第九章心率變異性

1、心電工作站2.0臨床應用手冊 心率變異性第九章 心率變異性Heart Rate Variability(HRV)9.1 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的迷走神經(jīng)反映性波動所致。導致吸氣時心率加快，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、

2、內(nèi)分泌激素以及營養(yǎng)、環(huán)境、藥物、各種疾病等都會影響心率。由于對HRV的生理和病理意義進行了廣泛和深入的研究，其結果表明心率變異信號中蘊含著有關心血管調(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測指標。心率變異性分析對多種惡性心律失常的預后判斷和藥物治療效果分析有指導作用?？傊?，HRV的生理學基礎歸因于交感、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

3、，心率變異程度小。9.2 心率變異性的分析方法HRV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

4、法來描述心率變異性的特性。9.2.1 時域分析法利用計算機對5分、15分、30分或更長時間同步12導聯(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

5、種基本形狀。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致HRV降低時，R-R間期直方圖高而窄，多呈單峰形狀。圖9-1R-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7.8125ms），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-

6、2）圖9-2R-R間期差值直方面及相應的平均心率趨勢圖 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?。篠DANN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7.8125ms(1/128s)，無量綱。

7、 ·SDANN：將全部記錄的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?？梢允褂玫钠渌鼤r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。 ·SD

8、SD：全程相鄰NN間期長度之差的標準差，單位為ms。 ·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。9.2.2 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性，又能揭示出心率的更復雜的變化規(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

9、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)，正常人基礎狀態(tài)下心率譜曲線在0-0.4Hz之間，0.003-0.04Hz為極低頻段（VLF），0.04-0.15Hz為低頻段（LF），0.15-0.4Hz高頻段（HF），0-0.40Hz為總功率譜（TP）。研究證明，V

10、LF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

11、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0.40VLFms×ms極低頻段功率0.04LFms×ms低頻段功率0.04-0.15LF normnu規(guī)一化低頻段功率HFms×ms高

12、頻段功率0.15-0.40HF 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明頻段總功率ms×ms全部NN間期的變化0.40ULFms×ms超低頻段功率0.003VLFms×ms極低頻段功率0.003-0.04LFms×ms低頻段功率0.04-0.15HFms×ms高頻段功率0.15-0.49.2.3 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

13、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分鐘記錄的頻域分析總功率ms×ms3466±1018·LFms×ms1170±416·HFms×ms975±203·LFnu54±4·HFnu29

14、7;3·LF/HF1.5-2.09.2.4 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（Poincare Plot），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95。圖9-4正常人的Poincare散點圖（A）28歲，SD=148ms(B)45歲，SD

15、=167ms（C）28歲，SD=90ms (D)52歲，SD=104ms圖9-5心衰病人的Poincare散點圖A.SD=41ms 魚雷形 B.SD=43ms 魚雷形C.SD=26ms 扇 形 D.SD=59ms 扇 形E.SD=104ms 復雜形 F.SD=44ms 復雜形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（對應心率快時）散

16、點圖比較窄，說明在心率加快時，竇性心律不齊減小，這些結論與臨床現(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

17、散點圖RR間期差值散點圖（RR Successive Difference Plot）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 <0

18、、RRi+1 >0在B象限中（或標+ +）RRi >0、RRi+1 >0在C象限中（或標- -）RRi <0、RRi+1 >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0.67±0.17 矢量長度指數(shù)（VLI）平均193.54±41.56 差異指數(shù)平均11.59±4.46 RR間期差值散點圖四個象限 a.(-,+):24.56±3.8 b.(+,+):23.33±6.48 c.(-

19、,-):28.20±3.21 d.(+,-):24.30±3.9793 HRV的臨床應用 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測指標；評估糖尿病患者自主神經(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

20、，但在預測心臟性猝死方面，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：SDNN<50ms，三角形指數(shù)<15中度危險的患者：SDNN<100ms，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HRV具有較高的預測價值尚無定論。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。梗塞后HRV恢復的快慢，對以后死亡的危險性也有預測價值。就在心肌梗塞的早期（急性心肌梗塞后2-3日），恢復期（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恢復的快慢，并對HRV恢復較慢的患者死亡的危險性進行評估。HRV和其它預測方法聯(lián)合使用可以提高危險性預測的準確性。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