第參章、研究方法與材料

第參章、研究方法與材料

第一節、實驗動物

實驗用動物為雄性 WKY 及 SHR 大鼠，購買自國家動物中心，大鼠飼 養條件為光照控制 12：12 hr light-dark cycle，大鼠日光照開 8:00 am，黑暗 開始於 20:00 pm。不限制其飲食，食物、飲用水與飼養環境依照一般標準。

測量可自由活動及運動狀態下大鼠之腦波、肌電波及心電訊號。

實驗動物分為下列三部份：

一、8 週齡雄性 WKY (adult WKY)

比較成年正常血壓大鼠於運動前，運動中及運動後腦波及心臟自 主神經功能之變化。

二、60 週齡雄性 WKY (elderly WKY)

以比較老年與成年正常血壓大鼠於運動前，運動中及運動後腦波及 心臟自主神經功能變化之差別。

三、8 週齡雄性 SHR (adult SHR)

以比較成年高血壓大鼠與正常血壓大鼠於運動前，運動中以及運動 後腦波及心臟自主神經功能變化之差別。

第二節、動物運動模式

老鼠適應跑步機，而後對大鼠進行電極植入手術。大鼠運動訓練時間為 6:00~8:00 am，每次進行運動時以 13 m/min 速度進行運動。

第三節、腦波及心電電極植入手術

將大鼠以麻醉劑量之巴比妥鈉 (pentobarbital sodium, 50 mg/kg) 腹腔 注射進行麻醉。麻醉後剃除大鼠頭頂、頸部和左側腹部毛髮，將大鼠頭部 固定於立體定位儀 (stereotaxic apparatus, Storlting) 上。以手術刀將頭頂切 開 2 公分左右的切口，刮除頭骨骨膜，以鉛筆標定植入不鏽鋼螺絲釘的位 置，以前囪 (bregma) 為中心，前方 2 公厘再向右 2 公厘為額葉 (frontal, F) 標定處，正下方 4 公厘為頂葉 (parietal, P) 標定處，頂葉標定處正下方 4 公 厘為枕葉 (occipital, O) 標定點，以 bregma 做垂直線，於 F、P 及 O 的相對 位置植入螺絲釘，一個參考電擊植入人字縫尖尾端 2 公厘位置，一個接地 電極植於 bragma 前方 5 公厘位置，共 8 隻螺絲釘(如圖一所示)。將微型插 座金屬絲分別纏繞於個別位置螺絲釘上，將兩條微不鏽鋼金屬絲插入背部 兩側背頸肌肉以測量肌電圖，背部皮下經由一對微不鏽鋼金屬絲，一端置 於背部，而另外一端則是置於左側腹部。將傷口縫合後，利用牙粉將頭骨 表面電極插座固定，手術完後將動物單獨置於個別鼠籠，自然清醒並恢復 與適應環境 (Yang, Shaw, Lai, Lai, & Kuo, 2003)。

圖ㄧ、動物腦波電極植入位置

第四節、實驗流程

植入頭電極 7 天後開始收集腦電波及心臟自主神經功能等生理訊號，

期間是為了讓大鼠自然恢復傷口並等待麻醉藥效消退，在正式進入運動 前，大鼠先經過為期三天的熟悉期 (acclimation)，利用低轉速 8 m/min，每 天 10 分鐘，使其適應跑步機。於 pm 6:00~8:00 對大鼠進行運動訓練，並記 錄其運動狀態下的生理訊號，期間取 100 分鐘作分析，詳細實驗流程如圖 二所示。

紀錄時使用實驗室自製之小型可攜帶式生理紀錄儀及連接管線，將連 接管線插在大鼠頭上之頭電極插座，如圖三所示，而後將擷取之生理訊號 以郭博昭所撰寫頻譜分析軟體加以分析統計。

圖三、連接管線固定於大鼠頭電極插座

第五節、資料收集

本研究使用實驗室自製之可攜帶式多頻道生理紀錄儀 (Yang 等，2003) 收集資料，將訊號使用放大器將腦波與肌電圖放大 500 倍，而心電圖放大 1000 倍。其中腦波濾波範圍為 0.16-48 Hz，肌電圖濾波範圍為 34-103 Hz，

