心率不對稱的RR間期龐加萊圖

1、心率不對稱的RR間期龐加萊圖摘要：龐加萊圖對于可視化和計算心率變異性以及調(diào)查心臟活動的自然震蕩是一個廣泛使用的方法。我們證明使用生理數(shù)據(jù)產(chǎn)生的RR間期的龐加萊圖是不對稱的。這表明心率加速和減速的過程可能是不對稱的。為了研究這一現(xiàn)象，我們定義了一個量化描述心率不對稱性的方法并且提出了一個涉及50名健康受試者5分鐘的心電圖記錄的研究結(jié)果，盡管心電圖的記錄時間很短，但是心率的不對稱清晰可見。關(guān)鍵字：心率加速；心率減速；心率變異性；龐加萊圖簡介：通過龐加萊圖分析心率變異性用龐加萊圖評價RR間期是很多分析心率變異性方法的一種。它作為主要的方法出現(xiàn)在不同的文獻，散點圖，第一返回圖以及洛倫茲圖中。RR間期的

2、龐加萊圖分析是一個時間序列持續(xù)循環(huán)的心臟跳動，即從心電圖衍生出來的RR間期的時間相關(guān)性的圖形化表示。這種可視化的方法提供了關(guān)于心率，尤其是行為短期和長期變化概括以及詳細到每次跳動的信息，并切它被認為是心率的自主調(diào)節(jié)。如圖1所示，這是一種典型的RR間期的龐加萊圖。X軸表示當(dāng)前心臟節(jié)拍的持續(xù)時間(RRi)，Y軸顯示隨后的節(jié)拍(RRi+1)。通過這種方法圖中的每一個點都在(RRi,RRi+1)空間內(nèi)描述。描述心臟搏動持續(xù)時間相等的所有點都位于標識附近。RR間期的標識線以上的點符合所有的延伸，而這條線下面的點代表兩個連續(xù)的跳動時間的縮短。 圖1 5分鐘心電圖記錄的龐加萊圖與標準描述元SD1和SD2龐加

3、萊圖通過兩個典型的描述符SD1和SD2來描述，其中SD1在圖的分布橫跨在表識線（X=Y），SD2的沿著標識線分布。這些描述涉及投射和方差的計算，也包括投射的標準差。因此為了計算SD1，龐加萊圖得點被投射到垂直于標識線的線上，所得到的點用該線的坐標來表示，并計算方差的平方根。如果點代替投影到平行于標識線的點，以相同的程序得到SD2?？梢哉J為，SD1描述的RR間期瞬間逐拍的變異性是短期HRV的測量，盡管SD2與長期的HRV相關(guān)。心率不對稱性龐加萊圖似乎（至少近似）圍繞標識線對稱，因此可以預(yù)期到這條線以上的點與這條線以下的點對SD1的貢獻是相同的。然而，我們重復(fù)觀察這種情況并非如此。龐加萊圖標識線上

4、面的和下面的部分是不同的，這種不同特征的龐加萊圖絕大多數(shù)是相同的。這表明心率加速與減速時的模式是不同的。就是在這種情況下，RR間期從500到1000ms與1000到500ms模型的改變應(yīng)該是不同的。如果得到證實，那么這一過程可能會代表心率不對稱的現(xiàn)象。為了描述心率變異性我們將SD1分解為兩部分：來自于標識線以上點的貢獻和標識線以下點的貢獻。分析心率變異的這些措施包括：對從來自健康受試者5分鐘心電圖記錄的數(shù)據(jù)，以及從這些記錄的數(shù)據(jù)中得到的數(shù)據(jù)進行估計。材料和方法受試者總共有50名健康的志愿者（年齡在19-25歲，26位女性），參與這項實驗的人都提前知道了要測試的內(nèi)容，這項研究也得到了當(dāng)?shù)卮髮W(xué)生物

5、倫理委員會的支持。方法心電圖記錄 這個實驗是對橫臥的休息姿勢進行研究，記錄了在進行了10分鐘心血管適應(yīng)休息后，5分鐘內(nèi)的自主呼吸過程的心電圖。使用A/D轉(zhuǎn)換器采樣頻率為1600HZ的三通道的雙極胸部心電圖儀器。使用libRASCH項目中的libRASCH/RASCHlab軟件，首先進行心電圖自動評價，其次是通過可視化審查所有的心跳記錄，來對任何已經(jīng)獲取的值進行必要的修改。然后將RR間期的值從存儲的記錄中恢復(fù)，來進一步的分析。通過龐加萊圖分析心率和心率變異性心率，表示RR間期的持續(xù)時間，它的變異性是通過兩套RR間期測定的：·所有RR間期的自然順序代表原始數(shù)據(jù)心跳持續(xù)的時間。·

