研究背景

第一節、研究背景

病理生理研究發現，肥胖（DiBona, 2004）、第二型糖尿病（Weston et al., 1998）、高血壓（Grassi et al., 2006）、心衰竭（Zucker et al., 2004）、粥狀動脈硬化（Klaus et al., 2000；Patterson et al., 2002）等情 況都有感壓反射異常的發生。

肥胖 Zucker rat（fa/fa）由於下視丘的瘦體素接受體（Leptin receptor）缺乏而導致肥胖。此種動物也常做為高血壓、第二型胰島 素阻抗型糖尿病及高膽固醇的實驗動物模式。

動脈感壓反射（arterial baroreflex）是動物體為了維持穩定血壓 而衍生出來的神經調節機制。當血壓波動時，訊息由感覺神經末稍（感 壓接受器，baroreceptor）傳入中樞，中樞神經系統會藉由一連串神經 傳遞物質（neurotransmitter）將調控訊息傳遞至自主神經，藉由血管 平滑肌的收縮與放鬆以及心功能的改變，使動脈壓恢復穩定的狀態。

許多的研究指出glutamate 和 γ-aminobutyric acid( GABA)是參與中樞 感壓反射的兩個主要神經傳遞物質。尤其是 glutamate，不但是孤立 核（nucleus tractus solitarius, NTS）上所產生的第一個神經傳遞物質，

它並且與一氧化氮（nitric oxide, NO）一同交互對心血管做調控。

根據 Barringer et al.（1989）及 Bunag et al.（1988）的實驗研究 發現，肥胖 Zucker rat 的感壓反射異常，但是異常原因目前並不清楚。

1-1-1、動脈感壓反射（arterial baroreflex）

循環系統的主要功能是提供適當的血流，供器官使用，但生理的 調控，往往是在維持動脈壓的恆定。血壓太高，嚴重時會有血管破裂 出血的危險；血壓太低則無法維持正常的灌注功能，導致組織壞死。

因此，人體以三種不同的調控方式來維持血壓的穩定：反應快，但時 效短的神經系統、反應較慢，但時效較長的內分泌系統，以及器官的 局部血管調節。

當血壓因任何因素有上升或下降的變動時，會牽扯位於頸動脈竇 (carotid sinus)及主動脈弓(aortic arch)血管壁之感壓接受器，訊息經第 九、十對腦神經傳入中樞後，終止於延腦背側區孤立核。藉由一系列 的神經傳遞物質（neurotransmitter）及中間神經元，將訊息傳到延腦 吻 端 腹 外 側 核 (rostral ventrolateral medulla, RVLM) ， 利 用 γ-aminobutyric acid( GABA) 來調控對交感神經的活性，進而影響血 管張力調節血壓。經由一連串的心臟及血管的調節，快速將血壓恢復

穩定，即為感壓反射( baroreflex)。

將調節訊息傳出的神經系統，由自主神經系統(autonomic nervous system)的交感神經系統( sympathetic nervous system)及副交感神經系 統( parasympathetic nervous system)來共同完成。當交感神經興奮時，

心臟收縮力增強及心跳速率變快、小動脈收縮，全身血管阻力上升，

血壓上升；副交感神經在血管的作用較少，當副交感神經興奮時心跳 速率會變慢，間接使血壓下降（如圖一所示）。

1-1-2、Zucker rat

肥胖 Zucker rat (fa/fa) 是一種體染色體隱性基因突變使得下視丘 瘦體素接受體缺乏，導致肥胖的特別實驗動物品系。此種動物常存在 的健康問題包括：暴食、高血壓（Simler et al., 2006）、第二型胰島素 阻 抗 型 糖 尿 病(Chisholm et al.,1997) 及 不 正 常 的 感 壓 反 射 控 制 ( Barringer et al., 1989; Bunag et al., 1988)。

交感神經活性對於休息狀態肥胖 Zucker rat 的平均動脈壓有高度 的影響，並且顯示具有高度的活性( Morgan , et al.,1995)。若將自主神 經節阻斷之後，瘦 Zucker rat 的平均動脈壓會大大的降低，但肥胖 Zucker rat 的 平 均 動 脈 壓 卻 無 法 降 低 。 (Carlson, et al., 2000;

Pamidimukkala and Jandhyala, 1996)顯示肥胖的 Zucker rat 的自主神經 節對血壓的調控上是有問題的。此外，Barringer 等人在 1989 的研究 發現，肥胖Zucker rat 的自主神經與感壓反射對心跳的控制是比較差 的。

1-1-3、瘦體素（Leptin）

哺乳動物體重的變化與食慾、體內能量之所以能達到平衡狀態，

主要與中樞神經系統中的下視丘（hypothalamus）恆定有關係。中樞 神經系統中的下視丘（hypothalamus）腹內側核的飽覺中樞以及在外 側核的餓覺中樞負責相互調解食慾和體內能量的恆定。

