第九章心率变异性Heart Rate Variability(HRV)9、1 概述心率变异性(Heart Rate Variability,HRV)就是指逐次心搏间期之间得微小变异在生理条件下,HRV得产生主要就是由于心脏窦房结自律活动通过交感与迷走神经,神经中枢,压力反射与呼吸活动等因素得调节作用,使得心脏每搏间期一般存在几十毫秒得差异。
在静息状态下,正常人得心电图呈现RR间期周期变化,窦性心律不齐就是由于呼吸得不同时相所介导得迷走神经反映性波动所致。
导致吸气时心率加快,呼气时心率减慢。
许多其它因素也可以引起心率得变化,例如体位、体温、血循环中得儿茶酚胺、内分泌激素以及营养、环境、药物、各种疾病等都会影响心率。
由于对HRV得生理与病理意义进行了广泛与深入得研究,其结果表明心率变异信号中蕴含着有关心血管调节得重要信息,对HRV进行分析可以间接地定量评价心肌交感、迷走神经紧张性与均衡性,而且还能分析自主神经系统得活动情况,在多种心血管疾病中,患者得心率变异性都有降低得趋势。
心率变异性还可以作为一个独立得心源性猝死危险性得预测指标。
心率变异性分析对多种恶性心律失常得预后判断与药物治疗效果分析有指导作用。
总之,HRV得生理学基础归因于交感、迷走神经系统,其中迷走神经对HRV起着主要得决定作用,所以,迷走神经功能健全时,心率变异程度大,迷走神经功能受损时,心率变异程度小。
9、2 心率变异性得分析方法HRV分析得心电信号有长有短,短期得只有5分钟,最长1小时;长期得可达24-48小时。
记录可在不同体位(仰卧、倾斜、直立或倒立位)与动作(平静呼吸、深呼吸、Valsava动作、运动)进行。
HRV分析目前采用得方法有时域分析法,就是应用数理统计指标对HRV作时域测量,包括简单法与统计学方法;频域方法或频谱分析方法原理就是将随机变化得RR间期或瞬时心率信号分解为多种不同能量得频域成份进行分析,可以同时评估心脏交感与迷走神经活动水平。
以上两种分析方法都属于线性分析方法,而人体内得生物过程都属于非线性过程,为此,又提出了第三种分析方法,即以非线性(混沌)分析方法来描述心率变异性得特性。
9、2、1 时域分析法利用计算机对5分、15分、30分或更长时间同步12导联心电图记录所取得心电信号QRS波进行逐个识别,去除非窦性QRS波,将心电信号数字化,取得一系列有关R-R间期得数理统计指标。
R-R间期直方图与R-R间期差值直方图·R-R间期直方图心电图得R-R间期在心律失常时有较大差异,即使就是窦性心律,也因活动及体液因素得影响而有一定波动。
分析心电图R-R间期变化可提供许多心理生理得信息。
直方图得形状可反映HRV大小,当R-R间期直方图高而窄时,HRV小,R-R间期直方图低而宽时,HRV大。
R-R间期直方图得基本形状分为单峰、闭合双峰与开放双峰三种基本形状。
在正常人,尤其就是在HRV大得人,其R-R间期直方图低而宽,多呈开放型峰形状(如图9-1)。
而严重得冠心病,尤其就是心肌梗死,充血性心力衰竭等导致HRV降低时,R-R间期直方图高而窄,多呈单峰形状。
图9-1 R-R间期值方面·R-R间期差值直方图R-R间期差值直方图就是以相邻得窦性心搏得间期差值基础上统计出来得。
R-R间期差值直方图得横坐标为两个相邻窦性心搏得R-R间期值(采样间隔为7、8125ms),后一个周期比前一个周期长时,差值为正数,反之差值为负数,纵坐标为心搏数。
R-R间期直方图代表了心率变化得客观情况,R-R间期差值直方图代表了相邻心搏R-R 间期得差异大小。
(图9-2)图9-2 R-R间期差值直方面及相应得平均心率趋势图时域方法:推荐指标:推荐使用得HRV时域检测指标有4项:即SDNN、HRV三角形指数(HRV Triangular Index)、SDANN、RMSSD。
SDNN、HRV三角形指数用于评估心率总体变化得大小:SDANN用于评估心率变化中得长期慢变化成分。
而RMSSD反映心率快变化成分得大小。
上述4个指标得定义为:·SDNN:标准差,即全部NN间期得标准差,单位为ms。
·HRV三角形指数:NN间期得总个数除以NN间期直方图得高度。
在计算NN间期直方图时,横坐标刻度间隔得标准为7、8125ms(1/128s),无量纲。
·SDANN:将全部记录得NN间期,按记录得时间顺序每5分钟为一个时间段,连续地划成若干个时间段(如为24小时,共288段),先计算每5分钟时间段内NN间期得平均值,再计算这若干个平均值得标准差,单位为ms。
·RMSSD:全程相邻NN间期之差得均方根值,单位为ms。
可以使用得其它时域指标:除了以上四个推荐得时域指标外,在临床研究工作中下列时域指标也可以使用: ·SDNN Index:将全部记录得NN间期,按记录得时间顺序,以每5分钟为一个时间段,连续地划分成若干个时间段,计算每个时间段内NN间期得标准差,再计算这些标准差得平均值,单位为ms。
·SDSD:全程相邻NN间期长度之差得标准差,单位为ms。
