□ 徐廣艷賴麗麗(.玉溪師范學(xué)院體育學(xué)院 云南 玉溪 65300;.南昌師范學(xué)院 江西 南昌 33003)
心率變異性HRV通常是指連續(xù)正常心動(dòng)周期之間的差異,
調(diào)查對(duì)象為2位無(wú)疾病的大學(xué)生,當(dāng)中女生8名,男生24名,平均年齡在(20.2±0.8)歲。在對(duì)大學(xué)生進(jìn)行測(cè)試之前要保證具有充足的睡眠,并且沒有進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
測(cè)試采用的心電采集儀器為微型心電記錄儀,通過(guò)記錄測(cè)試對(duì)象5分鐘處于靜坐放松狀態(tài)的心電數(shù)據(jù)信息,然后在記錄經(jīng)過(guò)5分鐘劇烈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之后的心電數(shù)據(jù)信息。
一般情況下,心率變異性是通過(guò)分析RR區(qū)間進(jìn)行獲取的,所以應(yīng)該對(duì)采集的心電數(shù)據(jù)進(jìn)行R波的計(jì)算,進(jìn)而獲得RRI。通過(guò)采用Hilbert可以變換R波提取,Hilbert變換是一種線性變換,對(duì)某個(gè)心電信號(hào)而言,其公式為:
通過(guò)公式(1)可以得出,和時(shí)間無(wú)關(guān)的量在進(jìn)行變換前后不發(fā)
同時(shí)通過(guò)對(duì)公式(2)進(jìn)行變換,能夠得到:
由于
公式(4)中的sgnf是函數(shù)的符號(hào),當(dāng)f>0時(shí)為1,當(dāng)f=0的時(shí)候?yàn)?,當(dāng)f<0的時(shí)候?yàn)?1。因此,在對(duì)心電信號(hào)中的Hilbert進(jìn)行變換的時(shí)候,可以表示成:
因?yàn)镠ilbert本身就是奇函數(shù)。所以,在對(duì)信號(hào)進(jìn)行Hilbert變化以后,心電信號(hào)的拐點(diǎn)就對(duì)應(yīng)變換信號(hào)的一個(gè)過(guò)零點(diǎn),通過(guò)過(guò)零點(diǎn)Hilbert可以變換成一個(gè)極值點(diǎn),然后通過(guò)采用Hilbert的特點(diǎn),就可以確定出心電信號(hào)當(dāng)中的R波的位置,如圖1所示,進(jìn)而可以得出RRI。
圖1 所示通過(guò)采用Hilbert變換的R波可以獲取RRI的計(jì)算
通過(guò)采用統(tǒng)計(jì)法對(duì)RRI序列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,可以準(zhǔn)確的得到心率變異性時(shí)域參數(shù),一般主要有所有正常竇性RRI的均值Mean RR、標(biāo)準(zhǔn)差 以及附近RRI之間的均方根RMSSD等。其中,有關(guān)這兩個(gè)的公式為:
公式(6)(7)中,N 通常代表所有正常竇性 RRI總數(shù),RRi以及RRi+1分別代表第i和第i+1個(gè)RRI,其中就是所有N個(gè)RRI的平均值。
通過(guò)采用自回歸模型可以對(duì)RRI序列進(jìn)行功率譜密度探究,進(jìn)而可以得到心率變異性參數(shù),其中主要有高、低品功率、總功率以及極低頻率等。其中HFnorm和LHnorm計(jì)算公式為:
通過(guò)對(duì)劇烈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模式進(jìn)行研究,可以得出HFpeak的頻率都小于0.7赫茲。所以,定義TP的頻率為0.42-0.16赫茲;定義VLF的頻率為0-0.05赫茲;定義LF的頻率為0.04-0.15赫茲;定義HF的頻率為0.15-1.0赫茲。如圖2所示,是一位測(cè)試者在進(jìn)行劇烈運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中的5分鐘功率譜,以圖可以獲得,HFpeak的頻率為0.5赫茲,HF的頻率在1.0赫茲以內(nèi)。
圖2 所示測(cè)試者在劇烈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下對(duì)PSD的分析
Poincare散點(diǎn)圖通常是以橫軸作為X、縱軸作為y的坐標(biāo)系,x軸的數(shù)值主要表示間期RRn。Y的縱軸主要表示間期RR(n+1)。大部分研究者通常都是采用橢圓的方式對(duì)Poincare散點(diǎn)圖進(jìn)行分析,橢圓的短軸SD1和長(zhǎng)軸SD2主要是定量分析的重要指標(biāo)。
Peng等相關(guān)人員,在十九世紀(jì)九十年代首次提出DFA算法對(duì)DNA內(nèi)的分子鏈進(jìn)行檢測(cè)之后,該算法就被應(yīng)用到了分析心跳實(shí)踐序列的分形尺度指數(shù)和相關(guān)的研究。DFA計(jì)算法可以對(duì)一個(gè)給定的長(zhǎng)度為N的RRI序列RRi進(jìn)行計(jì)算,對(duì)整個(gè)時(shí)間序列慮去其平均值可以求出積累量 y(k),其公式為:
然后通過(guò)把積累量y(k)分成相互不重合長(zhǎng)度為n的許多個(gè)子系列,同時(shí)在每一個(gè)子序列中通過(guò)線性最小方差法可以獲取其趨勢(shì) yn(k),然后可以對(duì)波動(dòng)函數(shù) F(n)進(jìn)行計(jì)算,其公式為
DFA的量化參數(shù)又被稱為分型尺度指數(shù)α,并且還可以通過(guò)子序列長(zhǎng)度n的雙對(duì)數(shù)圖的斜率,從而得到關(guān)系式,并且DFA在n接近16的時(shí)候,會(huì)出現(xiàn)相互交叉的狀態(tài),二者之間呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)。所以通過(guò)α分解成度指數(shù)。短時(shí)分形尺度指數(shù)和長(zhǎng)時(shí)分形尺。
通過(guò)采用SPSS17.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,其結(jié)果可以用均值±標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行表示,二者之間的比較通??梢圆捎胻或者′、進(jìn)行檢驗(yàn),用p<表示心率變異性,具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
通過(guò)對(duì)測(cè)試者靜坐和跑步5分鐘心率變異性時(shí)域參數(shù)、頻域參數(shù)以及Poincare散點(diǎn)圖參數(shù)等分子結(jié)果表示,如表1所示。依據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,跑步狀態(tài)的時(shí)域參數(shù)、頻域參數(shù)、Poincare散點(diǎn)圖等參數(shù)和靜坐狀態(tài)下相比具有非常明顯的降低,其差異都具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義P<0.001;長(zhǎng)時(shí)尺度分形字?jǐn)?shù)(α2)和靜坐狀態(tài)下相比具有明顯的升高,其差異具有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義P<0.05,然而對(duì)于其他參數(shù)而言無(wú)任何統(tǒng)計(jì)學(xué)意義P>0.05。
表1 所示劇烈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和靜坐狀態(tài)5分鐘HRV參數(shù)
通過(guò)對(duì)心率變異性頻域進(jìn)行分析,可以采用固定頻段法對(duì)LF以及HF頻段進(jìn)行劃分。一般將LF定義為(0.04-0.15)Hz,把HF定義成(0.15-0.4)Hz。雖然目前已經(jīng)對(duì)HF的帶寬變成了(0.15-0.1)Hz,然而由于LF是交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)共同作用的混合帶,呼吸頻率和呼吸深度對(duì)固定頻段造成的影響很大,從而導(dǎo)致了LFnorm、HFnorm和HF/LF無(wú)法正確的反映出運(yùn)動(dòng)對(duì)HRV的影響,這也是造成劇烈運(yùn)動(dòng)中HF/LF出現(xiàn)研究結(jié)果不一樣的重要原因。
通過(guò)采用微型心電記錄儀記錄32位大學(xué)生靜坐和跑步兩種狀態(tài)5分鐘心電數(shù)據(jù),然后在利用Hilbert變換對(duì)R波提取可以得到RR間期序列,左后可以對(duì)HRV心率變異性時(shí)域參數(shù)、頻域參數(shù)、去趨勢(shì)波動(dòng)等進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)上述數(shù)據(jù)分析顯示,劇烈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的時(shí)域參數(shù)、頻率參數(shù)、Poincare散點(diǎn)圖比靜坐狀態(tài)下明顯下降,差異都具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義P<0.001;長(zhǎng)時(shí)尺度分形字?jǐn)?shù)(α2)和靜坐狀態(tài)下相比具有明顯的升高,其差異具有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義P<0.05,然而對(duì)于其他參數(shù)而言無(wú)任何統(tǒng)計(jì)學(xué)意義P>0.05。
本次研究結(jié)果可以很好的作為HRV心率變異性在運(yùn)動(dòng)生理學(xué)和健康醫(yī)學(xué)中的使用,并且提供了特征參考指標(biāo)和統(tǒng)計(jì)學(xué)依據(jù)。本文雖然對(duì)靜息狀態(tài)下和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下HRV心率變異性進(jìn)行分析,但是對(duì)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷分析HRV心率變異性參數(shù)具有非常大的應(yīng)用價(jià)值。