心率变异性概述

1、* *第九章心率变异性Heart Rate Variability(HRV)9.1 概述心率变异性(Heart Rate Variability , HRV)是指逐次心搏间期之间的微小变异在生理条件下，HRV的产生主要是由于心脏窦房结自律活动通过交感和迷走神经，神经中枢，压力反射和呼吸活动等因素的调节作用，使得心脏每搏间期一般存在几十毫秒的差异。在静息状态下，正常人的心电图呈现 RR间期周期变化，窦性心律不齐是由于呼吸的不同时相所介导的迷走神经反映性波动所致。导致吸气时心率加快，呼气时心率减慢。许多其它因素也可以引起心率的变化，例如体位、体温、血循环中的儿茶酚胺、内分泌激素以及营养、环境、药物

2、、各种疾病等都会影响心率。由于对HRV的生理和病理意义进行了广泛和深入的研究，其结果表明心率变异信号中蕴含着有关心血管调节的重要信息，对HRV进行分析可以间接地定量评价心肌交感、迷走神经紧张性和均衡性，而且还能分析自主神经系统的活动情况，在多种心血管疾病中， 患者的心率变异性都有降低的趋势。心率变异性还可以作为一个独立的心源性猝死危险性的预测指标。心率变异性分析对多种恶性心律失常的预后判断和药物治疗效果分析有指导作用。总之，HRV的生理学基础归因于交感、迷走神经系统，其中迷走神经对 HRV起着主要的决定作用，所以，迷走神经功能健全时，心率变异程度大，迷走神经功能受损时，心率变 异程度小。9.2

3、 心率变异性的分析方法HRV分析的心电信号有长有短，短期的只有 5分钟，最长1小时；长期的可达 24-48 小时。记录可在不同体位（仰卧、倾斜、直立或倒立位）和动作（平静呼吸、深呼吸、Valsava 动作、运动）进行。HRV分析目前采用的方法有时域分析法，是应用数理统计指标对 HRV作时域测量，包括简单法和统计学方法；频域方法或频谱分析方法原理是将随机变化的RR间期或瞬时心率信号分解为多种不同能量的频域成份进行分析，可以同时评估心脏交感和迷走神经活动水 平。以上两种分析方法都属于线性分析方法，而人体内的生物过程都属于非线性过程，为此，又提出了第三种分析方法，即以非线性（混沌）分析方法来描述心率

4、变异性的特性。9.2.1 时域分析法利用计算机对5分、15分、30分或更长时间同步12导联心电图记录所取的心电信号 QRS波进行逐个识别，去除非窦性 QRS波，将心电信号数字化，取得 一系列有关R-R间 期的数理统计指标。R-R间期直方图和R-R间期差值直方图R-R间期直方图心电图的R-R间期在心律失常时有较大差异，即使是窦性心律，也因活动及体液因素 的影响而有一定波动。分析心电图R-R间期变化可提供许多心理生理的信息。直方图的形状可反映HRV大小，当R-R间期直方图高而窄时，HRV小，R-R间期直方图低而宽时，HRV 大。R-R间期直方图的基本形状分为单峰、闭合双峰和开放双峰三种基本形状。在

5、正常人， 尤其是在HRV大的人，其R-R间期直方图低而宽，多呈开放型峰形状（如图 9-1 ）。而严重的冠心病，尤其是心肌梗死，充血性心力衰竭等导致HRV降低时，R-R间期直方图高而窄，多呈单峰形状。I R R间朋曲力图2M 32D 44Q 0 6目0 1OD 赞。1040 H6D 121< 140。RR同期（ms ）图9-1 R-R间期值方面R-R间期差值直方图R-R间期差值直方图是以相邻的窦性心搏的间期差值基础上统计出来的。R-R间期差值直方图的横坐标为两个相邻窦性心搏的R-R间期值（采样间隔为 7.8125ms ）,后一个周期比前一个周期长时，差值为正数，反之差值为负数，纵坐标为心搏

6、数。R-R间期直方图代表了心率变化的客观情况，R-R间期差值直方图代表了相邻心搏R-R间期的差异大小。（图9-2 ）1 frfrAL#0。 *中。中 »CQ 1 中金。RR间删维4 e左1图9-2 R-R间期差值直方面及相应的平均心率趋势图时域方法：推荐指标：推荐使用的HRV时域检测指标有 4项：即SDNN、HRV三角形指数(HRV Triangular Index )、SDANN、RMSSD。SDNN、HRV 三角形指数用于评 估心率总体变化的大小：SDANN用于评估心率变化中的长期慢变化成分。而RMSSD反映心率快变化成分的大小。上述4个指标的定义为：SDNN :标准差，即全部

7、NN间期的标准差，单位为 ms。HRV三角形指数：NN间期的总个数除以 NN间期直方图的高度。 在计算NN间期直方图时，横坐标刻度间隔的标准为7.8125ms(1/128s),无量纲。SDANN :将全部记录的 NN间期，按记录的时间顺序每5分钟为一个时间段，连续地划成若干个时间段(如为 24小时，共288段)，先计算每5分钟时间段内NN间期的平均值，再计算这若干个平均值的标准差，单位为 ms。RMSSD :全程相邻NN间期之差的均方根值，单位为 ms。可以使用的其它时域指标：除了以上四个推荐的时域指标外，在临床研究工作中下列时域指标也可以使用：SDNN Index :将全部记录的 NN间期，

