參、實驗結果 - 脊髓小腦萎縮症第17型轉殖小鼠之呼吸變異性與聲門功能異常

一、不同年齡SCA17 型轉殖小鼠的呼吸功能 （一）不同年齡的呼吸變異性

以whole body plethysmography 測量動物室的壓力變化，代表實驗動物 (野生型與基因轉殖小鼠)的呼吸活動，測量的年齡從出生後 4 天（p4；「p」

是 post natal）至 6 個月（p180），所得結果顯示，在出生後 4 至出生後 10 天（p4～p10），野生型（Wild type）與轉殖小鼠（Transgenic mice）的呼吸節律逐漸的由凌亂趨於規律（圖三A1，A2，B1 及 B2）。但是當到了出生後17 天（p17），野生型的節律仍十分規律（圖三 C2），但是在轉殖小鼠的呼吸節律則開始變得快慢不一（圖三C1）。經分析連續 100 次呼吸週期

（圖四），將所得結果以呼吸週期時間作為縱坐標，並以這 100 次的呼吸次數為橫座標，製作呼吸週期分佈圖（圖四），可以見到在 p10 至 p17 這段時間，野生型動物呼吸週期時間分部並未有太大的改變，但是轉殖小鼠的呼吸時間分布在p17 開始趨於不規則，從呼吸週期的分佈也顯得比較分散（圖四 B2）。從另ㄧ種表示方式，是將呼吸週期時間作為橫座標，將呼吸次數作為縱座標，可以見到呼吸週期時間的分布(圖五)，也可以見到轉殖小鼠在出生後 17 天(p17)，分散度較大(圖五 B2)。不論是以何種表達方式，都可以清楚看出，轉殖小鼠在出生後 17 天，呼吸週期發生很大的變化。從圖三更可以看出在出生後 17 天至六個月之間，野生型呼吸週期一直維持其規律而無明顯變化（圖三 D2-G2），相對地，轉殖小鼠不規律的情形卻隨著年齡的增加一直處於不穩定狀態（圖三D1-G2）。

為了量化實驗動物呼吸週期變異性，我們分析呼吸週期變異係數

（coefficient of variation；CV）與變異性分數 (irregularity score；IS），將實驗動物的呼吸週期不規律現象量化，以便進行統計分析。當數值愈高的時候，也就代表著呼吸的變異性愈大。圖六A 與 B 分別是分析後所得之變

異係數與變異性分數，很清楚地，在 p4 的時候，野生型與轉殖小鼠的呼吸變異性都相當高，野生型的 CV 為 20.76±1.16，IS 為 25.20±1.70；轉殖小鼠的 CV 為 22.14±1.72，IS 為 22.03±1.57。到了 p10 的時候，野生型的 CV 降低為 11.70±0.63，IS 亦降低為 12.97±0.95；轉殖小鼠的變異性同樣的也降低了，CV 減少為 9.46±0.47，IS 降為 10.22±0.50。不管是在 p4 或是 p10 的時間點，兩種基因型的小鼠之間並無顯著差異（P>0.05）。但是在p17 的時候卻有了重大的變化。野生型的CV（14.63±0.52）與 IS（13.86±0.76）

仍然維持在相當於 p10 的範圍，但轉殖小鼠呼吸週期的變異性卻明顯升高，CV 與 IS 顯著的增加至 27.16±2.07 與 25.15±1.77（p<0.01，與野生型動物相比較）。此後，轉殖小鼠的呼吸週期變異性一直處在這麼高的壯代，

甚至還有逐漸增加的趨勢，而野生型動物年齡從p24 到 p30，甚至到半年，

其呼吸變異性，不論是CV 或是 IS 都處在與 p17 相當的範圍(圖六 A 與 B，

p>0.05，與 p10 相比較)，相對地，轉殖小鼠的呼吸變異性相當大，在相對應於年齡（p24，p30，p60,p120,p180），野生型動物的CV 值分別是：23.25

±0.92，24.70±0.98，26.67±1.12，33.43±1.40，以及 39.24±1.75 (圖六 A，

p<0.01，與同年齡野生型的 CV 值相比較)；同樣地，其 IS 值在相對應的年齡分別是：20.88±1.20，23.27±1.92，22.69±1.65，26.58±1.52，以及 27.77±

2.14 (圖六 B，p<0.01 與同年齡野生型的 IS 值相比較）。

（二）不同年齡呼吸週期的改變

同樣分析了連續一百次呼吸運動的呼吸週期，從 p4 到 p31，野生型

（WT）與轉殖小鼠（Tg）之間並無顯著差異（圖七 A，P>0.05）。但是從 p60 開始，轉殖小鼠的呼吸週期開始顯著的較野生型為長（圖七 A；

p60-p180；WT: 133.4±6.0 msec，129.9±8.2 msec，153.0±10.0 msec；Tg：162.2

±5.8 msec，176.8±9.5 msec，189.1±12.1 msec；在同年齡相比較，P<0.05）。

在 p17，p24，p31 時轉殖小鼠的吸氣週期為 68.7±3.1 msec，62.1±1.7

msec，59.9±1.7 msec，顯著的短於野生型的 82.2±6.9 msec，71.2± 2.3 msec，

71.0±1.5 msec（圖七 B ，P<0.05）。但是在 p120 的時間點，轉殖小鼠的吸氣時間轉變成 62.±2.5 msec，顯著的較野生型的 59.5±2.8 msec 為長

