第九章心率變異性

1、心電工作站2.0臨床應(yīng)用手冊(cè) 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?xiàng)l件下，HRV的產(chǎn)生主要是由于心臟竇房結(jié)自律活動(dòng)通過交感和迷走神經(jīng)，神經(jīng)中樞，壓力反射和呼吸活動(dòng)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(shí)相所介導(dǎo)的迷走神經(jīng)反映性波動(dòng)所致。導(dǎo)致吸氣時(shí)心率加快，呼氣時(shí)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(yíng)養(yǎng)、環(huán)境、藥物、各種疾病等都會(huì)影響心率。由于對(duì)HRV的生理和病理意義進(jìn)行了廣泛和深入的研究，其結(jié)果表明心率變異信號(hào)中蘊(yùn)含著有關(guān)心血管調(diào)節(jié)的重要信息，對(duì)HRV進(jìn)行分析可以間接地定量評(píng)價(jià)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(dòng)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(shì)。心率變異性還可以作為一個(gè)獨(dú)立的心源性猝死危險(xiǎn)性的預(yù)測(cè)指標(biāo)。心率變異性分析對(duì)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(xué)基礎(chǔ)歸因于交感、迷走神經(jīng)系統(tǒng)，其中迷走神經(jīng)對(duì)HRV起著主要的決定作用，所以，迷走神經(jīng)功能健全時(shí)，心率變異程度大，迷走神經(jīng)功能受損時(shí)

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(hào)有長(zhǎng)有短，短期的只有5分鐘，最長(zhǎng)1小時(shí)；長(zhǎng)期的可達(dá)24-48小時(shí)。記錄可在不同體位（仰臥、傾斜、直立或倒立位）和動(dòng)作（平靜呼吸、深呼吸、Valsava動(dòng)作、運(yùn)動(dòng)）進(jìn)行。HRV分析目前采用的方法有時(shí)域分析法，是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)指標(biāo)對(duì)HRV作時(shí)域測(cè)量，包括簡(jiǎn)單法和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法；頻域方法或頻譜分析方法原理是將隨機(jī)變化的RR間期或瞬時(shí)心率信號(hào)分解為多種不同能量的頻域成份進(jìn)行分析，可以同時(shí)評(píng)估心臟交感和迷走神經(jīng)活動(dòng)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(shí)域分析法利用計(jì)算機(jī)對(duì)5分、15分、30分或更長(zhǎng)時(shí)間同步12導(dǎo)聯(lián)心電圖記錄所取的心電信號(hào)QRS波進(jìn)行逐個(gè)識(shí)別，去除非竇性QRS波，將心電信號(hào)數(shù)字化，取得 一系列有關(guān)R-R間期的數(shù)理統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。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(shí)有較大差異，即使是竇性心律，也因活動(dòng)及體液因素的影響而有一定波動(dòng)。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(dāng)R-R間期直方圖高而窄時(shí)，HRV小，R-R間期直方圖低而寬時(shí)，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(yán)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(shí)，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(chǔ)上統(tǒng)計(jì)出來的。R-R間期差值直方圖的橫坐標(biāo)為兩個(gè)相鄰竇性心搏的R-R間期值（采樣間隔為7.8125ms），后一個(gè)周期比前一個(gè)周期長(zhǎng)時(shí)，差值為正數(shù)，反之差值為負(fù)數(shù)，縱坐標(biāo)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(yīng)的平均心率趨勢(shì)圖 時(shí)域方法：推薦指標(biāo)：推薦使用的HRV時(shí)域檢測(cè)指標(biāo)有4項(xiàng)：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(píng)估心率總體變化的大?。篠DANN用于評(píng)估心率變化中的長(zhǎng)期慢變化成分。而RMSSD反映心率快變化成分的大小。上述4個(gè)指標(biāo)的定義為： ·SDNN：標(biāo)準(zhǔn)差，即全部NN間期的標(biāo)準(zhǔn)差，單位為ms。 ·HRV三角形指數(shù)：NN間期的總個(gè)數(shù)除以NN間期直方圖的高度。在計(jì)算NN間期直方圖時(shí)，橫坐標(biāo)刻度間隔的標(biāo)準(zhǔn)為7.8125ms(1/128s)，無量綱。

