心率變異性的研究及應(yīng)用進展

陳爾冬 綜述 周菁 審校

(北京大學(xué)第一醫(yī)院心內(nèi)科，北京 100034)

心率變異性(heart rate variability，HRV)最早是由Hon和Lee在1965年提出，在觀察胎心監(jiān)護時發(fā)現(xiàn)胎兒宮內(nèi)窘迫可致心率變化性減弱。由于包括心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等方面的研究證實，心率變異的現(xiàn)象源自自主神經(jīng)系統(tǒng)對心率的調(diào)節(jié)作用，交感神經(jīng)系統(tǒng)與副交感神經(jīng)系統(tǒng)間相互作用引起了心率的周期性變化。HRV與壓力感受器靈敏度、心率震蕩三者，共同作為評價自主神經(jīng)功能的主要無創(chuàng)方法。

一般來講，HRV越高，說明自主神經(jīng)調(diào)節(jié)能力越強，但由于測量方法多種多樣，且大多處于研究階段，大部分參數(shù)尚無正常值或參考值范圍，而由于影響心率變異的不僅有自主神經(jīng)的作用，進一步的觀察也提示HRV中的某些指標并非越高越好[1]。

由于可方便無創(chuàng)地評價自主神經(jīng)功能，HRV當今被廣泛用于探索各種身心疾病中自主神經(jīng)功能的變化，在循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、風(fēng)濕免疫及精神心理疾病等各領(lǐng)域中都涌現(xiàn)出大量的新發(fā)現(xiàn)和新探討。

1 HRV測量方法

1996年，一個由歐洲心臟病學(xué)會和北美起搏與電生理協(xié)會組成的專家組編寫了第一個HRV的指南，將HRV測量方法分為兩大類:時域分析法和頻域分析法，該兩類方法臨床較常用。除此之外，還有一些其他分析方法不斷被開發(fā)出來，如Poincaré散點法和呼吸竇性心律不齊(respiratory sinus arrhythmia，RSA)等，至今，有統(tǒng)計顯示公開發(fā)表的HRV測量方法已有100余種。隨著近年觀察研究的增多，這些方法也得到更多的應(yīng)用。

1.1 時域法

SDNN是最常用的HRV參數(shù)之一，是全時長內(nèi)各種心率變異因素的復(fù)合結(jié)果，包括晝夜節(jié)律及體力活動的影響。SDNN一般由24小時動態(tài)心電圖獲得，不同時長心電圖測量的SDNN不能互相比較。

SDNN指數(shù)、SDANN則以5 min為一個單位進行分析，可以更好地反映低頻振蕩，如活動、體位改變及晝夜節(jié)律。NN50及SDSD觀察全部正常竇性心搏間期(NN間期)的短時間變異，反映副交感神經(jīng)活動引起的高頻振蕩(見表1)。

表1 HRV時域法常用參數(shù)及臨床意義

1.2 頻域法

頻域法是通過將心率信號分解成不同頻率段的功率，再對其進行分析的方法。使用快速傅里葉變換可將RR間期數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻譜形式，但該方法對快速而短暫的心率變化缺乏敏感(部分參數(shù)見表2)。

表2 HRV頻域法常用參數(shù)及臨床意義

1.3 Poincaré散點圖

Poincaré散點圖，為臨近兩個 RR間期互為x(N－1)、y(N)在坐標系中所建立的散點圖，并可調(diào)整為(N，N+3)、(N，N+5)等其他散點坐標，觀察散點描成的近橢圓形長、寬、面積等(見圖1)，優(yōu)點是不要求數(shù)據(jù)的正態(tài)性，可接受“離群”散點。Poincaré散點在靜息與運動時該指標均可以反映迷走神經(jīng)的活性，可用于較短時間的數(shù)據(jù)分析，所以也被廣泛應(yīng)用于運動試驗、睡眠監(jiān)測、視聽刺激等的觀察研究中(部分參數(shù)見表3)。

