经皮耳迷走神经刺激的急性心血管效应
经皮耳廓迷走神经刺激对心血管的急性效应
引言
心血管疾病(CVD)仍然是全球范围内导致死亡的主要原因,而动脉高血压是其中最重要的可改变风险因素(Lim等人,2012年;Mills等人,2020年)。虽然动脉高血压的临床表现通常在晚年出现,但其潜在的病理生理机制,尤其是自主神经功能障碍,早在数十年前就已开始。
自主神经失衡,以交感神经过度活跃和副交感神经张力减弱为特征,不仅先于持续性动脉高血压出现,还能独立预测未来的心血管风险,甚至在血压正常的人群中也是如此(He等人,2023年;Thayer等人,2010年)。心率变异性(HRV)降低,作为副交感神经活动的非侵入性标志物,已在不同人群中一致地与心血管发病率增加相关联(Task Force,1996年)。
关键的是,生活方式因素不佳的年轻看似健康的成年人,包括缺乏身体活动、不良饮食习惯和慢性压力,常常表现出HRV降低和交感-迷走神经平衡改变(Liao等人,1998年)。这些亚临床自主神经变化代表了心血管疾病连续谱中的一个早期、潜在可逆的阶段,表明针对自主神经平衡的干预措施可能预防或延缓向显性疾病的进展(Goldstein等人,2011年)。
迷走神经,作为主要的副交感神经通路,发挥多种心脏保护作用,包括心率减缓、压力反射增强、血管张力降低和抗炎活动(Thayer & Sternberg,2006年)。经皮耳迷走神经刺激(taVNS)已成为一种非侵入性方法,通过放置在耳屏或耳甲艇的表面电极向迷走神经的耳支传递电刺激,以增强迷走神经活动(Badran等人,2018年)。神经影像学研究证实,taVNS激活中枢迷走神经投射,包括孤束核,这是心血管自主神经控制的主要中继站(Frangos等人,2015年)。
初步研究表明,急性taVNS会话能增加健康成年人的HRV、增强压力反射敏感性并降低交感血管张力(Clancy等人,2014年;De Couck等人,2017年),而新兴证据表明在高血压患者中血压(BP)有临床意义的降低(Mbikyo等人,2024年)。
尽管有这些有希望的发现,但显著的知识空白仍然存在。大多数研究检查了具有预先存在自主神经异常的临床人群,这使得难以从疾病相关的代偿反应中分离出主要的taVNS机制。此外,慢性干预方案排除了对即时自主神经和血流动力学变化的详细特征描述。在健康人群中进行机制研究具有关键优势:没有混杂药物和疾病适应,能够更清晰地识别taVNS诱导的自主神经和血流动力学变化,同时建立基线反应模式为解释临床人群反应和指导预防性干预提供了必要的参考框架。急性反应的研究允许对生理变化进行精确的时间映射,区分主要机制和下游后果,能够有效优化刺激参数,并为慢性效应提供生物学合理性,同时识别潜在的治疗响应者。
因此,本研究提出一项随机、假对照交叉研究,以系统性地描述健康年轻成年人对单次60分钟taVNS会话的急性心血管和自主神经反应。通过使用连续非侵入性血压监测和详细的HRV分析,本研究将确定taVNS是否在基线功能正常的个体中产生急性、可测量的血压、心率和自主神经平衡变化。我们将阐明taVNS诱导效应的时间动态,描述区分心脏、血流动力学和自主神经贡献的机制途径,并评估主动刺激与假条件相比的特异性。通过在良好控制的人群中建立基线生理反应模式并阐明急性机制,我们的发现将为后续在高风险和高血压个体中的研究奠定基础,最终为基于证据的、个性化的自主神经调节疗法在心血管疾病预防和管理中做出贡献。
研究概览
详细说明
