健康人不同睡眠時(shí)相心率變異性的差異

胡　敏，江成璠，王素霞，汪　飛，邢智慧

·短篇論著·

健康人不同睡眠時(shí)相心率變異性的差異

胡敏，江成璠，王素霞，汪飛，邢智慧

目的 比較健康人不同睡眠時(shí)相心率變異性（HRV）的差異。方法 試驗(yàn)數(shù)據(jù)取自Sleep Heart Rate and Stroke Volume Data Bank，包含45例健康人睡眠期竇性心率RR間期序列（RRI）和睡眠時(shí)相數(shù)據(jù)。RRI序列從采樣率為500 Hz的心電數(shù)據(jù)中提取，睡眠時(shí)相數(shù)據(jù)分為醒覺期（WAKE）、快速動(dòng)眼期（REM）及非快速動(dòng)眼期（NREM）3個(gè)睡眠時(shí)相。將每一位受試者睡眠期RRI序列分成以5 min為單位的時(shí)間片，計(jì)算各單位時(shí)間片的HRV指標(biāo)，其中頻域法指標(biāo)包括極低頻能量（VLF）、低頻能量（LF）、高頻能量（HF）、總能量（TP）及低頻與高頻能量比（LF/HF）；時(shí)域法指標(biāo)包括5 min平均心率（HR）、正常-正常RR間期標(biāo)準(zhǔn)差（SDNN）、相鄰RR間期差值均方根（RMSSD）、相鄰RR間期差值大于50 ms的百分?jǐn)?shù)（pNN50）及RR間期變化率（RRIV）。將睡眠時(shí)相數(shù)據(jù)序列分成同步的單位時(shí)間片，并標(biāo)記各單位時(shí)間片內(nèi)包含的睡眠時(shí)相數(shù)。結(jié)果 研究對(duì)象共包含3 952個(gè)單位時(shí)間片，共納入符合條件的單位時(shí)間片1 477個(gè)，其中，WAKE期240個(gè)（16.2%），REM期233個(gè)（15.8%），NREM期1 004個(gè)（68.0%）。不同睡眠時(shí)相頻域法HRV指標(biāo)比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；其中NREM期VLF、LF、TP、LF/HF與WAKE期比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；NREM期VLF、LF、HF、TP、LF/HF與REM期比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；REM期HF與WAKE期比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。不同睡眠時(shí)相時(shí)域法HRV指標(biāo)比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；其中NREM期HR、SDNN、RRIV與WAKE期比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；NREM期HR、SDNN、RRIV、RMSSD、pNN50與REM期比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；REM期RMSSD、pNN50與WAKE期比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。Spearman秩相關(guān)分析結(jié)果顯示，RMSSD、pNN50與HF呈正相關(guān)（rs=0.95、0.94，P＜0.001）；RRIV與 LF呈正相關(guān)（rs=0.79，P＜0.001）；SDNN與TP呈正相關(guān)（rs=0.98，P＜0.001）；RMSSD與pNN50呈正相關(guān)（rs=0.98，P＜0.001）。結(jié)論 NREM期副交感神經(jīng)興奮性高，REM期交感神經(jīng)興奮性占主導(dǎo)，時(shí)域法和頻域法指標(biāo)均能反映不同睡眠時(shí)相HRV的差異。

心率變異性；睡眠時(shí)相；快速眼動(dòng)期；健康人

胡敏，江成璠，王素霞，等.健康人不同睡眠時(shí)相心率變異性的差異［J］.中國(guó)全科醫(yī)學(xué)，2015，18（2）:205 -207，210.［www.chinagp.net］

Hu M，Jiang CF，Wang SX，et al.Differences of heart rate variability between different sleeping stages in healthy subjects［J］.Chinese General Practice，2015，18（2）：205-207，210.