而心電圖 (electrocardiography, ECG) 為 0.72-103 Hz，電訊號再經 8-bits 類 比數位轉換器 (ADC0838-8-Bit Serial I/O A/D, National Semiconductor) 連 接至微電腦。三種訊號同步以下列的取樣速率(EEG:125 Hz; ECG:500 Hz;

EMG:500 Hz) 存錄至微型記憶卡，並將資料轉燒錄至光碟片內，以便日後

進行分析。

第六節、腦電波分析

將腦波之訊號擷取每段可讀取分析之成功 16 秒 (1024 點) 作為時間間 隔 (window 或 epoch) 與下一個時間間隔之前 8 秒 (50％) 重疊來做分析。

腦波利用頻譜分析將各頻域區分為 delta 頻域 (0.5-4 Hz)、theta 頻域 (4-6.8 Hz)、alpha 頻域 (6.8-13 Hz)、beta 頻域 (13-25 Hz)。藉由積分的方式定量 功率密度頻譜中各頻域之功率，觀察腦波平均功率 (mean power frequency, MPF)、各頻域功率及所佔之百分比。

第七節、心率變異性分析

ㄧ、心電訊號處理

心 電 原 始 訊 號 收 集 後 使 用 自 製 的 8-bits 類 比 數 位 轉 換 器 (ADC0838-8-Bit Serial I/O A/D, National Semiconductor) 處理後，數位化之 心電訊號立即進行分析，HRV 頻譜分析程式皆以執行電腦自動化判讀，辨 認程序首先以 QRS 尖峰檢測程序將心電圖訊號中最高點找出，暫時視為 每次心跳 QRS 複合波 (QRS complex)，每一 QRS 利用電腦程式測量其振 幅和平均持續時間，並將各參數之平均值和標準差算出作為標準模板，每 個 QRS 都以此作比對，若差異落在標準模板三個標準差之外，則視為雜訊

間距的過濾程序，如果 RR 間距落於總 RR 間距 4 個標準差之外，則視為 錯誤或是不穩定訊號而刪除。

二、心率變異性之頻域分析

將所有合格之心跳週期序列以 64 Hz 之頻率進行重新取樣 (resample) 以維持其時間連續性。擷取每段成功的 16 秒 (1024 點) 作為時間間隔下一 個 時 間 間 隔 之 前 8 秒 (50 ％ ) 重 疊 來 做 分 析 。 頻 譜 分 析 採 用 無 母 數 (non-parametric) 快速傅立葉轉換 (fast Fourier transformation, FFT)，首先消 除訊號的基準線飄移 (baseline drift) 以防止低頻帶的干擾，同時採用 Hamming window 運算以避免頻譜中個別頻率成分之互相滲漏 (leakage) 作用 (Kuo 等，1999)。取 64 秒之資料 (4096 點) 進行快速傅立葉轉換估算 功率密度頻譜 (power spectral density)，並對取樣與 Hamming window 運算 造成之影響進行補償。藉由積分的方式定量功率密度頻譜中各頻域之功 率，包括心率變異總功率 (TP

_HRV

大鼠心率變異性頻譜分析高、低頻譜之界定如下：

(一) 低頻 (LF)：頻率範圍在 0.24-0.60 Hz 之間 (二) 高頻 (HF)：頻率範圍在 0.60-2.40 Hz 之間 三、頻譜分析判讀

根據學者郭博昭之過去經驗(Kuo 等，1999; Yang, Kuo, & Chan, 1996;

Yang, Lai, Lai, & Kuo, 2002)，以及歐美心臟學會專家所訂定的標準 (Task Force of the European Society of Cardiology and North American Society of Pacing and Electrophysiology, 1996)，實驗結果將以 HF 定義為心臟迷走神經 活性之指標，並以 LF/HF 比例定義為心臟交感神經活性之指標，而 LF 則視 為交感和副交感神經功能之綜合指標。

第八節、統計分析

大鼠之腦電波及心率變異性分析之實驗數據均以平均值 ± 標準誤 (mean ± SEM) 表示，各組間差異以 two-way 或 one-way analysis of variance (ANOVA)比較，若 F 達顯著差異，則以 Fisher’sleastsignificantdifference test (LSD test) 進行事後比較;各組內以相依樣本 t 考驗比較，第一類型錯誤率定 為= .05。