在研究开始前,将使用在线随机序列生成器(网址:www.randomizer.org)为全部20名参与者生成完整的随机化序列。 一位不参与参与者招募、筛选、数据收集或结果评估的独立研究人员将使用“随机化列表”功能,生成20种不同的三种实验条件(主动taVNS、假声音和亚阈值假刺激)的随机顺序。 每位参与者将被分配一个从1到20的顺序识别号,并对应一个随机序列,决定他们在第2、3、4次访视中接受哪种条件。
独立研究人员将在安全的、受密码保护的电子文件或上锁的实体文件中保存主随机化列表,仅供其本人访问。 这确保了在整个招募和入组过程中分配隐藏。 在每次实验会话(第2、3、4次访视)的早晨,独立研究人员将通过安全电子邮件、电话或当面方式,向负责设置和操作taVNS设备的研究协调员传达该特定参与者和访视的分配条件。 此沟通仅指定当天要实施的条件(例如,“参与者15,第2次访视:主动taVNS”)。
接收此信息并准备设备的研究协调员将不参与结果评估。 重要的是,研究中有两名关键人员将全程保持盲态:参与者(他们不会被告知在任何给定日期接受哪种类型的刺激)和结果评估员(执行所有心血管测量)。 随机化列表将保存在安全的研究文件中,只有在所有数据收集和初步分析完成后,才会向研究团队完全公开。
盲法程序
本研究采用三重盲法以最小化偏倚。 参与者将在整个研究过程中对条件分配保持盲态。 他们将被告知该研究正在比较不同强度或模式的迷走神经刺激,但不会被告知哪些会话涉及主动刺激与假刺激。
假条件的设计,特别是假声音电极(产生模仿主动刺激的触觉和听觉提示),有助于实现有效的参与者盲法。 亚阈值假条件明确说明刺激低于感觉阈值,在不影响盲法的情况下保持程序的可靠性。 结果评估员也将保持盲态。 具体而言,在整个研究过程中执行所有心血管测量的研究者将保持盲态,不知道参与者在每次会话中接受哪种条件。 数据分析员在统计分析期间将保持盲态,条件分配以数字编码。 分配代码将由主要研究者安全保管,只有在所有分析完成后才会向统计分析员公开。
对参与表示兴趣的个人将被邀请到诺森比亚大学心血管生理学实验室进行初步筛选访视。 到达后,研究团队将与潜在参与者一起审查参与者信息表,详细解释所有研究程序,并回答任何问题。 将提供足够的时间让个人考虑参与,之后在任何研究程序开始前获得书面知情同意。
在同意后,参与者将接受结构化访谈,收集人口统计信息,包括年龄、性别和种族,以及详细健康史,涵盖心血管、神经和精神疾病。 将记录当前药物使用情况,包括处方药、非处方药和膳食补充剂。 将评估生活方式因素,包括习惯性身体活动水平、饮食模式、吸烟状况、饮酒量、睡眠质量和感知压力。
将按照标准化程序进行人体测量。 身高将使用壁挂式身高计测量至最近0.1厘米,参与者赤脚站立。 体重将使用校准的数字秤测量至最近0.1千克,参与者穿着轻便衣物且不穿鞋。 身体质量指数将计算为质量(千克)除以身高(米)的平方。 腰围将在下肋缘和髂嵴之间的最窄点测量。 臀围将在臀部最宽点测量。 颈围将在喉结下方的颈部中点测量。 所有围度测量将使用无弹性卷尺测量至最近0.1厘米。
诊室血压将根据现行指南,使用校准的水银血压计和听诊器通过听诊方法评估。
参与者将在安静的房间中坐姿,背部有支撑,双脚平放地面,手臂支撑在心脏水平。 在安静休息五分钟后,将从每只手臂以一分钟间隔测量三次血压读数。 Korotkoff音第I相用于识别收缩压,第V相用于识别舒张压。 将计算所有六个读数的平均值以确定资格。 平均收缩压低于140毫米汞柱且舒张压低于90毫米汞柱的参与者将符合血压纳入标准。
熟悉taVNS程序
