第九章心率變異性

1、第九章心率變異性Heart Rate Variability(HRV)概述心率變異性（Heart Rate Variability， HRV）是指逐次心搏間期之間的微小變異在生理條件下， HRV的產(chǎn)生主要是由于心臟竇房結(jié)自律活動通過交感和迷走神經(jīng)，神經(jīng)中樞，壓力反射和呼吸活動等因素的調(diào)節(jié)作用，使得心臟每搏間期一般存在幾十毫秒的差異。在靜息狀態(tài)下，正常人的心電圖呈現(xiàn)RR間期周期變化，竇性心律不齊是由于呼吸的不同時相所介導(dǎo)的迷走神經(jīng)反映性波動所致。導(dǎo)致吸氣時心率加快，呼氣時心率減慢。許多其它因素也可以引起心率的變化，例如體位、體溫、血循環(huán)中的兒茶酚胺、內(nèi)分泌激素以及營養(yǎng)、環(huán)境、藥物、各種疾病等都會

2、影響心率。由于對 HRV的生理和病理意義進行了廣泛和深入的研究，其結(jié)果表明心率變異信號中蘊含著有關(guān)心血管調(diào)節(jié)的重要信息，對 HRV進行分析可以間接地定量評價心肌交感、迷走神經(jīng)緊張性和均衡性，而且還能分析自主神經(jīng)系統(tǒng)的活動情況，在多種心血管疾病中，患者的心率變異性都有降低的趨勢。心率變異性還可以作為一個獨立的心源性猝死危險性的預(yù)測指標。心率變異性分析對多種惡性心律失常的預(yù)后判斷和藥物治療效果分析有指導(dǎo)作用?？傊?HRV的生理學基礎(chǔ)歸因于交感、迷走神經(jīng)系統(tǒng)，其中迷走神經(jīng)對HRV起著主要的決定作用，所以，迷走神經(jīng)功能健全時，心率變異程度大，迷走神經(jīng)功能受損時，心率變異程度小。心率變異性的分析方法H

3、RV分析的心電信號有長有短，短期的只有5 分鐘，最長1 小時；長期的可達24-48 小時。記錄可在不同體位（仰臥、傾斜、 直立或倒立位） 和動作（平靜呼吸、深呼吸、Valsava動作、運動）進行。HRV分析目前采用的方法有時域分析法，是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計指標對HRV作時域測量，包括簡單法和統(tǒng)計學方法；頻域方法或頻譜分析方法原理是將隨機變化的RR間期或瞬時心率信號分解為多種不同能量的頻域成份進行分析，可以同時評估心臟交感和迷走神經(jīng)活動水平。以上兩種分析方法都屬于線性分析方法，而人體內(nèi)的生物過程都屬于非線性過程，為此， 又提出了第三種分析方法，即以非線性（混沌）分析方法來描述心率變異性的特性。時域分析法

4、利用計算機對5 分、 15 分、 30 分或更長時間同步12 導(dǎo)聯(lián)心電圖記錄所取的心電信號QRS波進行逐個識別，去除非竇性QRS波，將心電信號數(shù)字化，取得一系列有關(guān)R-R 間期的數(shù)理統(tǒng)計指標。R-R 間期直方圖和R-R間期差值直方圖 R-R 間期直方圖心電圖的 R-R 間期在心律失常時有較大差異，即使是竇性心律， 也因活動及體液因素的影響而有一定波動。 分析心電圖 R-R 間期變化可提供許多心理生理的信息。 直方圖的形狀可反映 HRV大小，當 R-R 間期直方圖高而窄時， HRV小， R-R 間期直方圖低而寬時， HRV大。R-R 間期直方圖的基本形狀分為單峰、閉合雙峰和開放雙峰三種基本形狀。

5、在正常人，尤其是在HRV大的人，其R-R 間期直方圖低而寬，多呈開放型峰形狀（如圖9-1 ）。而嚴重的冠心病，尤其是心肌梗死，充血性心力衰竭等導(dǎo)致HRV降低時，R-R 間期直方圖高而窄，多呈單峰形狀。圖 9-1 R-R 間期值方面 R-R 間期差值直方圖R-R間期差值直方圖是以相鄰的竇性心搏的間期差值基礎(chǔ)上統(tǒng)計出來的。R-R 間期差值直方圖的橫坐標為兩個相鄰竇性心搏的R-R 間期值（采樣間隔為） ，后一個周期比前一個周期長時，差值為正數(shù)，反之差值為負數(shù)，縱坐標為心搏數(shù)。R-R 間期直方圖代表了心率變化的客觀情況，R-R 間期差值直方圖代表了相鄰心搏R-R間期的差異大小。 （圖 9-2 ）圖 9