7、 ·SDANN：將全部記錄的NN間期，按記錄的時(shí)間順序每5分鐘為一個(gè)時(shí)間段，連續(xù)地劃成若干個(gè)時(shí)間段（如為24小時(shí)，共288段），先計(jì)算每5分鐘時(shí)間段內(nèi)NN間期的平均值，再計(jì)算這若干個(gè)平均值的標(biāo)準(zhǔn)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(shí)域指標(biāo)：除了以上四個(gè)推薦的時(shí)域指標(biāo)外，在臨床研究工作中下列時(shí)域指標(biāo)也可以使用： ·SDNN Index:將全部記錄的NN間期，按記錄的時(shí)間順序，以每5分鐘為一個(gè)時(shí)間段，連續(xù)地劃分成若干個(gè)時(shí)間段，計(jì)算每個(gè)時(shí)間段內(nèi)NN間期的標(biāo)準(zhǔn)差，再計(jì)算這些標(biāo)準(zhǔn)差的平均值，單位為ms。 ·SD

8、SD：全程相鄰NN間期長(zhǎng)度之差的標(biāo)準(zhǔn)差，單位為ms。 ·NN50：在全部的NN間期的記錄中，有多少對(duì)相鄰的NN間期之差大于50ms，單位為心搏個(gè)數(shù)。 ·pNN50：NN50除以總的NN間期的個(gè)數(shù)，以百分比表示。 ·TINN：當(dāng)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(shí)，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(shí)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(shí)心率變異信號(hào)（通常大于256個(gè)心跳點(diǎn)）進(jìn)行快速傅立

9、葉變換（FFT）或自回歸參數(shù)模型法（AR）運(yùn)算后，得到以頻率（Hz）為橫坐標(biāo)，功率譜密度為縱坐標(biāo)的功率譜圖進(jìn)行分析（見圖9-3）。圖9-3 頻譜圖 FFT是經(jīng)典譜估計(jì)方法，算法簡(jiǎn)單。輸入和輸出信號(hào)能量有線性關(guān)系，但對(duì)信號(hào)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(jì)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(xì)的研究發(fā)現(xiàn)，正常人基礎(chǔ)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(zhǎng)而減小，在分析HRV時(shí)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(qiáng)調(diào)記錄24小時(shí)心率，用以分析HRV為宜。白天與夜間平均正常心動(dòng)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(shí)間推薦為5分鐘。短程記錄的頻譜，被劃成三個(gè)頻段，各頻段的劃分及由

11、各頻段計(jì)算的指標(biāo)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(biāo)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(zhǎng)程記錄：長(zhǎng)程記錄也可以進(jìn)行HRV頻域分析。頻域被分成4個(gè)頻段，各頻段的劃分及指標(biāo)定義如下（表9-2）表9-2長(zhǎng)程記錄頻譜分析頻段的劃分指標(biāo)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(biāo)的正常值目前國(guó)內(nèi)尚無被普遍認(rèn)可的正常人群HRV時(shí)域及頻域指標(biāo)的正常值。由文獻(xiàn)1所

13、給出的正常值可供參考（表9-4）。表9-4HRV指標(biāo)的正常值（x±s）指標(biāo)單位正常值·24小時(shí)時(shí)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(shí)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(diǎn)圖 RR間期散點(diǎn)圖又稱洛倫茲散點(diǎn)圖（Lorenz Plot）或稱寵加來散點(diǎn)圖（Poincare Plot），它是反映相鄰RR間期的變化。 不同人的Poincare散點(diǎn)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(diǎn)圖見圖95。圖9-4正常人的Poincare散點(diǎn)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(diǎn)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(fù)雜形 F.SD=44ms 復(fù)雜形Poincare散點(diǎn)圖的形狀直接反映了瞬時(shí)心率變化曲線的特征，以正常的慧星狀散點(diǎn)圖為例，散點(diǎn)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(shí)（對(duì)應(yīng)RR間期較長(zhǎng)，即散點(diǎn)圖的上部）竇性心律不齊增大，而散點(diǎn)圖的下端（對(duì)應(yīng)心率快時(shí)）散