睡眠質(zhì)量對(duì)生理和心理健康有十分重要的意義。睡眠過程受自主神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)，心率變異性 （heart rate variability，HRV）在反映自主神經(jīng)對(duì)心臟活動(dòng)的調(diào)節(jié)及評(píng)價(jià)自主神經(jīng)功能方面，比其他生理參數(shù)有更好的特異度和靈敏度。睡眠監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，人體整夜睡眠有多個(gè)周期，每個(gè)周期又存在多個(gè)睡眠時(shí)相，不同睡眠時(shí)相人體生理信號(hào)不同。因此，了解健康人體不同睡眠時(shí)相心率變異性的差異是評(píng)價(jià)睡眠過程中自主神經(jīng)調(diào)節(jié)功能的基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外對(duì)夜間睡眠期HRV的研究較多，但比較不同睡眠時(shí)相HRV的差異需結(jié)合多導(dǎo)睡眠分析儀的睡眠監(jiān)測(cè)分析，相關(guān)研究相對(duì)較少。本研究利用睡眠研究網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，探討不同睡眠時(shí)相時(shí)域法及頻域法HRV的差異。

1　資料與方法

1.1數(shù)據(jù)來源 試驗(yàn)數(shù)據(jù)取自Sleep Heart Rate and Stroke Volume Data Bank［1］，包含45例健康人睡眠期竇性心率RR間期序列（RRI）和睡眠時(shí)相數(shù)據(jù)，其中男28例，女17例；年齡16～61歲，平均35歲；數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為6～8 h。

1.2方法 RRI序列從采樣率為500 Hz的心電數(shù)據(jù)中提取，使用按要求修改后的HRV分析開源軟件［2］，將每一位受試者睡眠期RRI序列分成以5 min為單位的時(shí)間片，計(jì)算各單位時(shí)間片的HRV指標(biāo)。其中，頻域法使用快速傅立葉變換法分析，指標(biāo)包括極低頻能量（very low frequency，VLF，0～0.04 Hz）、低頻能量（low frequency，LF，0.04～0.15 Hz）、高頻能量（high frequency，HF，0.15～0.40 Hz）、總能量 （total power，TP，0～0.40 Hz）及低頻與高頻能量比（LF/ HF）［3］；時(shí)域法指標(biāo)包括5 min平均心率（heart rate，HR）、正常-正常RR間期標(biāo)準(zhǔn)差 （standard deviation of normal-tonormal intervals，SDNN）、相鄰 RR間期差值均方根 （root mean square successive difference，RMSSD）、相鄰RR間期差值大于50 ms的百分?jǐn)?shù) （percentage of normal-to-normal intervals that differ by 50 ms，pNN50）及RR間期變化率（RR interval variability，RRIV）［4］。

睡眠時(shí)相數(shù)據(jù)依據(jù)R&K法則進(jìn)行分類［5］，分為醒覺期 （WAKE）、快速動(dòng)眼期 （rapid eye movement，REM）及非快速動(dòng)眼期（non-rapid eye movement，NREM）3個(gè)睡眠時(shí)相。將睡眠時(shí)相數(shù)據(jù)序列分成同步的單位時(shí)間片，并標(biāo)記各單位時(shí)間片內(nèi)包含的睡眠時(shí)相數(shù)。篩選僅含有1個(gè)睡眠時(shí)相、睡眠周期＜9的單位時(shí)間片，且記錄狀態(tài)穩(wěn)定，無偽差、期前收縮、異位心動(dòng)過速及傳導(dǎo)阻滯的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，非正態(tài)分布的計(jì)量資料以M （P25，P75）表示，多組間比較采用Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)，組間兩兩比較采用Games-Howell近似法檢驗(yàn)；相關(guān)性分析采用Spearman秩相關(guān)分析。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.1納入睡眠時(shí)相數(shù) 所有研究對(duì)象共包含3 952個(gè)單位時(shí)間片，62.6%單位時(shí)間片包含2個(gè)及以上睡眠時(shí)相，共納入符合條件的單位時(shí)間片1 477個(gè)，其中，WAKE期240個(gè)（16.2%），REM期233 個(gè) （15.8%），NREM期1004個(gè)（68.0%）。