6、-2R-R 間期差值直方面及相應(yīng)的平均心率趨勢圖時域方法：推薦指標：推薦使用的HRV時域檢測指標有4 項：即 SDNN、HRV三角形指數(shù)（ HRV Triangular Index ）、 SDANN、 RMSSD。 SDNN、 HRV三角形指數(shù)用于評估心率總體變化的大?。?SDANN用于評估心率變化中的長期慢變化成分。而RMSSD反映心率快變化成分的大小。上述 4 個指標的定義為： SDNN：標準差，即全部NN間期的標準差，單位為ms。HRV三角形指數(shù)： NN間期的總個數(shù)除以NN間期直方圖的高度。在計算 NN間期直方圖時，橫坐標刻度間隔的標準為(1/128s)，無量綱。SDANN：將全部記錄的

7、NN間期，按記錄的時間順序每5 分鐘為一個時間段，連續(xù)地劃成若干個時間段（如為24 小時，共 288 段），先計算每5 分鐘時間段內(nèi)NN間期的平均值，再計算這若干個平均值的標準差，單位為ms。 RMSSD：全程相鄰 NN間期之差的均方根值，單位為ms。可以使用的其它時域指標：除了以上四個推薦的時域指標外，在臨床研究工作中下列時域指標也可以使用： SDNN Index: 將全部記錄的 NN間期，按記錄的時間順序，以每 5 分鐘為一個時間段，連續(xù)地劃分成若干個時間段，計算每個時間段內(nèi) NN間期的標準差，再計算這些標準差的平均值，單位為 ms。 SDSD：全程相鄰 NN間期長度之差的標準差，單位為m

8、s。 NN50：在全部的 NN間期的記錄中，有多少對相鄰的 NN間期之差大于 50ms，單位為心搏個數(shù)。 pNN50：NN50 除以總的 NN間期的個數(shù)，以百分比表示。 TINN：當使用最小方差的方法，以三角形來近似地描述NN間期的直方圖時，所得到的近似三角形的底寬，單位為ms。頻域分析法心率變異性的頻域分析是從另一角度，即頻譜分析的角度來分析心率變化的規(guī)律。它與時域分析既有相關(guān)性，又能揭示出心率的更復(fù)雜的變化規(guī)律。頻域分析方法是將一段比較平穩(wěn)的 RR間期或瞬時心率變異信號（通常大于 256 個心跳點）進行快速傅立葉變換（ FFT）或自回歸參數(shù)模型法（ AR）運算后，得到以頻率（ Hz）為橫坐

9、標，功率譜密度為縱坐標的功率譜圖進行分析（見圖9-3 ）。圖 9-3 頻譜圖FFT是經(jīng)典譜估計方法，算法簡單。輸入和輸出信號能量有線性關(guān)系，但對信號要作周期延拓假定，短數(shù)據(jù)譜分辨率較低，并有能量泄露現(xiàn)象。AR屬現(xiàn)代估計方法，需求數(shù)據(jù)短，分辨率高，譜線光滑，但定階困難，譜的波谷跟蹤能力差。最近更仔細的研究發(fā)現(xiàn)，正常人基礎(chǔ)狀態(tài)下心率譜曲線在之間，為極低頻段 （VLF），為低頻段 （ LF），高頻段 （ HF），為總功率譜 （ TP）。研究證明， VLF 反映心率變化受熱調(diào)節(jié)（體溫），血管舒縮張力和腎血管緊張素系統(tǒng)的影響； LF 反映交感和迷走神經(jīng)的雙重調(diào)節(jié)；HF 只反映迷走神經(jīng)的調(diào)節(jié)；TP 反映