16、點(diǎn)圖比較窄，說明在心率加快時(shí)，竇性心律不齊減小，這些結(jié)論與臨床現(xiàn)象符合。在Poincare散點(diǎn)圖中，我們也可以看出，散點(diǎn)圖沿45度線方向的長(zhǎng)短代表了在24小時(shí)內(nèi)平均心率變化的大小。圖9-5（D）中的散點(diǎn)圖比較長(zhǎng)，說明平均心率在24小時(shí)內(nèi)（如白天和夜間）有比較大小變化。而圖9-5（C）中的散點(diǎn)圖在45度方向散開的大小代表了瞬時(shí)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(diǎn)圖在45度線方向的長(zhǎng)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(diǎn)圖時(shí)，無論是24小時(shí)內(nèi)的平均心率變化，還是瞬時(shí)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(diǎn)圖RR間期差值散點(diǎn)圖（RR Successive Difference Plot）是在一定的時(shí)間隔內(nèi)（例如24小時(shí)），對(duì)于連續(xù)三個(gè)以上的相鄰的竇性心搏可以畫出RR間期差值散點(diǎn)圖。以RRi 為橫坐標(biāo)，以RRi+1 為縱坐標(biāo)可畫出一個(gè)點(diǎn)，在一定時(shí)間間隔內(nèi)畫出所有的點(diǎn)就得到了RR間期差值散點(diǎn)圖（見圖9-6）圖9-6 RR間期差值散點(diǎn)圖由于RRi，RRi+1， 值有正有負(fù)，RR間期差值散點(diǎn)圖的形狀是圍繞坐標(biāo)原點(diǎn)的一個(gè)斑塊的圖形，其斑塊的大小、形狀和位置代表了瞬時(shí)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(diǎn)圖可以由坐標(biāo)劃分成四個(gè)區(qū)域，即四個(gè)象限：在A象限中（或標(biāo)- +）RRi <0

18、、RRi+1 >0在B象限中（或標(biāo)+ +）RRi >0、RRi+1 >0在C象限中（或標(biāo)- -）RRi <0、RRi+1 >0在D象限中（或標(biāo)+ -）RRi >0、RRi+1 <0（3）非線性分析各指標(biāo)正常值 Poincare散點(diǎn)圖 正常人：96%為慧星狀定量指標(biāo) 矢量角度指數(shù)（VAL）平均0.67±0.17 矢量長(zhǎng)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(diǎn)圖四個(gè)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(yīng)用 盡管對(duì)很多心血管疾病，乃至非心血管病的HRV進(jìn)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(gè)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(xiǎn)的預(yù)測(cè)指標(biāo)；評(píng)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(yīng)用中，也有潛在的價(jià)值，但仍需進(jìn)一步的研究證實(shí)。（1）急性心肌梗塞后患者危險(xiǎn)性評(píng)估 HRV的降低是預(yù)測(cè)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(xiǎn)的重要獨(dú)立指標(biāo)。雖然，在預(yù)測(cè)急性心肌梗塞患者總的死亡危險(xiǎn)時(shí)，HRV與左心室射血分?jǐn)?shù)的價(jià)值相近

20、，但在預(yù)測(cè)心臟性猝死方面，HRV優(yōu)于左心室射血分?jǐn)?shù)。對(duì)于急性心肌梗塞后患者危險(xiǎn)程度評(píng)估推薦采用長(zhǎng)程24小時(shí)時(shí)域指標(biāo)進(jìn)行分析。 判定急性心肌梗塞后危險(xiǎn)性的指標(biāo)：高危險(xiǎn)性的患者：SDNN<50ms，三角形指數(shù)<15中度危險(xiǎn)的患者：SDNN<100ms，三角形指數(shù)<20對(duì)于急性心肌梗塞患者，在發(fā)病后何時(shí)檢測(cè)HRV具有較高的預(yù)測(cè)價(jià)值尚無定論。一般建議在梗塞后一周開始進(jìn)行HRV的檢測(cè)。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(duì)以后死亡的危險(xiǎn)性也有預(yù)測(cè)價(jià)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(duì)患者進(jìn)行HRV的檢測(cè)，以判斷HRV恢復(fù)的快慢，并對(duì)HRV恢復(fù)較慢的患者死亡的危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)估。HRV和其它預(yù)測(cè)方法聯(lián)合使用可以提高危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。與HRV聯(lián)合使用的方法有平均心率、左室射血分?jǐn)?shù)、室性異位心律、心室晚電位等。但是如何組合這些指標(biāo)，以進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)價(jià)值仍需地一步研究。短程心電圖記錄的HRV時(shí)域分析一般只適用于急性心肌梗塞后存活的患者中進(jìn)行高危患者的篩選。發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)程HRV檢測(cè)與分析。（2）對(duì)糖尿病患者的自主神經(jīng)系統(tǒng)損傷的評(píng)估有文獻(xiàn)