2.2不同睡眠時(shí)相HRV指標(biāo)比較 不同睡眠時(shí)相頻域法HRV指標(biāo)比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；其中NREM 期VLF、LF、TP、LF/HF與WAKE期比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；NREM期 VLF、LF、HF、TP、LF/HF與REM期比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；REM期HF與WAKE期比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05，見表1）。不同睡眠時(shí)相LF/HF箱式圖見圖1。不同睡眠時(shí)相時(shí)域法HRV指標(biāo)比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （P＜0.05）；其中NREM期HR、SDNN、RRIV與WAKE期比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （P＜0.05）；NREM期HR、SDNN、RRIV、RMSSD、pNN50與REM期比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；REM期RMSSD、pNN50與WAKE期比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （P ＜0.05，見表2）。

圖1　不同睡眠時(shí)相LF/HF箱式圖Figure 1　The boxplot of LF/HF in different sleeping stages

2.3相關(guān)性分析 Spearman秩相關(guān)分析結(jié)果顯示，RMSSD、pNN50與HF呈正相關(guān)（rs=0.95、0.94，P＜0.001）；RRIV與LF呈正相關(guān)（rs=0.79，P＜0.001）；SDNN與TP呈正相關(guān) （rs=0.98，P＜0.001）；RMSSD與 pNN50呈正相關(guān) （rs=0.98，P＜0.001）。

表1　不同睡眠時(shí)相頻域法 HRV指標(biāo)比較　〔M （P25，P75）〕Table 1 Comparison of frequency domain method HRV parameters in different sleeping stages

表2　不同睡眠時(shí)相時(shí)域法 HRV指標(biāo)比較　〔M （P25，P75）〕Table 2 Comparison of time domain method HRV parameters in different sleeping stages

3　討論

一個(gè)人一天中約1/3的時(shí)間用于睡眠，研究睡眠過程對(duì)了解人體生理機(jī)制有重要意義，可以發(fā)現(xiàn)某些疾病的隱患或致病因素［6］。1998年，楊軍等［6］發(fā)現(xiàn)睡眠過程不是單一的狀態(tài)，可分為兩個(gè)時(shí)相，即慢波睡眠和異相睡眠（又稱為REM），慢波睡眠又可分為入睡期、淺睡期、中度睡眠期和深度睡眠期。將整個(gè)睡眠過程劃分為不同的時(shí)相就是睡眠結(jié)構(gòu)，目前監(jiān)測(cè)的金標(biāo)準(zhǔn)［7］是利用多導(dǎo)睡眠分析儀同步采集睡眠期間腦電、眼電和肌電等生理信號(hào)，采用睡眠分期標(biāo)準(zhǔn)得出。睡眠過程伴隨自主神經(jīng)系統(tǒng)的改變，而HRV已成為評(píng)價(jià)自主神經(jīng)活動(dòng)的主要手段［4-5，7-8］。目前，臨床評(píng)價(jià)HRV指標(biāo)主要有時(shí)域法指標(biāo)和頻域法指標(biāo)等［4，8］。對(duì)于正常人睡眠期HRV變化規(guī)律的了解是使用HRV方法研究睡眠相關(guān)疾病的基礎(chǔ)，如檢測(cè)睡眠呼吸窘迫綜合征、預(yù)警睡眠過程中發(fā)生的心腦血管疾病等［4，8］，也可用于發(fā)展基于HRV的睡眠監(jiān)測(cè)技術(shù)［6-9］。