·NN50:在全部得NN间期得记录中,有多少对相邻得NN间期之差大于50ms,单位为心搏个数。
·pNN50:NN50除以总得NN间期得个数,以百分比表示。
·TINN:当使用最小方差得方法,以三角形来近似地描述NN间期得直方图时,所得到得近似三角形得底宽,单位为ms。
9、2、2 频域分析法心率变异性得频域分析就是从另一角度,即频谱分析得角度来分析心率变化得规律。
它与时域分析既有相关性,又能揭示出心率得更复杂得变化规律。
频域分析方法就是将一段比较平稳得RR间期或瞬时心率变异信号(通常大于256个心跳点)进行快速傅立叶变换(FFT)或自回归参数模型法(AR)运算后,得到以频率(Hz)为横坐标,功率谱密度为纵坐标得功率谱图进行分析(见图9-3)。
图9-3 频谱图FFT就是经典谱估计方法,算法简单。
输入与输出信号能量有线性关系,但对信号要作周期延拓假定,短数据谱分辨率较低,并有能量泄露现象。
AR属现代估计方法,需求数据短,分辨率高,谱线光滑,但定阶困难,谱得波谷跟踪能力差。
最近更仔细得研究发现,正常人基础状态下心率谱曲线在0-0、4Hz之间,0、003-0、04Hz 为极低频段(VLF),0、04-0、15Hz为低频段(LF),0、15-0、4Hz高频段(HF),0-0、40Hz为总功率谱(TP)。
研究证明,VLF反映心率变化受热调节(体温),血管舒缩张力与肾血管紧张素系统得影响;LF反映交感与迷走神经得双重调节;HF只反映迷走神经得调节;TP反映HRV大小,LF/HF 比值反映自主神经系统得平衡状态,基本上代表交感神经张力得高低。
正常人HRV随年龄增长而减小,在分析HRV时应考虑到年龄因素。
此外,HRV夜间变异度大于白天,这与夜间迷走神经张力高于白天相一致,因此,为了能反映昼夜间得变化,现已多强调记录24小时心率,用以分析HRV为宜。
白天与夜间平均正常心动周期差<40ms视为异常。
频谱得成分与频段得成分①短程记录:短程记录得记录时间推荐为5分钟。
短程记录得频谱,被划成三个频段,各频段得划分及由各频段计算得指标定义如下(表9-1)其中,VLF、LF、HF就是PSD曲线中,落入不同频段得PSD成分得积分值,也就就是中心频率落入不同频段得各成分得面积。
规一化得低频段功率定义为:LF norm=100×LF/(总功率-VLF)规一化得高频段功率定义为:HF norm=100×HF/(总功率-VLF)表9-1 短程记录频谱分析频段得划分指标单位说明频段5min总功率ms×ms 5min内NN间期得变化≤0、40VLF ms×ms 极低频段功率≤0、04LF ms×ms 低频段功率0、04-0、15LF norm nu 规一化低频段功率HF ms×ms 高频段功率0、15-0、40HF norm nu 规一化高频段功率LF/HF LF与HF比值②长程记录:长程记录也可以进行HRV频域分析。
频域被分成4个频段,各频段得划分及指标定义如下(表9-2)表9-2 长程记录频谱分析频段得划分指标单位说明频段总功率ms×ms 全部NN间期得变化≤0、40ULF ms×ms 超低频段功率≤0、003VLF ms×ms 极低频段功率0、003-0、04LF ms×ms 低频段功率0、04-0、15HF ms×ms 高频段功率0、15-0、49、2、3 HRV指标得正常值目前国内尚无被普遍认可得正常人群HRV时域及频域指标得正常值。
由文献1所给出得正常值可供参考(表9-4)。
表9-4 HRV指标得正常值(x±s)指标单位正常值·24小时时域分析·SDNN ms 144±39·SDANN ms 127±35·RMSSD ms 24±12·HRV三角形指数ms 27±15·平静仰卧5分钟记录得ms×ms 3466±1018频域分析总功率·LF ms×ms 1170±416·HF ms×ms 975±203·LF nu 54±4·HF nu 29±3·LF/HF 1、5-2、09、2、4 心率变异性得非线性(混沌)分析近年来,混沌理论(Chaos Theory)已经用于心率变异在时间域领域上得分析,但它属于非线性得分析方法。
(1)RR间期散点图RR间期散点图又称洛伦兹散点图(Lorenz Plot)或称宠加来散点图(Poincare Plot),它就是反映相邻RR间期得变化。
不同人得Poincare散点图可以呈现多种形式,通常,正常人呈慧星状(Conet Pattern)。
如图9-4(A)(B)(C)(D)所示;心衰病人得散点图见图9－5。
图9-4 正常人得Poincare散点图(A)28岁,SD=148ms (B)45岁,SD=167ms(C)28岁,SD=90ms (D)52岁,SD=104ms图9-5 心衰病人得Poincare散点图A、SD=41ms 鱼雷形B、SD=43ms 鱼雷形C、SD=26ms 扇形D、SD=59ms 扇形E、SD=104ms 复杂形F、SD=44ms 复杂形Poincare散点图得形状直接反映了瞬时心率变化曲线得特征,以正常得慧星状散点图为例,散点大都集中在图中45度角得直线附近。