（P<0.05）。但是其他的時間點，這兩者間是沒有顯著差異的。

呼氣時間於出生後四天的測量就表現出轉殖小鼠顯著的以 184.2±11.8 msec 長於野生型的 170.9±7.9 msec (圖七 C，P<0.05）。在接著 p10-p31 的時期兩者之間並沒有顯著的差異。直到p60 開始，轉殖小鼠呼氣時間又較野生型為長的，兩者分別是 100.2±4.4 msec 與 87.7±3.3 msec，差別顯著 (P<0.05）。這種不同的差別現象從p60 一直持續到 p180（p120-p180，WT：

94.8±5.4 msec，106.9±5.7 msec。Tg：112.6±7.7 msec，113.8±8.6 msec；

P<0.05）。

（三）不同年齡單位體重分鐘換氣量的改變

潮氣容積在胚後發育逐漸增加，從p4 到 p17 間，轉殖小鼠與野生型都增加，彼此之間並無顯著差異（圖八A；P>0.05）。但是於 p24，轉殖小鼠的潮氣容積為0.114±0.006 ml，顯著小於野生型 0.148±0.011 ml（圖八 A，

P<0.05）。於 p31 時轉殖小鼠的潮氣容積為 0.150±0.008 ml，亦顯著小於野生型0.179±0.012 ml（圖八 A，P<0.05）。但是於 p31 之後，p60 至 p180 時期，兩者間並無顯著差異。於 p180 時，轉殖小鼠潮氣容積為 0.131±0.004 ml，野生型的潮氣容積為 0.132±0.005 ml（p>0.05）。

單位換氣量也是隨著出生後逐漸增加，同樣的在p4-p17 之間並無太大差別，到p24 時差異才顯現出來（圖八 B）。在p24 時轉殖小鼠的換氣量為 3.24±0.24 ml/min/g，顯著的低於野生型的 3.89±0.32 ml/min/g（圖八 B，

p<0.05）。此後轉殖小鼠的換氣量有低於野生型的趨勢。在p60 與 p120 時，

轉殖小鼠的換氣量為1.95±0.12 與 1.82±0.09 ml/min/g，亦顯著的低於野生型的2.74±0.19，2.49±0.12 ml/min/g（圖八 B，p<0.05）。

（四）麻醉對於呼吸變異性的影響

以腹腔注射urethane（1.2 g/kg）麻醉轉殖小鼠與野生型小鼠，測量麻醉前、後的呼吸活動，仍以whole body plethysmography 測量實驗動物的呼吸活動變化。動物在接受麻醉之後，呼吸節律並未有太大改變，野生型的呼吸運動仍舊十分規律（圖九A1，A2），轉殖小鼠呼吸運動的變異性於麻醉後也依然存在（圖九B1，B2），不論是野生型或是轉殖小鼠，麻醉劑主要是引起呼吸高度降低。經分析連續100 次呼吸運動所得結果，野生型動物的呼吸週期時間相同(（圖九 C1)，轉殖小鼠的呼吸週期時間甚至更長（圖九C2）。

二、高二氧化碳濃度對SCA17 型轉殖小鼠呼吸變異性的影響 （一）高二氧化碳降低呼吸變異性

以六個月大的野生型與轉殖小鼠為材料，利用 whole body plethysmography 測量其對於吸入不同二氧化碳濃度後呼吸運動，然後再分析其呼吸變異性。在一般空氣成份的環境下，轉殖小鼠的呼吸節奏較野生型來的不規則（圖十 A1 與 A2）。但是在增加了二氧化碳的環境下，轉殖小鼠的節奏逐漸變得規律（圖十B1 與 B2），在5％二氧化碳的環境下與野生型已無太大差別（圖十C1 與 C2）。

經分析呼吸變異係數（CV）與 irregularity score（IS）將其呼吸週期不規律的現象量化並統計分析。野生型小鼠，吸入空氣（air），然後增加二氧化碳到3%與 5％，呼吸變異性並無顯著變化，在這三種氣體環境下 CV 值分別是：Air：17.62±1.19，3％CO