有研究認(rèn)為，HRV時(shí)域指標(biāo)SDNN、RMSSD、pNN50及 RRIV越大表示HRV越強(qiáng)；頻域指標(biāo)生理意義相對(duì)較明確，VLF主要反映體液調(diào)節(jié)機(jī)制；LF與壓力感受器有關(guān)，受交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)雙重調(diào)節(jié)；HF與呼吸頻率一致，受副交感神經(jīng)調(diào)節(jié)；LF/HF反映交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)的調(diào)節(jié)平衡［4，7-8］。本研究結(jié)果顯示，NREM期與WAKE期比較，反映交感神經(jīng)神經(jīng)興奮性的LF減少，與副交感神經(jīng)興奮性相關(guān)的HF升高，反映交感與副交感神經(jīng)興奮性平衡的LF/HF表現(xiàn)為副交感神經(jīng)興奮性占主導(dǎo)［6-9］。而REM期表現(xiàn)特殊，LF、HR與WAKE期比較無差異，HF低于WAKE期，LF/HF高于WAKE期，表明，在REM期交感神經(jīng)興奮性占主導(dǎo)，副交感神經(jīng)興奮性甚至弱于WAKE期［9］。因此，在評(píng)價(jià)生理和病理狀態(tài)下睡眠期HRV指標(biāo)時(shí)，需注意REM期交感神經(jīng)興奮而副交感神經(jīng)受抑制的特點(diǎn)。本研究結(jié)果亦顯示，某些時(shí)域與頻域HRV指標(biāo)在不同睡眠時(shí)相有相同的變化規(guī)律且呈強(qiáng)相關(guān)，提示在實(shí)踐應(yīng)用中，時(shí)域和頻域指標(biāo)可以在一定程度上相互替代，而RMSSD與pNN50可以任 選其一［4］。

本研究得出的四分位區(qū)間值不宜作為各指標(biāo)的參考范圍，因不同的計(jì)算方法得出的頻域法指標(biāo)值存在差異性［4，8］。另外，雖然部分指標(biāo)在3個(gè)睡眠時(shí)相間比較均有顯著差異，但是從箱式圖可以看出，LF/HF組內(nèi)個(gè)體間變異非常大，不可以使用單一的HRV指標(biāo)確定睡眠分期。本研究存在的不足之處：為了獲得單一的睡眠時(shí)相，排除了62.6%的數(shù)據(jù)；未對(duì)NREM期內(nèi)不同的睡眠分期進(jìn)行比較，也未比較不同睡眠周期間的差異性；未考慮到不同年齡、性別和種族人群間存在的HRV差異性［4，8］等。

綜上所述，NREM期副交感神經(jīng)興奮性占主導(dǎo)，REM期交感神經(jīng)興奮性占主導(dǎo)。時(shí)域法和頻域法指標(biāo)均能反映不同睡眠時(shí)相HRV的差異性。

［1］Sleep Heart Rate and Stroke Volume Data Bank（2005） ［DB/OL］.http：//www. pri.kmu.lt/datbank/index.php.

［2］ RamshurJT.Design，evaluation，and application of heart rate variability software （HRVAS）［D］.Master′s thesis：the University of Memphis，2010.

［3］Camm AJ，Malik M，Bigger JT，et al. Heartratevariability.Standardsof measurement，physiological interpretation，and clinical use［J］.Circulation，1996，93（5）：1043-1065.

［4］WangF，YeMG，HuM，et al. Significance of nerve conduction velocity with sympathetic skin response and R-R intervalvariationinthediagnosisof diabeticperipheralneuropathy［J］. JournalofEpileptologyand Electroneurophysiology（CHINA），2012，21（2）：78-82.（in Chinese）汪飛，葉夢(mèng)鴿，胡敏，等.神經(jīng)傳導(dǎo)檢測(cè)結(jié)合交感皮膚反應(yīng)及R-R間期變化率對(duì)糖尿病周圍神經(jīng)病的診斷價(jià)值［J］.癲癎與神經(jīng)電生理學(xué)雜志，2012，21（2）：78-82.

［5］Rechtschaffen A，Kales A.A manual of standardizedterminology，techniquesand scoring system for sleep stages of human subjects［M］.WashingtonDC： US Government Printing Office，1968.

［6］Yang J，Yu MS，Su L，et al.Heart rate variabilityinsleeping［J］.Beijing Biomedical Engineering，1998，17（1）：61-64.（in Chinese）楊軍，俞夢(mèng)孫，蘇琳，等.睡眠中的心率變異性［J］.北京生物醫(yī)學(xué)工程，1998，17（1）：61-64.