圖1 Poincaré散點(N，N+1)在同一受試個體中的分布

表3 Poincaré散點法部分參數(shù)及描述

1.4 三角直方圖法

還有一些觀察HRV的非線性(幾何學(xué))方法，如HRV三角指數(shù)(RRtri)、NN間期三角插值法(TINN)等。NN間期三角插值是通過TINN計算得到NN間期頻率直方圖中近似三角的范圍，TINN值即為該近似三角形底邊的寬度(如圖2所示)。三角直方圖法受數(shù)據(jù)質(zhì)量影響較小，但因其要求數(shù)據(jù)量較大，顯然不適合短時程數(shù)據(jù)的分析，一般建議至少記錄20 min以上。

圖2 HRV三角指數(shù)

以RR間期時限為橫坐標(單位1/128 s)，相應(yīng)RR間期的個數(shù)為縱坐標y=D(x)，得到最大值Y=D(X)，D的面積除以Y即為三角指數(shù)，D在水平軸上的離散度近似等于NN間期總數(shù)/Y。TINN:NM之間為y=q(x)，由積分∫+∞0(D(t)－q(t))2dt最小時確定N、M，TINN=M － N[6]。

1.5 RSA

RSA是反映迷走神經(jīng)張力的有力指標。RSA為一種正常的生理現(xiàn)象，心率在吸氣時增加，呼氣時下降，目前認為這種現(xiàn)象可能是機體保證通氣血流比例的一種調(diào)節(jié)機制[7]。由于RSA可在較短的時間窗內(nèi)進行觀察，現(xiàn)有的研究報道，該類參數(shù)可用于運動試驗、直立傾斜試驗等短時程測量[8](部分參數(shù)見表4)。

表4 RSA部分參數(shù)及描述

2 HRV的應(yīng)用

2.1 HRV與人群、環(huán)境的關(guān)系

HRV在不同性別和人種間存在差異，男性的SDNN、SDNN指數(shù)、SDANN明顯高于女性健康志愿者，黑人相較白人更早出現(xiàn)副交感神經(jīng)功能的減弱[9]。胰島素抵抗和代謝綜合征被認為與HRV的變化有關(guān)[10]，膽固醇水平與HRV各參數(shù)呈負相關(guān)，高血壓與LF/HF和SDNN明確相關(guān)，肥胖個體的SDANN和HF均降低，分別提示交感神經(jīng)與副交感神經(jīng)系統(tǒng)的異常，而減肥可使這種自主神經(jīng)系統(tǒng)的功能異常得到恢復(fù)。

2.2 HRV 與糖尿病

HRV可反映糖尿病及其合并癥的進展程度。糖尿病患者與健康人的HRV存在顯著差異，表現(xiàn)在副交感神經(jīng)系統(tǒng)功能異常，可觀察到 SDNN、RMSDD、NN50、pNN50及LF降低，Poincaré散點法也可觀察到變異性的下降[11]。這種自主神經(jīng)功能的異常與代謝水平控制不佳和糖尿病神經(jīng)病變均有關(guān)系。伴自主神經(jīng)功能異常的糖尿病患者在心血管疾病方面預(yù)后較差，致8年病死率上升23%。來自1型糖尿病患者的數(shù)據(jù)顯示，嚴格控制血糖可以有效預(yù)防HRV平衡失調(diào)，延緩自主神經(jīng)功能的隨時間的減退。對合并微量白蛋白尿的患者，強化的多因素控制可延緩自主神經(jīng)病變的進程。

2.3 HRV與心血管疾病

HRV與冠心病關(guān)系密切，迷走神經(jīng)興奮具有擴張血管，改善冠狀動脈血流及對抗交感神經(jīng)這兩方面的作用，推測可能通過動脈擴張對脂質(zhì)聚集的影響作用，而影響動脈粥樣硬化進程，目前可觀察到動脈中膜的增厚與HRV降低有關(guān)。同時，極低的迷走神經(jīng)活性(pNN50＜3%)，已被證實與非ST段抬高的急性冠狀動脈綜合征的后續(xù)不良事件強烈相關(guān)。