2

：17.72±2.53，5％CO

2

：20.20±2.44

（圖十一A 彼此間並無差異，p>0.05）同樣地， IS 值分別是：Air：16.87

±2.13，3％CO

2

：15.18±2.11，5％CO

2

：12.38±1.50(圖十一 B，彼此間並無差異，p>0.05）。但是在轉殖小鼠，呼吸週期的變異性會隨著二氧化碳的增

加而逐漸降低，在這三種環境下，其 CV 值分別是：Air：39.83±2.53，3

％CO

2

：29.77±3.06，5％CO

2

：21.44±3.34，隨二氧化碳增加而顯著降低 (圖十一A，p<0.01)，而 IS 值分別是：Air：28.43±2.38，3％CO

2

：21.91±1.91，

5％CO

2

：15.49±2.33，也是隨二氧化碳濃度增加而明顯降低(圖十一，

p<0.01）。比較這兩種實驗動物，在呼吸空氣的環境下，轉殖小鼠的 CV 值明顯高於野生型動物(圖十一，p<0.01)，當吸入 3％CO

2

時，轉殖小鼠的 CV 雖然降低，但仍然高於野生型動物(圖十一，p<0.05)，當 CO

2

增加到5

％的時候，其CV 值降低到與野生型小鼠一樣（圖十一，p>0.05），同樣地，

轉殖小鼠的IS 值也是有同樣的趨勢，當 CO

2

增加到5％的時候，其 IS 值變得與野生型相類似（圖十一B，p>0.05）。

（二）高二氧化碳對呼吸週期的影響

在提高至5％二氧化碳環境下 SCA17 型轉殖小鼠呼吸週期為 142.7±8.8 msec，顯著的低於野生型的 203.5±31.6 msec（圖十二 A；P<0.05），且兩者反應的趨勢不盡相同。野生型在 3％與 5％二氧化碳環境的呼吸週期有較 Air 時延長的趨勢，但是轉殖小鼠卻反而較為縮短（圖十二 A）。

轉殖小鼠的吸氣時間在不同程度二氧化碳環境下並無太大差異，但是野生型的吸氣時間卻有隨二氧化碳濃度增加的趨勢（圖十二B）。且 5％二氧碳化濃度環境下的野生型吸氣時間為 89.4±14.5 msec，顯著的長於轉殖小鼠的60.3±4.2 msec（圖十二 B；P<0.05）。

呼氣時間於轉殖小鼠有隨著二氧化碳濃度增加而逐漸縮短的趨勢（圖十二 C），從空氣時的 110.5±9.5 msec 縮短到 5％二氧化碳時的 82.5±5.1 msec。但是在野生型的變化卻有所不同，從空氣時的 98.4±11.8 msec，於 3

％二氧化碳時增加為133.9±18.4 msec，再於 5％二氧化碳時稍降為 114.1±

17.3 msec。然而在轉殖小鼠與野生型之間的呼氣時間，無論二氧化碳濃度的高低並無顯著差異（P>0.05）。

（三）高二氧化碳對潮氣容積與換氣量的影響

提高二氧化碳會促使潮氣容積增加，野生型動物呼吸空氣、3%與 5%

二氧化碳時，潮氣容積分別是0.117±0.005 ml、0.144±0.004 ml 以及 0.170±

0.006 ml (圖十三 A，p<0.05)，轉殖小鼠的潮氣容積在這三種環境下，分別是0.123±0.007 ml、0.127±0.008 ml 與 0.144±0.009 ml。於 5%二氧化碳環境下的轉殖小鼠潮氣容積顯著的較野生型小（p<0.05），不過野生型與轉殖小鼠在空氣與3％二氧化碳環境下的潮氣容積是沒有顯著差異的（P>0.05）。

而野生型小鼠潮氣容積隨著二氧化碳增加的現象，在轉殖小鼠卻沒有被我們所觀察到。

在單位體重分鐘換氣量在野生型小鼠呼吸空氣、3%與 5%二氧化碳時，分別為 1.578±0.149 ml/min/g、1.430±0.139 ml/min/g 與 1.974±0.230 ml/min/g。轉殖小鼠則是 1.595±0.160 ml/min/g、1.668±0.179 ml/min/g 以及 2.218±0.210 ml/min/g。兩種基因型在同樣環境的單位體重分鐘換氣量並無差別（圖十三B；P>0.05）。但是在轉殖小鼠中，卻發現有隨著二氧化碳濃度增加，單位體重分鐘換氣量逐漸增加的情形（P<0.05）。不過在每分鐘換氣量的分析中，卻未觀察到這個趨勢（結果未呈現）。

三、辣椒素對膈神經與喉返神經呼吸活動的影響 (一) 辣椒素對神經呼吸活動的影響

在大鼠的動物模式中，由右頸靜脈給予辣椒素刺激肺迷走 C 纖維會引 起典型肺化學反射（pulmonary chemoreflex），其反應包含了呼吸暫停、

心搏減慢、血壓降低及興奮喉返神經的呼氣活動(Lu, Lee et al. 2005)。在野生型的小鼠動物模式中，由右頸靜脈給予0.625 μg/kg 以及 1.25 μg/kg 辣椒素，以刺激肺迷走C 纖維，亦引起了典型的肺化學反射，不過，由於小鼠的血壓不容易記錄，僅記錄膈神經與喉返神經活動，圖十四A2 與 B2，可

以清楚觀察到，辣椒素注入後，不論是低劑量或高劑量，膈神經活動都會暫停，並出現連續性活動 (toninc activity)，在膈神經恢復後的第一次活動

在文檔中脊髓小腦萎縮症第17型轉殖小鼠之呼吸變異性與聲門功能異常 (頁 30-38)