完成筛选评估后,符合所有纳入标准且无排除标准的参与者将接受一个熟悉会话,以介绍taVNS设备和程序。 研究团队将解释经皮耳廓迷走神经刺激的机制,并演示Parasym设备和电极放置。 参与者随后将有机会亲身体验刺激。 电极将放置在左耳屏,并指导参与者从零开始逐渐增加刺激强度,直到感知到持续的刺痛感。 他们将被告知,在实际实验会话中,强度将设置在其不适阈值以下一毫安。
此熟悉会话有多个目的:确保参与者了解实验会话期间的预期,让他们体验感觉并确认他们愿意继续,提供机会识别可能无法耐受刺激的个体,并减少实验会话期间的焦虑和新奇效应。
将鼓励参与者提问并表达任何担忧。 只有对刺激感到舒适并愿意继续的参与者才会被纳入研究,并安排三次实验会话。
实验会话(第2、3、4次访视)
会话前要求和标准化
为了控制已知影响心血管和自主神经功能的因素,参与者将在每次实验会话前收到详细的标准化说明。 他们将被告知至少在预定会话时间前两小时仅进食清淡餐食,并在会话前至少12小时内避免所有含咖啡因产品,包括咖啡、茶、含咖啡因软饮料、能量饮料和巧克力。 每次会话前24小时内禁止饮酒。
参与者将被要求在每次会话前48小时内避免剧烈体育活动或结构化锻炼,但允许轻度活动如散步。 吸烟者将被要求在会话前至少三小时内不吸烟。 将鼓励他们在每次会话前一晚获得至少七小时的睡眠,并保持正常水分水平,同时避免在到达实验室前立即摄入过多液体。
所有实验会话将为每位参与者在一天中的同一时间安排,从上午9:00至10:00开始,以控制心血管参数和自主神经系统活动的昼夜变化。 会话之间将间隔至少48小时,以防止遗留效应并允许干预之间的完全生理恢复。 参与者将被要求记录他们对会话前说明的遵守情况、睡眠时长以及任何相关事件或症状,为此目的将提供一个简要日记。
实验会话协议
到达心血管生理学实验室后,将向参与者提醒会话程序并允许提问。 他们将被告知排空膀胱,并在需要时换上舒适、宽松的衣物。 实验室环境将保持在20至22摄氏度的舒适温度,光线调暗以促进放松。 参与者随后将在舒适的检查台上取仰卧位,头部用枕头抬高约30度,以确保在长时间监测期间的舒适度。 请参见实验会话设计。
基线评估阶段(25分钟)
每个实验会话的第一阶段包括一个25分钟的基线评估期,期间参与者在仰卧位安静休息。 他们将被告知放松,以自然呼吸频率正常呼吸,尽可能保持静止,除非必要避免说话。 在此25分钟开始时,Finapres NOVA无创手指动脉血压系统将安装在非优势臂上,包括手指袖带(食指或中指)和肱动脉校准袖带,手臂支撑在心脏水平。 Finapres将连续记录整个25分钟;然而,只有最后10分钟将用作干预前连续心血管基线进行分析。 同时,Polar Unite光学心率传感器将放置在优势手腕上,并将在整个25分钟期间连续记录,最后10分钟用于基线心率和心率变异性数据。 除了连续记录外,将在基线期间的四个时间点获取听诊血压和心率:0、5、10和15分钟。
每次测量将从优势臂使用校准的水银血压计和听诊器进行。 Korotkoff音的第I相和第V相将分别用于确定收缩压和舒张压。 所有听诊测量将由同一位经验丰富的研究者执行,他将对干预条件保持盲态。 最后三次听诊测量(在5、10和15分钟进行)的平均值将作为离散基线血压值进行分析。
干预阶段(60分钟)。
基线评估后,参与者将根据随机分配序列被分配到三种干预条件之一。 干预期为60分钟,适用于所有三种条件。 在此期间,参与者将保持坐姿。 研究团队将从相邻房间通过窗户清晰视野连续监测参与者,并通过对讲机提供双向通信。 将在15、30和45分钟进行简要舒适和安全检查,询问参与者的感受以及是否希望继续。 在干预阶段,参与者可以安静地阅读或使用手机,因为这些低强度活动不会干扰迷走神经刺激设备的安全或功能。 他们将被告知避免过度运动、说话或高度刺激的手机内容,以最小化监测期间的自主神经波动,但允许被动活动如阅读、浏览或听音乐,这在迷走神经刺激研究协议中常用。