6、通過所有RR間期用完全隨機的順序推諉出來的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)用來確保我們的結(jié)果不是方法造成的現(xiàn)象，而是代表一種種真正的生理現(xiàn)象。根據(jù)出版的參考文獻在內(nèi)部編寫Matlab和R腳本來執(zhí)行RR間期龐加萊圖的分析。在研究中使用以下對龐加萊圖進行描述：·SD1：橫跨龐加萊圖的標識線所有散布點的標準偏差的測量。·SD2：沿龐加萊圖標識線散布的所有點的標準偏差的測量。SD1/SD2：SD1與SD2的比，它表示長期和短期心率變異性之間的平衡。圖2 5分鐘心電圖記錄的龐加萊圖所述的龐加萊圖上的點到線Y=X表示各個點到X=Y線的垂直距離，只有在少數(shù)圖中可見。參數(shù)ui和di是分別到位于標識線上方和下

7、方點的距離。通過龐加萊圖分析心率不對稱性讓我們來定義一個Di作為點i到標識線的垂直距離。在圖2中這用龐加萊圖上的點到標識線的連線來表示。參數(shù)ui（上方）和di（下方）與Di表示相同，但是分別表示標識線上面的和下面的部分。SD1的平方近似是龐加萊圖上的點到標識線垂直距離平方的平均值。這種近似是非常好的，它的準確性隨著點的數(shù)量的增加而增加。SD12=1ni=1nDi2 (1)n:是龐加萊圖中點的數(shù)量使用幾何參數(shù)與方差特性的一種我們可以將SD12分解為兩部分：標識線上方點到標識線的垂直距離的平方和標識線下方點到標識線的垂直距離的平方。SD12=1ni=1nDi2=SD1up2+SD1down2 (2

8、)在這種情況下，心率變異性可以通過簡單地變量來描述：·SD1up ，平方時反應(yīng)逐拍減速的整個短期變異性的貢獻。·SD1down ，平方后，反應(yīng)逐拍加速的貢獻。我們使用SD1up 和SD1down ，而不是用平方值來反映各自對方差的貢獻，以表示不對稱數(shù)量在同一單位時間序列的分析點。圖3 原始數(shù)據(jù)和推諉數(shù)據(jù)的Cup 和Cdown 的值表1 對來自相同健康受試者原始數(shù)據(jù)和推諉數(shù)據(jù)進行心率變異性龐加萊圖分析的平均值 圖4 來自相同受試者的原始數(shù)據(jù)和推諉數(shù)據(jù)的RR間期的龐加萊圖心率變異性可以通過來自龐加萊圖從主體到主體間的巨大改變中的沒有改變的描述元來描述，因此可以在同一水平下整組的

9、表示它，我們進行了如下歸一化的過程。我們使用了SD1up2和SD1down2到SD12獨立的個體間的變異性的相對貢獻，應(yīng)用于兩個衍生出來的數(shù)值變量：·Cup ：表示SD1up 到SD1的相對貢獻·Cdown ：表示SD1down 到SD1的相對貢獻Cup =SD1up2SD12，Cdown =SD1down2SD12 (3)根據(jù)公式（2）Cup +Cdown =1 (4)統(tǒng)計分析二項檢測用來確定SD1up 和SD1down 在樣本中的分布是否相同，即如果實驗數(shù)據(jù)的分布證實了零假設(shè)，很可能獲得SD1up >SD1down 作為SD1up SD1down 。同樣的測試用于

10、比較Cup 和Cdown 。其他所有連續(xù)的數(shù)據(jù)以平均值加減標準差形式呈現(xiàn)出來。使用非參數(shù)配對威爾克克森檢測方法對測量的心率變異性變量的所有原始數(shù)據(jù)和推諉數(shù)據(jù)進行比較。只有p值小于0.05被認為是統(tǒng)計學(xué)顯著的。結(jié)論研究小組發(fā)現(xiàn)，對于RR間期自然順序的原始數(shù)據(jù)，在41個案例中SD1up 遠大于SD1down 。將二項測試應(yīng)用于這一結(jié)果顯示SD1up >SD1down 的概率與SD1up SD1down 的概率不同。分析推諉數(shù)據(jù)在p=0.67情況下得到在27個案例中SD1up >SD1down ，因此我們沒有理由否認在這種情形下假設(shè)SD1up 和SD1down 具有相同的分布。在原始的數(shù)