因為瘦體素的發現而證明脂肪細胞也具有內分泌的功能。瘦體素 (leptin)由脂肪細胞所分泌後，經由血液循環作用於中樞神經。如果動

物脂肪儲存過多，血中瘦體素會增加，進而抑制腦中神經胜肽 Y

（neuropeptide Y, NPY）的形成而降低食慾。瘦體素在中樞神經系統

對食慾的作用機轉是在下視丘降低神經胜肽 Y 的作用。神經胜肽 Y

可刺激食慾、抑制交感神經且增加副交感神經活性。研究指出，無論

是在大白鼠或是其他哺乳動物，神經胜肽 Y 都是一強效促進攝食的

訊號（Marcelo et al., 2002）。因此血中瘦體素濃度降低時，會有大量

的神經胜肽 Y 製造出來，進而刺激食慾、增加攝食（Chang et al., 2005），導致肥胖。

之前的文獻也發現瘦體素與血壓的維持有著相關性。Lembo et al.

（2000）指出瘦體素可直接作用在血管壁內皮細胞，產生 NO 所媒介 的血管擴張作用、對抗交感神經（Mitchell et al., 2001），並且抑制血 管張力素 II（angiotensin-II）在大動脈平滑肌產生的鈣離子增加及血 管收縮作用（Fortuno et al., 2002）。

1-1-4、一氧化氮（Nitric oxide, NO）

L-精氨酸(L-arginine)是一氧化氮合成酶( nitric oxide synthase , NOS)的受質，當一氧化氮合成酶活化時，可將 L-精氨酸轉換成一氧 化氮（nitric oxide, NO）與 L-瓜氨酸 (L-citrulline)。Tagawa et al.（1994）

將不同劑量的 L-精氨酸注射至 NTS，造成不同程度的血壓降低與心

搏徐緩作用，並降低腎交感神經的的活性。而 NOS 的抑制劑可降低

此作用（Tseng et al., 1996）。

一氧化氮合成酶依照位置的不同分成三型：

z Type I : 神經性一氧化氮合成酶（neuronal NOS, nNOS）: 存在於 神經組織。

z Type II: 誘發性一氧化氮合成酶（inducible NOS, iNOS）：存在於 巨嗜細胞。當發炎細胞受到細菌毒或發炎細胞激素刺激，會大量 分泌一氧化氮，執行殺菌或其他免疫調節功能。

z Type III : 內皮性一氧化氮合成酶（endothelial NOS, eNOS）： 存 在於血管內皮細胞。

一般nNOS與eNOS可藉由細胞外鈣離子濃度來調節，而iNOS的活 化則是由病毒或細菌所刺激，而非由細胞外鈣離子濃度來調節 ( Nathan and Xie, 1994)。根據文獻指出只有nNOS及eNOS牽涉中 樞孤立核對心血管的調節( Batten et al., 2000a; Paton et al., 2001)。

一氧化氮的生理功能：（Nathan and Xie, 1994）

1. 感染時，免疫細胞會藉由釋放一氧化氮來達到消滅細菌與病 毒，具有抗發炎、抗腫瘤等作用。

2. 神經傳導方面，一氧化氮可當作神經細胞間的訊息傳遞因 子，促進神經細胞之間的溝通、協調學習、記憶能力。

3. 血管的收縮與鬆弛是血壓調節的基本機制。在週邊，血管內 皮細胞可生產一氧化氮，使 myosin 與 actin 分離、平滑肌細 胞放鬆、血管擴張、降低血壓、增進血流、預防血拴形成，

預防血管損傷、冠狀動脈疾病等。在中樞，一氧化氮可以則

可以活化鳥甘酸環脢（guanylate cyclase），將鳥嘌呤核甘三 磷酸（GTP）轉化成環鳥嘌呤核甘單磷酸（cGMP），而 cGMP 的增加，在中樞神經可由釋放glutamate 來調節血壓（Lin et al., 2000）。研究並指出 NO 藉由對中樞節前交感神經活性的抑 制及興奮來控制血壓（Garcia et al., 1995）。

1-1-5、L-Glutamate 接受體與感壓反射之間的調節

Glutamate 被認為是哺乳類動物中樞神經系統中主要的興奮性胺 基酸，其接受體（receptor）可分為離子型接受體（ionotropic glutamate receptor）及代謝型接受體（metabotropic glutamate receptor）兩種亞 型，分別透過ligand gated ion channels 以及 G-protein coupled receptor 產生不同的生理作用：學習與記憶的 long-term potentiation (LTP)、

long-term depression (LTD)以及中樞對心血管的調節上扮演著很重要 的角色( Leone and Gordon, 1989; Colombari et al., 1997)。

