上结果提示,不同频率的强直刺激诱发的L-LTP机制可能不同;相同频率的刺激(脉冲数不同)诱发的L-LTP可能有相同的机制。     

心室晚电位研究的历史、现状与展望

自从1895年Einthoven首次记录到人体心电图100年来,特别是50年代半导体电子器件问世以来,人们从时间(如24小时Holter系统)、空间(如体表心电标测)、精度(如希氏束电位)以及自动分析识别等多方面发展了心电检测技术。七十年代末出现、八十年代兴起而现在方兴未艾的心室晚电位门entricular Late Potentials—VLP)研究正是人们从检测精度方面对心电图的进一步发展。     

C57BL/6小鼠听皮层脑片的长时程增强特性

采用脑片细胞外记录群体细胞兴奋性突触后电位方法,在成年C57BL／6小鼠听皮层上,研究长时程增强(10ng-termpotentiation,LTP)特征。用100Hz高频电脉冲刺激听皮层白质,可在听皮层灰质Ⅱ/Ⅲ层记录到明显的LTP。根据条件刺激后LTP的变化特征,将其分为缓慢上升(A类)和短暂快速上升(B类)两种类型。使用模拟的θ节律刺激参数,可更有效地诱导听皮层LTP,其群体细胞兴奋性突触后电位斜率增加更为明显(P＜0．01),诱导成功率也更高。     

心率变异性信号的分析处理:现状与展望

一、概述 从1903年Einthoven第一次记录下人体的心电图至今已近一百年。这期间心电信号的分析处理取得了长足进展,已由对常规心电图的自动分析发展到体表多导心电图的描记及其逆向求解以及心电图中微小电位变化(如希氏束图、晚电位、高频变化等)的分析。近年来心率变异性Heart Rate Variability(HRV)成为心电信号处理中又一个前沿热点。 HRV是指连续心跳间瞬时心率的微小涨落或逐拍心跳R-R间期的微小涨落。人们发现,健康人的心率即使在静息状态下也非恒定不变,而是有起伏的。心率变异过小反而     

不同频率电针刺激对神经痛模型大鼠脊髓背角P物质的影响

目的:观察P物质(Substance P,SP)在慢性坐骨神经压迫损伤(chronic constriction injury,CCI)模型脊髓中表达的变化,探讨电针镇痛的机制是否与脊髓背角中SP表达的变化有关。方法:选择32只雄性、体重180-200 g的SD大鼠,并将其随机均分为4组(n=8)。空白组(Con组)为正常痛阈值大鼠;假电针组(CCI+A组)在损伤的坐骨神经旁置入电针,但无电流刺激;2 Hz组和100Hz组分别给予相应频率电流刺激30 min。在实验开始前和术后1、4、7、14、20、22天记录大鼠的热缩足反射潜伏期(Paw Withdrawal Latency,PWL)和机械刺激缩足反射阈值(Paw Withdrawal Threshold,PWT)。免疫组化方法检测脊髓背角SP的表达。结果:术后20天,电针治疗后,100 Hz组和2 Hz组PWT分别为(7.33±1.42)g和(7.80±1.42)g,均显著高于假电针组(2.60±1.46)g,差异有统计学意义(P0.05)。100 Hz组在术后20天后和2 Hz组在术后14天后PWL值均显著高于假电针组,差异有统计学意义(P0.05)。免疫组化显示:2 Hz组和100 Hz组大鼠脊髓背角中P物质阳性细胞显著低于假电针组(P0.05)。结论:坐骨神经旁电针刺激能够显著减轻CCI模型大鼠热痛觉及机械痛觉过敏,其机制可能与抑制脊髓背角SP的表达有关。     

电刺激大鼠下丘脑和不定带引起的脊髓平均诱发电位

形态学已证实下丘脑-脊髓直接投射。本实验试对这一投射的电刺激反应作一些探讨。在刺激下丘脑时可在脊髓记录到一些尖锋样平均诱发电位(AEPs)。这些AEPs可以跟随200Hz 以上的高频双刺激,对窒息的耐受性较强。有效刺激点主要分布在下丘脑中部穹窿周围以及不定带。我们认为这些 AEPs可能代表沿下丘脑-脊髓直接投射通路传导的兴奋。对不定带-脊髓投射所作同样的实验,结果与前者相似。     