HRV對預(yù)測心源性猝死具有很大的價值。即使在健康的人群中，較低的HRV也對猝死的發(fā)生具有一定的預(yù)測價值。Kataoka等[12]進行的一項涉及3 089位糖尿病患者及5 828位非糖尿病對照人群的觀察提示，HRV降低(RR間期變異系數(shù)CVR-R＜2.2%)是獨立于年齡、性別、血壓、血脂、體質(zhì)量指數(shù)、缺血性心臟病及吸煙這些傳統(tǒng)危險因素，對心源性猝死具有獨立預(yù)測價值的危險因素。ATRAMI研究觀察了1 284例急性心肌梗死患者的HRV，在隨訪了平均21個月后，觀察到SDNN＜70 ms對心源性死亡具有獨立的預(yù)測價值[13]。研究人員們還發(fā)現(xiàn)在心力衰竭患者中，短時程測量的LF降低強烈提示猝死事件的發(fā)生，且該提示作用獨立于其他已知的危險因素[14]。甚至對于無癥狀的冠狀動脈粥樣硬化患者，也觀察到粥樣硬化程度與HRV之間的關(guān)系，Simula等[15]進行的一項研究觀察了無缺血高危人群的冠狀動脈造影結(jié)果(經(jīng)動靜態(tài)核素掃描排除)，發(fā)現(xiàn)平均冠狀動脈狹窄程度與pNN50、HF及SD1/SD2呈負相關(guān)。而最近更有一些研究認為和傳統(tǒng)的24小時動態(tài)心電圖相比，短時程記錄的HRV對預(yù)測心血管疾病風(fēng)險具有同樣價值[16]，頻域法和Poincaré散點圖似乎在短時程分析中更具優(yōu)勢。

2.4 HRV與呼吸系統(tǒng)疾病

吸煙對HRV存在影響，SDNN和RMSSD在長期吸煙者中明顯降低。而且，吸煙后的短時間內(nèi)HRV即可出現(xiàn)下降。Manzano等[17]對青年吸煙者用Poincaré散點法進行了觀察，發(fā)現(xiàn)吸煙時 SD1、SD1/SD2、RMSSD、SDNN、HFn出現(xiàn)了明顯的下降，LF 和LF/HF上升。所以，吸煙很可能也通過交感/副交感神經(jīng)平衡失調(diào)對心血管發(fā)生損害，而戒煙可糾正這種影響。在長期吸煙的男性群體中，僅僅戒煙8周，就可使SDNN、RMSSD、pNN50 和 LF、HF、LF/HF 得到明顯的改善[18]?？諝馕廴緦RV的影響也已被大量試驗證實，目前得到最多數(shù)據(jù)支持的污染物質(zhì)主要有臭氧、氮氧化物、細顆粒物及超細顆粒物，均可導(dǎo)致HRV的顯著下降。慢性阻塞性肺疾病患者的HRV也存在異常，RRtri、TINN、SD1、SD2 較正常人明顯降低[19]。

2.5 HRV與風(fēng)濕免疫性疾病

風(fēng)濕免疫性疾病與心血管疾病的相關(guān)性最近受到越來越多的重視，普遍認為其中可能的機制包括共同的危險因素、炎癥反應(yīng)促進粥樣硬化過程和自主神經(jīng)功能異常。其中自主神經(jīng)功能異常不僅影響心率、血壓等循環(huán)動力學(xué)因素，還可通過對炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)對兩方面的疾病起到促進作用。Janse van Rensburg等[20]發(fā)現(xiàn)類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者的HRV較健康對照顯著減低，提示副交感神經(jīng)功能的 RMSSD、pNN50、HF、SD1，及提示交感神經(jīng)功能的LF、SD2均較對照組顯著降低，且類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的患者對體位變化的敏感性更低。Anichikov等[21]也做出了類似報道，發(fā)現(xiàn)SDNN、SDANN與腫脹關(guān)節(jié)數(shù)、疾病活動度評分等顯著相關(guān)，而SD1與疾病持續(xù)時間有關(guān)。Milovanovic等[22]對52例系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者、38例類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者和41位健康對照者進行了自主神經(jīng)功能的評估，上述兩種疾病的患者存在自主神經(jīng)功能異常的概率較健康人群顯著升高，類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者更易合并嚴重的自主神經(jīng)功能障礙。在心電圖、短時HRV(Poincaré散點)的評價中，兩種疾病均可見HRV的降低，系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者以交感神經(jīng)功能障礙為主，而類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者更主要表現(xiàn)為迷走神經(jīng)功能障礙。