研究类型
注册 (估计的)
阶段
- 不适用
联系人和位置
学习地点
-
-
-
Newcastle upon Tyne、英国
- Northumbria University
-
接触:
- Gabriel Cucato, PhD
- 电话号码:+44 0191 232 6002
- 邮箱:gabriel.cucato@northumbria.ac.uk
-
-
参与标准
资格标准
适合学习的年龄
- 成人
接受健康志愿者
描述
入选标准:
符合以下标准的参与者将有资格入选:
- 年龄:18-45岁
- 健康状况:无确诊的心血管、代谢、神经或精神疾病
- 血压:血压正常(诊室收缩压<140 mmHg且舒张压<90 mmHg)
- 身体质量指数(BMI):18.5-30 kg/m²
- 非吸烟者或轻度吸烟者(≤5支/天,愿意在测试前禁烟)
- 能够理解并提供书面知情同意
- 愿意遵守研究程序,包括:
- 不规律使用影响心血管或自主神经功能的药物(包括β受体阻滞剂、钙通道阻滞剂、抗高血压药或精神类药物)
排除标准:
- 目前正在参与另一项干预性试验
- 临床显著的静息心动过缓(心率<50次/分钟)
- 已知的迷走神经损伤或手术切除
- 确诊的心血管疾病(如心肌梗死、心力衰竭、心律失常、卒中、外周血管疾病)
- 确诊高血压或正在服用抗高血压药物
- 已知诊断为三叉神经痛或其他慢性疼痛疾病
- 活动性耳部感染或影响耳屏/耳廓的皮肤疾病
- 植入电子设备(起搏器、除颤器、迷走神经刺激器)
- 怀孕或哺乳期
- 当前诊断为焦虑、抑郁或其他需要药物治疗的精神疾病
- 晕厥或严重血管迷走神经反应史
学习计划
研究是如何设计的?
设计细节
- 主要用途:其他
- 分配:随机化
- 介入模型:交叉作业
- 屏蔽:双倍的
武器和干预
参与者组/臂 |
干预/治疗 |
|---|---|
|
实验性的:主动刺激阶段
对于主动式taVNS(经皮耳迷走神经刺激)条件,将使用Parasym taVNS系统(Parasym Health,英国伦敦)。
该设备通过置于左耳屏的表面电极,向迷走神经的耳支传递经皮电刺激。
刺激采用专有波形,由脉冲宽度为200微秒的微脉冲组成,以20赫兹的频率传递。
在开始干预前,每位参与者将根据其个人敏感度阈值个性化调整刺激强度,遵循与熟悉化阶段相同的程序。
参与者将从零开始逐渐增加电流强度,直到在电极部位感受到持续、清晰的刺痛感。
然后将强度降低至其报告的不适阈值以下一毫安。
我们预计参与者的平均刺激强度在13至20毫安之间。
|
对于主动经皮耳甲迷走神经刺激(taVNS)条件,将使用Parasym taVNS系统(Parasym Health,英国伦敦)。
该设备通过放置在左侧耳屏的表面电极,向迷走神经的耳支传递经皮电刺激。
刺激采用专有波形,由脉宽为200微秒的微脉冲组成,以20赫兹的频率传递。
在开始干预前,每位参与者将根据其个体敏感阈值个性化调整刺激强度,遵循与熟悉化阶段相同的程序。
参与者将从零开始逐渐增加电流强度,直到他们在电极部位感知到持续、清晰的刺痛感。
随后,强度将降低至低于其报告的不适阈值1毫安。
我们预计参与者的平均刺激强度范围为13至20毫安。
|
|
假比较器:假声条件
在假声条件下,参与者将被要求调整设备设置,以模拟主动方案期间使用的强度范围(13至20级),确保设置程序和用户操作在各会话间感觉相同。