不同频率的电针对大鼠神经源性痛的治疗作用

目的：探讨不同频率的电针能否减轻大鼠神经源性痛。方法：将大鼠右侧L5／L6脊神经结扎,用引起50％抬足的机械刺激阈值评价机械性痛觉超敏,用大鼠5min内从5℃冷权上的抬足次数反映冷诱发的持续性疼痛。用韩氏穴位神经刺激仪给与2Hz或100Hz电刺激。结果：①2Hz和100Hz电针均一轻痛觉超敏,2Hz起效较早。②两种频率电针均能减轻冷诱发的持续性疼痛,但2Hz持续的时间长,多次电针后2Hz的镇痛效果可持续长达48h。③针刺而不通电也能显著减轻冷诱发的持续性痛。结论：电针能减轻神经源性痛,且低频（2Hz）电针的镇痛效果优于高频（100Hz）电针。     

高低频强直刺激诱导大鼠视皮层长持续长时程增强后突触超微结构的变化

在发育期大鼠视皮层上以2与100 Hz强直刺激诱导长持续长时程增强(long-lasting long-term potentiation,L-LTP),然后观察突触超微结构的变化.在L-LTP形成后,运用电子显微镜及图像分析技术分析突触形态的变化.实验中观察到,突触界面曲率、突触数密度以及突触后致密物厚度在2与100 Hz组较对照组均显著增加,而突触间隙宽度减小.在100 Hz强直刺激诱导L-LTP组中,单位体积的活性区面积显著增加.100 Hz强直刺激诱导L-LTP组较2 Hz强直刺激诱导L-LTP组中单个突触活性区的面积大.以上结果表明100 Hz强直刺激诱导L-LTP组中新形成的突触较2 Hz强直刺激诱导L-LTP组中的突触大,提示100 Hz强直刺激引起的L-LTP可能伴随有突触后细胞骨架蛋白重组或合成的增加.     

褐菖鲉的听觉阈值研究

利用听觉诱发电位记录技术研究了褐菖鲉(Sebasticus marmoratus)的听觉阈值。通过采用听觉生理系统记录和分析了8尾褐菖鲉对频率范围在100—1000 Hz的7种不同频率的声音刺激的诱发电位反应。结果表明, 褐菖鲉的听觉阈值在整体上随着频率增加而增加, 对100—300 Hz的低频声音信号敏感, 最敏感频率为150 Hz, 对应的听觉阈值为70 dB re 1 μPa。褐菖鲉的听觉敏感区间与其发声频率具有较高的匹配性, 表明其声讯交流的重要性。同时, 人为低频噪声可能对其声讯交流造成影响。     

不同频率慢性电刺激膈神经对兔膈肌骨骼肌型二氢吡啶受体α1亚单位、ryanodine受体mRNA和蛋白表达的影响

测定不同频率慢性电刺激(chronic electrical stimulation,CES)膈神经5周后对兔膈肌钙释放单位中骨骼肌型二氢吡啶受体(DHPR)α1亚单位和ryanodine受体(RyRs)的mRNA和蛋白表达水平的影响,探讨CES后兔膈肌钙释放单位结构组成的变化和可能的临床应用价值.封闭群日本大耳白兔30只,随机分为正常对照组、10、20、50和100Hz,每组6只;以10和20 Hz为慢性低频电刺激组,50和100Hz为慢性高频电刺激组.CES参数为波宽0.2 ms 3～6个波/次,45次/min,电压10～20 V.刺激时间2×2 h/日,每周刺激6 d,连续刺激5周.分别采用RT-PCR和免疫组织化学法测定兔膈肌骨骼肌型DHPRα1-亚单位和RyR1、RyR2和RyR3的mRNA和蛋白表达.结果显示与对照组比较,慢性低频电刺激10和20 Hz组骨骼肌型DHPRα1、RyR的mRNA和蛋白表达明显降低(P＜0.01),有低度的RyR,mRNA的表达出现;慢性高频电刺激50和100Hz组骨骼肌型DHPRα1、RyR1的mRNA和蛋白表达明显升高(P＜0.01),未检测到RyR2mRNA的阳性表达.本实验提示慢性低频电刺激膈神经5周后,膈肌质膜上DHPR与RyRs之间的信号转导方式已从变构耦联为主转变为以Ca2+诱导Ca2+释放耦联为主.