Glutamate 接受體的兩個主要的亞型（見圖二） (Hollmann and Heinemann 1994; Nakanishi et al, 1998)：

1. Metabotropic glutamate receptor ： 利 用 細 胞 內 代 謝 機 制 , 屬 於 G-protein 聯合受器,作用於(a)提高 IP3 及 DAG 含量,(b)降低細胞 內c GMP 的含量。

2. Ionotropic glutamate receptor：為 ligand-gated 之離子通道。根據 拮抗劑的反應又可再分：

z N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor：允許鈉離子與鈣離子 內流及鉀離子的外流。

z non-NMDA receptor：AMPA receptor 以及 kainate receptor：

允許鈉離子內流及鉀離子的外流。

靜止膜電位時，NMDA 接受體是處於不活化的狀態，此時鎂離

子會將 MNDA 接受體的離子通道阻斷，使得突觸前神經分泌的

glutamate 不能使 NMDA 接受體活化、促進鈣離子內流，無法讓 NOS 活化產生 NO。突觸前神經分泌 glutamate 必須先作用在 AMPA 接受

體，促進突觸後神經細胞去極化之後才能將NMDA 接受體的離子通

道上阻斷的鎂離子移除，進而促使NOS 活化產生 NO（圖三）。

在 孤 立 核 ， nNOS:cGMP 訊 息 傳 遞 系 統 藉 由 活 化 ionotropic glutamate 接受體產生降低血壓與心搏徐緩。實驗證明 NMDA 和 non-NMDA 接受體皆參與 L-glutamate 對心血管反應( Lin et al.,1999 )。

但在麻醉鼠的實驗發現在孤立核給予glutamatergic metabotropic 接受 體的阻抗劑對感壓反射沒有影響(Vagner et. al, 2003)。一般認為 metabotropic glutamate 接 受 體 的 活 化 需 要 大 而 強 的 高 頻 率 刺 激

（Scanziani et al ., 1997）。

孤立核對感壓反射具有很大的調節功能。研究發現在孤立核的 位置可以同時發現L-glutamate 與 nitric oxide synthase（NOS）神經末 端與神經元( Talman et al., 2001)。而 nitric oxide 被認為對於調控血壓 跟交感神經上扮演很重要的角色( Lo et al.,1997；Lawrence and Jarrott , 1996)。Glutamate 也被認為是當感壓反射傳入中樞後的第一個神經傳 導物質( Ohta and Talman , 1996)。Lin 等人在 2000 的研究指出 nitric oxide 跟 glutamate 對心血管的調節是交互促進作用。

在孤立核發現，一氧化氮的訊息傳遞路徑參與精氨酸引起的心血 管反應(Lin et al., 1999)。一氧化氮可透過環鳥嘌呤核甘單磷酸（c GMP）的上昇而增加孤立核的神經活性( Tagawa et al., 1994)。

一氧化氮與 glutamate 之間是藉由極短的回饋系統互相調控 (Garthwaite, 1991)。當突觸後神經元的神經性一氧化氮合成酶活化、

產 生 一 氧 化 氮 一 氧 化 氮 化 本 身 的 神 經 細 胞 鳥 甘 酸 環 脢 （soluble guanylyl cyclase , s GC）(Garthwaite and Boulton, 1995)，將鳥嘌呤核

甘三磷酸（GTP）轉化成環鳥嘌呤核甘單磷酸（cGMP），促進glutamate 的釋放之外，一氧化氮還可以利用擴散作用到突觸前神經元調控 glutamate 的釋放以及影響 NMDA 接受體的活性或是到其他細胞（圖 四）( Lei et al, 1992; Garthwaite and Boulton ,1995)。

實驗發現，如果在中樞的孤立核以 mcroinjection 的方法注射 glutamate 或是離子型 glutamate 接受體的促進劑，會產生降低動脈壓 及心搏徐緩的類似感壓反射反應 (Van Giersbergen et al., 1992)。反過 來，將NMDA 以及 AMPA 接受體阻斷之後再投給 L-glutamate，發現 心搏徐緩的反應被抑制。證明了離子型glutamate（NMDA 和 AMPA）

接受體，的確參與了中樞神經的心血管反射( Lin et al.,1999)，尤其是 NMDA 接受體( Lin et al., 2000)。

1-1-6、自主神經系統對心血管反射的作用

許多研究已經證明了自主神經系統對心血管的調控無論是在中 樞、週邊的感壓反射，或是其路徑中接受體跟受體的位置，都可以偵

許多研究已經證明了自主神經系統對心血管的調控無論是在中 樞、週邊的感壓反射，或是其路徑中接受體跟受體的位置，都可以偵