然而,在此模式下,设备不提供任何治疗性电刺激。
相反,一个外观与主动电极相同的假电极仅产生机械声音,模仿与主动刺激相关的细微声学反馈,而不产生电流或引发任何生理效应。
此条件复制了主动会话的感觉和程序方面,同时确保不提供有意义的迷走神经刺激,从而控制与干预程序相关的安慰剂效应、参与者期望和非特异性注意力效应。
|
对于假声音条件,参与者将被要求调整设备设置,以模拟主动协议期间使用的强度范围(级别13至20),确保设置程序和使用者操作在多个会话中感觉完全相同。
然而,在此模式下,设备不会提供任何治疗性电刺激。
相反,外观与主动电极完全相同的假电极仅产生模仿主动刺激相关微妙声音反馈的机械声音,而不会产生电流或引发任何生理效应。
此条件复制了主动会话的感觉和程序方面,同时确保不提供有意义的迷走神经刺激,从而控制与干预程序相关的安慰剂效应、参与者期望和非特异性注意力效应。
|
|
安慰剂比较:假手术模式条件
对于亚阈值假刺激条件,Parasym设备将切换到假刺激模式并设置为第5级,该级别提供的刺激被有意保持在感觉阈值以下。
参与者将在本次会议开始时被告知:“在此会议中,刺激将低于感觉阈值提供,这意味着强度非常低,您不应感觉到任何感觉。
请确认您没有感觉到任何东西。”
设备激活后,将在短时间内提供最小刺激,然后在大约15秒内自动降低强度并关闭。
在剩余的60分钟会议期间,不提供电刺激,但设备显示屏将显示为活动状态以保持盲法。
此条件控制期望效应,同时明确告知参与者他们不应感知感觉,从而在不要求对感觉缺失进行欺骗的情况下保持可信度。
|
对于亚阈值假刺激条件,Parasym设备将切换至假刺激模式并设置为第5级,该级别提供的刺激有意保持在感觉阈值以下。
参与者将在本次会话开始时被告知:“本次会话中,刺激将低于感觉阈值进行,这意味着强度非常低,您不应感受到任何感觉。
请确认您没有感受到任何感觉。”
设备激活后,将在短时间内提供最小刺激,然后在大约15秒内自动逐渐降低并关闭。
在剩余的60分钟会话中,不会提供任何电刺激,尽管设备显示屏将显示为活动状态以维持盲法。
此条件通过明确告知参与者不应感知感觉来控制期望效应,从而在无需对感觉缺失进行欺骗的情况下保持可信度。
|
研究衡量的是什么?
主要结果指标
结果测量 |
措施说明 |
大体时间 |
|---|---|---|
|
血压(诊室)
大体时间:干预前及干预后15、30、45和60分钟
|
听诊血压测量将使用经过校准的汞柱血压计和听诊器在参与者的优势臂上进行。
收缩压将在出现第一个清晰的敲击声(科罗特科夫音第I期)时确定,舒张压将在声音消失时(科罗特科夫音第V期)确定。
同一位经验丰富的评估员将在整个研究期间执行所有听诊测量,该评估员对条件分配保持盲态,以最小化观察者间的变异性。
|
干预前及干预后15、30、45和60分钟
|
次要结果测量
结果测量 |
措施说明 |
大体时间 |
|---|---|---|
|
连续搏动间血压
大体时间:干预前和干预后(干预后所有60分钟内)
|
将使用Finapres NOVA无创手指动脉血压监测仪连续测量逐次心跳的血压。
所有测量将在参与者处于仰卧位时进行,测量手臂支撑在心脏水平,以确保手指与心脏之间的静水压等效。
手指袖带将放置在非优势手臂的食指或中指上,根据最佳信号质量选择,并在同一肢体的上臂放置肱动脉校准袖带。
数据将以200赫兹的采样频率导出,提供每个心动周期的收缩压、舒张压、平均动脉压、脉压和心率。
|
干预前和干预后(干预后所有60分钟内)
|
|
心率与心率变异性
大体时间:干预前和干预后50-60分钟。