［7］Xiao M，Yan H.Review on Researches of ECGcharacteristicsduringsleep［J］. Space Medicine&MedicalEngineering，2013，26（1）：74-78.（in Chinese）肖蒙，嚴(yán)洪.睡眠期間心電變化規(guī)律研究進(jìn)展［J］.航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程，2013，26（1）：74-78.

［8］XhyheriB，ManfriniO，MazzoliniM，et al.Heart rate variability today［J］. Prog Cardiovasc Dis，2012，55（3）：321 -331.

［9］ JiangLY，WuXM.Researchonthe relationship between sleep phases and heart rate variability［J］.Journal of Biomedical Engineering，2011，28（1）：148-152. （in Chinese）江麗儀，吳效明.睡眠時(shí)相與心率變異性的關(guān)系研究［J］.生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志，2011，28（1）：148-152.

（本文編輯：賈萌萌）

Differences of Heart Rate Variability between Different Sleeping Stages in Healthy Subjects

HU Min，JIANG Cheng-fan，WANG Su-xia，et al.Functional Examination Department，the People′s Hospital of Huangshan，Huangshan 245000，China

Objective To investigate the differences of heart rate variability（HRV）between different sleeping stages in healthy subjects.Methods The test data were taken from Sleep Heart Rate and Stroke Volume Data Bank including the sleep sinus rhythm RR interval（RRI）sequence and sleep phase data of 45 healthy subjects.RRI sequence was extracted from the ECG data whose sampling rate was 500 Hz.Sleep phase data were divided into 3 time phases：WAKE，rapid eye movement （REM），non-rapid eye movement（NREM）.The sleep RRI sequence was separated into time slices（5 min as a unit）. HRV indictors of each unit were calculated.The indicators of frequency domain method（FDM）included very low frequency （VLF），low frequency（LF），high frequency（HF），total energy（TP）and LF and HF ratio（LF/HF）.The time domain method（TDM）indicators included 5 min mean HR，standard deviation of all normal-to-normal intervals（SDNN），root mean square of successive differences（RMSSD），percentage of differences exceeding 50 ms between adjacent normal number of intervals（pNN50）and R-R interval variation（RRIV）.The sleep time phase number contained in time slices were recorded.Results A total of 3 952 units of time slices，1 477 eligible were enrolled including 240（16.2%）in WAKE，233（15.8%）in REM，1 004（68.0%）in NREM.There was significant difference in HRV indicators between varying sleep time phase FDMs（P＜0.05），there into NREM was different from WAKE in VLF，LF，TP，LF/HF（P＜0.05）；NREM different from REM in VLF，LF，HF，TP，LF/HF（P＜0.05），REM different from WAKE in HF（P＜0.05）.There was difference in HRV indicators between varying sleep time phase TDMs（P＜0.05），there into NREM was different from WAKE in HR，SDNN，RRIV（P＜0.05），NREM from REM in HR，SDNN，RRIV，RMSSD，pNN50（P＜0.05），REM from WAKE in RMSSD，pNN50（P＜0.05）.By Spearman rank correlation analysis，RMSSD，pNN50 were positively correlated with HF（rs=0.95，0.94，P＜0.001），RRIV positively with LF（rs=0.79，P＜0.001），SDNN positively with TP（rs=0.98，P＜0.001），RMSSD positively with pNN50（rs=0.98，P＜0.001）.Conclusion The excitability of parasympathetic nerve is high in NREM，and that of sympathetic nerve in REM prevails.Both TDM and FDM can reflect the HRV difference between different sleep time phases.

Heart rate variability；Sleeping stages；Rapid eye movement stage；Healthy

R 338.63

B

10.3969/j.issn.1007-9572.2015.02.020

245000安徽省黃山市人民醫(yī)院功能科（胡敏，江成璠，王素霞），神經(jīng)內(nèi)科（汪飛，邢智慧）

胡敏，245000安徽省黃山市人民醫(yī)院功能科；E-mail：humin_jx@163.com

2014-01-06；

2014-07-01）