10、HRV大小，LF/HF 比值反映自主神經(jīng)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，基本上代表交感神經(jīng)張力的高低。正常人 HRV隨年齡增長而減小，在分析HRV時應(yīng)考慮到年齡因素。此外，HRV夜間變異度大于白天，這與夜間迷走神經(jīng)張力高于白天相一致，因此，為了能反映晝夜間的變化，現(xiàn)已多強調(diào)記錄24 小時心率，用以分析HRV為宜。白天與夜間平均正常心動周期差40ms 視為異常。頻譜的成分和頻段的成分短程記錄：短程記錄的記錄時間推薦為5 分鐘。短程記錄的頻譜，被劃成三個頻段，各頻段的劃分及由各頻段計算的指標定義如下（表9-1 ）其中 ,VLF、 LF、HF 是 PSD曲線中，落入不同頻段的PSD成分的積分值，也就是中心頻率落入不

11、同頻段的各成分的面積。規(guī)一化的低頻段功率定義為：LF norm=100 LF/( 總功率 -VLF)規(guī)一化的高頻段功率定義為：HF norm=100 HF/( 總功率 -VLF)表 9-1短程記錄頻譜分析頻段的劃分指標單位說明頻段5min 總功率ms ms5min 內(nèi) NN間期的變化VLFms ms極低頻段功率LFms ms低頻段功率normnu規(guī)一化低頻段功率HFms ms高頻段功率normnu規(guī)一化高頻段功率LF/HFLF與 HF比值長程記錄： 長程記錄也可以進行HRV頻域分析。 頻域被分成4 個頻段， 各頻段的劃分及指標定義如下（表9-2 ）表 9-2長程記錄頻譜分析頻段的劃分指標單位說

12、明頻段總功率ms ms全部 NN間期的變化ULFms ms超低頻段功率VLFms ms極低頻段功率低頻段功率高頻段功率HRV 指標的正常值目前國內(nèi)尚無被普遍認可的正常人群HRV時域及頻域指標的正常值。由文獻1 所給出的正常值可供參考（表9-4 ）。表9-4HRV指標的正常值（x s）指標單位正常值 24 小時時域分析 SDNNms144 39 SDANNms127 35 RMSSDms24 12 HRV三角形指數(shù)ms27 15平靜仰臥 5 分鐘記錄的ms ms34661018頻域分析總功率 LFms ms1170416 HFms ms975 203 LFnu54 4 HFnu29 3 LF/H

13、F心率變異性的非線性（混沌）分析近年來，混沌理論（Chaos Theory ）已經(jīng)用于心率變異在時間域領(lǐng)域上的分析，但它屬于非線性的分析方法。（ 1） RR間期散點圖RR間期散點圖又稱洛倫茲散點圖（Lorenz Plot ）或稱寵加來散點圖（PoincarePlot ），它是反映相鄰RR間期的變化。不同人的 Poincare散點圖可以呈現(xiàn)多種形式，通常，正常人呈慧星狀 （ Conet Pattern ）。如圖 9-4 （A）（ B）（C）（ D）所示；心衰病人的散點圖見圖9 5。圖 9-4正常人的Poincare散點圖（A） 28 歲， SD=148ms(B)45 歲， SD=167ms（ C

14、）28 歲， SD=90ms(D)52歲， SD=104ms圖 9-5 心衰病人的 Poincare 散點圖=41ms魚雷形=43ms魚雷形=26ms扇形=59ms扇形=104ms復(fù)雜形=44ms復(fù)雜形Poincare散點圖的形狀直接反映了瞬時心率變化曲線的特征，以正常的慧星狀散點圖為例，散點大都集中在圖中 45 度角的直線附近。 這說明正常人相鄰的竇性心搏的 RR間期大致是相等的，而圍繞 45 度線散開，說明正常人存在有竇性心律不齊。在心率緩慢時（對應(yīng)RR 間期較長，即散點圖的上部）竇性心律不齊增大，而散點圖的下端（對應(yīng)心率快時）散點圖比較窄， 說明在心率加快時， 竇性心律不齊減小， 這些結(jié)

15、論與臨床現(xiàn)象符合。 在 Poincare散點圖中， 我們也可以看出，散點圖沿45 度線方向的長短代表了在24 小時內(nèi)平均心率變化的大小。圖9-5 （ D）中的散點圖比較長，說明平均心率在24 小時內(nèi)（如白天和夜間）有比較大小變化。而圖9-5（ C）中的散點圖在45 度方向散開的大小代表了瞬時心率變化曲線中快速變化的大小。比較圖9-5 和圖 9-6 （ A）（ B）可以看出，魚雷狀的散點圖在45 度線方向的長度短，而且在垂直于45 度線方向的寬度也窄。這說明呈現(xiàn)魚雷狀的散點圖時，無論是24 小時內(nèi)的平均心率變化，還是瞬時心率的快速變化都小，也就是心率變異性低。（ 2） RR間期差值散點圖RR間期