|
心率将使用Polar Unite光学传感器连续监测,该传感器采用光电容积脉搏波描记法,通过腕部血容量的变化来推导心率和心跳间隔。
设备将佩戴在惯用手腕上,记录逐秒心率和高分辨率间隔数据。
心率变异性分析将使用两个稳定的静息时段:基线期的最后10分钟和恢复期的第50-60分钟。
心跳间隔数据将导出至Kubios HRV Premium进行处理。
数据将进行目视检查,以0.3秒为阈值检测伪影,并通过三次样条插值法进行校正;校正超过5%或有效数据少于5分钟的时段将被排除。
心率变异性参数将遵循Task Force标准。
|
干预前和干预后50-60分钟。
|
|
心输出量
大体时间:干预前和干预后(干预后60分钟内)
|
心输出量将使用集成于Finapres NOVA系统中的Modelflow算法进行估算。
|
干预前和干预后(干预后60分钟内)
|
|
每搏输出量
大体时间:干预前和干预后(干预后60分钟内全程)
|
每搏输出量将计算为心输出量除以心率,再乘以1000,以毫升为单位表示
|
干预前和干预后(干预后60分钟内全程)
|
|
总外周阻力
大体时间:干预前和干预后(干预后60分钟内)
|
总外周阻力将计算为平均动脉压除以心输出量,以每分钟每升汞的毫升数表示。
|
干预前和干预后(干预后60分钟内)
|
|
压力反射敏感性
大体时间:干预前和干预后第50-60分钟。
|
压力反射敏感性将在与心率变异性分析相同的时段进行评估:干预前基线的最后10分钟和干预后恢复期的第50至60分钟。
压力反射敏感性将采用序列法进行无创评估,该方法应用于同步的逐搏血压和搏动间期数据。
该技术识别连续心动周期中的自发序列,其中收缩压的渐进性升高或降低与搏动间期持续时间的相应变化相耦合,反映了压力反射介导的心率对血压波动的反应。
此分析的数据将通过将Finapres系统的连续收缩压数值与Polar Unite传感器的搏动间期数据同步来获取。
|
干预前和干预后第50-60分钟。
|
其他结果措施
结果测量 |
措施说明 |
大体时间 |
|---|---|---|
|
安全性和耐受性
大体时间:干预后
|
在每次实验环节结束后,参与者将完成标准化的不良事件问卷,以评估在干预期间或干预后立即出现的任何症状或副作用。
该问卷将专门询问电极部位皮肤刺激、头痛、头晕或头昏、恶心以及刺激过程中的不适感的存在情况和严重程度。
对于每种症状,参与者将按照四级量表评定严重程度:无、轻度(意识到症状但容易耐受)、中度(足以干扰正常活动的不适)或重度(导致丧失能力或无法继续正常活动)。
一个开放式问题也将允许参与者报告任何其他未在结构化项目中体现的异常症状或体验。
所有不良事件将在标准化的病例报告表中详细记录,包括描述、发生时间、持续时间以及与干预的关系。
|
干预后
|
合作者和调查者
调查人员
- 首席研究员:Gabriel Cucato, PhD、Northumbria University
研究记录日期
研究主要日期
学习开始 (估计的)
初级完成 (估计的)
研究完成 (估计的)
研究注册日期
首次提交
首先提交符合 QC 标准的
首次发布 (实际的)
研究记录更新
最后更新发布 (实际的)
上次提交的符合 QC 标准的更新
最后验证
更多信息
此信息直接从 clinicaltrials.gov 网站检索,没有任何更改。如果您有任何更改、删除或更新研究详细信息的请求,请联系 register@clinicaltrials.gov. clinicaltrials.gov 上实施更改,我们的网站上也会自动更新.