11、據(jù)中Cup 明顯高于Cdown 的值，但是不適用于推諉的數(shù)據(jù)（圖3）此外，原始數(shù)據(jù)的Cup 顯著高于推諉數(shù)據(jù)的Cup ，因此，原始數(shù)據(jù)的Cdown 顯著低于推諉數(shù)據(jù)的Cdown 。對記錄進行分析RR間期的平均持續(xù)時間是868.4±137.4ms。對心率變異性的結(jié)果分析表明，原始記錄的SD1顯著低于推諉數(shù)據(jù)的SD1，反之，SD2和SD2/SD1顯著高于推諉數(shù)據(jù)的SD2和SD2/SD1（表1）。討論心率控制和心率變異性的生理學(xué)瞬間心率是許多因素相互作用的結(jié)果，包括自主性的影響和竇節(jié)點自發(fā)去極化的持續(xù)作用。心率的加速可能是由于迷走緊張降低或者是腎上腺素活動增加導(dǎo)致相對或絕對交感神經(jīng)占優(yōu)導(dǎo)致

12、的。與此相反，心率減速通常是相反自主神經(jīng)調(diào)制的結(jié)果。改變交感神經(jīng)驅(qū)動和竇房結(jié)點響應(yīng)，大約有5s生理的延遲。在副交感神經(jīng)控制心率的情況下，這種反應(yīng)幾乎是瞬時的，即使在同一心臟周期開始作為迷走神經(jīng)張力改變。這就是為什么在心率中有非常多的突然變化，認為通過增加或者降低交感神經(jīng)的活動來進行一般的調(diào)停。短期的心率變異性，這依賴于在持續(xù)的心臟周期內(nèi)瞬間的改變，也被認為在迷走神經(jīng)強烈的影響下。它表明，用SD1描述短期心率變異性副交感神經(jīng)比交感神經(jīng)活動更相關(guān)。心率變異性的一些注意事項在此研究中，我們把SD1分解為SD1up2和SD1down2兩部分，來描述龐加萊圖標識線上方和下方RR間期的貢獻。作為心率變異性

13、和它的一些措施，例如，SDNN, SD1 and SD2 ，對個體間的變異性是非常敏感的，我們使用二項檢測來評估SD1up >SD1down 與SD1up SD1down 的概率是否相同。實驗表明這種假設(shè)是正確的。此外，我們使用相關(guān)的措施來測量SD1up2和SD1down2到SD12的貢獻兩者分別是 Cup 和Cdown 。平均來說，龐加萊圖上部分的的相對貢獻也就是Cup 顯著高于Cdown 。這證實了RR間期在心率加速和減速期間的模式是不同的。在休息狀態(tài)下，心率圍繞某個個體的平均值振蕩。可是，這看起來是一個增強RR間期延長并抑制縮短的不對稱振蕩。對于推諉數(shù)據(jù)的SD1和SD2進行比較，S

14、D1/SD2的比值接近于1。這表明龐加萊圖模型接近于圓形或者在任意方向上都是隨機的。這不是原始數(shù)據(jù)RR間期的自然順序的情況。此外，推諉數(shù)據(jù)以心率變異性完全消失為特征：SD1up >SD1down 和SD1up SD1down 的概率不同，Cup 和Cdown 的平均值幾乎相同接近50%。這證明了心率變異性不是由使用的實驗方法產(chǎn)生的。研究的局限性我們知道這項研究僅在5分鐘的心電圖記錄進行。然而，結(jié)果表明在5分鐘的心電圖中心率變異性清晰可見。此外，我們分析了只從健康受試者仰臥位休息時記錄的心電圖。心率變異性是否可能從其他位置上觀察到，一些自主的和各種各樣的臨床情況必須進行調(diào)查。我們初步的結(jié)果表明心率變異性在長時間的記錄中可能更顯著。目前我們不能負責(zé)的解釋