3 HRV的可干預(yù)性

如前所述，HRV受環(huán)境污染、肥胖、吸煙等因素影響，通過控制體質(zhì)量、戒煙等方式可使HRV得到改善，此外運動本身對HRV的改善作用也逐漸被人們所關(guān)注。一項針對高血壓和穩(wěn)定型心絞痛患者的研究發(fā)現(xiàn)，在6個月的隨訪期內(nèi)，增加活動量患者的LF/HF 得到了顯著改善[23]。Ricci-Vitor等[24]觀察了張力訓(xùn)練對慢性阻塞性肺疾病患者的康復(fù)作用，發(fā)現(xiàn)SDNN、LF和HF均較訓(xùn)練前有顯著改善，同時6分鐘步行試驗的結(jié)果也明顯提高。瑜伽和太極拳作為應(yīng)激干預(yù)的常用方法，也被發(fā)現(xiàn)具有改善HRV的作用，LF/HF、pNN50等均可觀察到明顯升高。針灸刺激足三里可提高VLF、HF、LF和LF/HF水平，刺激太沖穴可引起HF的降低及LF/HF的升高[25]。心理干預(yù)也可對HRV產(chǎn)生影響，旋轉(zhuǎn)聲音刺激可以作用于自主神經(jīng)系統(tǒng)，降低心率的同時提高SDNN、RMSSD水平，Poincaré散點法的SD1、SD2和SD比(SD1/SD2)也在刺激后顯著增加[4]。

目前藥物干預(yù)HRV的方法主要集中在β受體阻滯劑和腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)阻滯劑類藥物上。阿替洛爾與美托洛爾對健康人群HRV的改善作用最早被報道出來。Copie等對心力衰竭患者進行的隨機對照試驗顯示，服用比索洛爾的患者RR間期變異性得到了改善。Mortara等[26]則報道了非選擇性β受體阻滯劑卡維地洛，在心力衰竭患者中對SDNN的改善作用。Banach等[27]發(fā)現(xiàn)高血壓患者服用依那普利1年后，日間RMSSD、pNN50升高，而LF/HF降低，提示血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑(ACEI)類藥物對副交感神經(jīng)系統(tǒng)的改善作用。Ozdemir等[28]對77位已接受β受體阻滯劑及ACEI類藥物治療的收縮性心力衰竭患者進行觀察，在增加了氯沙坦治療12周之后，治療組患者的SDNN、SDANN、HRV三角指數(shù)、RMSSD、NN50、SDNN指數(shù)均得到了顯著升高。Cozza等[29]的研究也證實ACEI類藥物對LF、HF的改善作用，使接受治療的患者HRV達到接近健康人群的水平，同時有氧運動也獨立于藥物作用對改善自主神經(jīng)功能有效。需指出的是，螺內(nèi)酯似乎卻不具類似作用，Davies等[30]的研究表明，服用螺內(nèi)酯反而使患者出現(xiàn)了HRV(RMSSD顯著降低和LFn顯著升高、HFn顯著降低)及內(nèi)皮功能的下降。

然而，盡管很多因素已被發(fā)現(xiàn)可對HRV產(chǎn)生改善作用，但在如心肌梗死后或心力衰竭患者中，這種作用是否也能改善預(yù)后仍缺乏更加直接的證據(jù)[31]。

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