16、差值散點圖（RR SuccessiveDifferencePlot ）是在一定的時間隔內(nèi)（例如24小時），對于連續(xù)三個以上的相鄰的竇性心搏可以畫出RR間期差值散點圖。以 RRi 為橫坐標， 以 RRi+1 為縱坐標可畫出一個點， 在一定時間間隔內(nèi)畫出所有的點就得到了 RR間期差值散點圖（見圖 9-6 ）圖 9-6 RR 間期差值散點圖由于RRi，RRi+1 ， 值有正有負， RR間期差值散點圖的形狀是圍繞坐標原點的一個斑塊的圖形，其斑塊的大小、形狀和位置代表了瞬時心率變化曲線中高頻變化規(guī)律的特征。圖中的 RR間期差值數(shù)點圖可以由坐標劃分成四個區(qū)域，即四個象限：在 A象限中（或標-+ ）RRi

17、0在 B象限中（或標 +）RRi 0、 RRi+1 0在 C象限中（或標 - - ）RRi 0在 D象限中（或標+ - ）RRi 0、RRi+1 0（ 3）非線性分析各指標正常值 Poincare散點圖正常人： 96%為慧星狀定量指標矢量角度指數(shù)（VAL）平均矢量長度指數(shù)（VLI ）平均差異指數(shù)平均 RR間期差值散點圖四個象限a.(-,+):b.(+,+):c.(-,-):d.(+,-):93 HRV 的臨床應(yīng)用盡管對很多心血管疾病，乃至非心血管病的HRV進行了廣泛的臨床研究，目前比較一致的看法是HRV分析主要用于下述兩個方面：作為急性心肌梗塞后患者發(fā)生猝死和惡性心律失常危險的預(yù)測指標；評估糖

18、尿病患者自主神經(jīng)系統(tǒng)受損。大量的研究表明，HRV在很多疾病的臨床應(yīng)用中，也有潛在的價值，但仍需進一步的研究證實。（ 1）急性心肌梗塞后患者危險性評估HRV的降低是預(yù)測急性心肌梗塞后患者發(fā)生心臟猝死和惡性心律失常危險的重要獨立指標。雖然，在預(yù)測急性心肌梗塞患者總的死亡危險時，HRV與左心室射血分數(shù)的價值相近，但在預(yù)測心臟性猝死方面，HRV優(yōu)于左心室射血分數(shù)。對于急性心肌梗塞后患者危險程度評估推薦采用長程24 小時時域指標進行分析。判定急性心肌梗塞后危險性的指標：高危險性的患者：SDNN50ms，三角形指數(shù)15中度危險的患者：SDNN100ms，三角形指數(shù)20對于急性心肌梗塞患者，在發(fā)病后何時檢測

19、HRV具有較高的預(yù)測價值尚無定論。一般建議在梗塞后一周開始進行HRV的檢測。 HRV在梗塞后立即降低，并在幾周內(nèi)開始恢復(fù)。梗塞后 HRV恢復(fù)的快慢， 對以后死亡的危險性也有預(yù)測價值。就在心肌梗塞的早期（急性心肌梗塞后 2-3 日），恢復(fù)期（梗塞1-3 周），以及梗塞后1 年分別對患者進行HRV的檢測，以判斷HRV恢復(fù)的快慢，并對HRV恢復(fù)較慢的患者死亡的危險性進行評估。HRV和其它預(yù)測方法聯(lián)合使用可以提高危險性預(yù)測的準確性。與 HRV聯(lián)合使用的方法有平均心率、左室射血分數(shù)、室性異位心律、心室晚電位等。但是如何組合這些指標，以進一步提高預(yù)測價值仍需地一步研究。短程心電圖記錄的HRV時域分析一般只適用于急性心肌梗塞后存活的患者中進行高?；颊叩暮Y選。發(fā)現(xiàn)異常時，應(yīng)進行長程HRV檢測與分析。（ 2）對糖尿病患者的自主神經(jīng)系統(tǒng)損傷的評估有文獻報道：一旦糖尿病患者的自主神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥（DAN）產(chǎn)生之后， 5 年死亡率可達 50%