8、按记录的时间顺序，以每 5分钟为一个时间段，连续地划分成若干个时间段，计算每个时间段内NN间期的标准差，再计算这些标准差的平均值，单位为 ms。SDSD :全程相邻NN间期长度之差的标准差，单位为 ms。NN50 :在全部的NN间期的记录中，有多少对相邻的NN间期之差大于 50ms ,单位为心搏个数。pNN50 : NN 50除以总的NN间期的个数，以百分比表示。TINN :当使用最小方差的方法，以三角形来近似地描述NN间期的直方图时，所得到的近似三角形的底宽，单位为ms。9.2.2 频域分析法心率变异性的频域分析是从另一角度，即频谱分析的角度来分析心率变化的规律。它与时域分析既有相关性，又能

9、揭示出心率的更复杂的变化规律。频域分析方法是将一段比较平稳的 RR间期或瞬时心率变异信号（通常大于256个心跳 点）进行快速傅立叶变换（FFT）或自回归参数模型法（AR）运算后，得到以频率（Hz） 为横坐标，功率谱密度为纵坐标的功率谱图进行分析（见图 9-3）。频率旧工）图9-3 频谱图FFT是经典谱估计方法，算法简单。输入和输出信号能量有线性关系，但对信号要作周 期延拓假定，短数据谱分辨率较低， 并有能量泄露现象。AR属现代估计方法，需求数据短, 分辨率高，谱线光滑，但定阶困难，谱的波谷跟踪能力差。最近更仔细的研究发现，正常人基础状态下心率谱曲线在0-0.4HZ 之间， 0.003-0.04

10、HZ 为极低频段（VLF）,0.04-0.15Hz 为低频段（LF） , 0.15-0.4Hz 高频段（HF ）, 0-0.40HZ 为总功率谱 （TP）。研究证明，VLF反映心率变化受热调节（体温），血管舒缩张力和肾血管紧张素系统的 影响；LF反映交感和迷走神经的双重调节；HF只反映迷走神经的调节；TP反映HRV大小，LF/HF比值反映自主神经系统的平衡状态，基本上代表交感神经张力的高低。正常人HRV随年龄增长而减小，在分析 HRV时应考虑到年龄因素。此外， HRV夜间 变异度大于白天，这与夜间迷走神经张力高于白天相一致，因此，为了能反映昼夜间的变化，现已多强调记录 24小时心率，用以分析H

11、RV为宜。白天与夜间平均正常心动周期差<40ms视为异常。频谱的成分和频段的成分 短程记录：短程记录的记录时间推荐为5分钟。短程记录的频谱，被划成三个频段，各频段的划分及由各频段计算的指标定义如下（表9-1 ）其中,VLF、LF、HF是PSD曲线中，落入不同频段的PSD成分的积分值，也就是中心频率落入不同频段的各成分的面积。规一化的低频段功率定义为：LF norm=100 XLF/（总功率-VLF）规一化的高频段功率定义为：HF norm=100 XHF/（总功率-VLF）表9-1短程记录频谱分析频段的划分指标单位说明频段5min总功 ms x5min内NN间期的变4.40率ms化VLF

12、msx极低频段功率4.04msLFmsx低频段功率0.04-0.15msLF normnu规一化低频段功率HFmsX高频段功率0.15-0.40msHF normnu规一化高频段功率LF/HFLF与HF比值 长程记录：长程记录也可以进行HRV频域分析。频域被分成 4个频段，各频段的划分及指标定义如下（表 9-2 ）表9-2长程记录频谱分析频段的划分指标单位说明频段总功率msX全部NN间期的变<0.40ms化ULFmsX超低频段功率<0.003msVLFmsX极低频段功率0.003-0.0ms4LFms X 低频段功率0.04-0.15msHFms X 高频段功率0.15-0.4ms

13、9.2.3 HRV指标的正常值目前国内尚无被普遍认可的正常人群HRV时域及频域指标的正常值。由文献1所给出的正常值可供参考（表 9-4 ）。表9-4 HRV指标的正常值（x±s）指标单位正常值24小时时域分析SDNNms144 ±39SDANNms127 ±35RMSSDms24 ±12HRV三角形指数ms27 ±15平静仰卧5分钟记录的频msxms3466 ±1018域分析总功率LFms Xms1170 ±416HFms Xms975 +203LFnu54 ±4HFnu29 ±3LF/HF1.5-2.0

14、9.2.4 心率变异性的非线性(混沌)分析近年来，混沌理论(Chaos Theory )已经用于心率变异在时间域领域上的分析，但它 属于非线性的分析方法。(1 ) RR间期散点图RR间期散点图又称洛伦兹散点图(Lorenz Plot )或称宠加来散点图 (Poincare Plot ),它是反映相邻RR间期的变化。不同人的Poincare散点图可以呈现多种形式，通常，正常人呈慧星状(Conet Pattern )。95。如图9-4 (A) (B) (C) (D)所示；心衰病人的散点图见图a必BUOI B. <Tb>miJPoincare散点图图9-4 正常人的Tti fmiueTi

15、lfevi(A) 28 岁，SD=148ms(C) 28 岁，SD=90ms(B)45 岁，SD=167ms(D)52 岁，SD=104msRKB I (ram)ZKDA 3oo20Kl次0aH i (mm)2000图9-5 心衰病人的A.SD=41ms鱼雷形C.SD=26ms扇形E.SD=104ms复杂形2DC M toM1 39MPoincare散点图B.SD=43ms鱼雷形D.SD=59ms扇形F.SD=44ms复杂形Poincare 散点图的形状直接反映了瞬时心率变化曲线的特征，以正常的慧星状散点图 为例，散点大都集中在图中45度角的直线附近。这说明正常人相邻的窦性心搏的RR间期大致是

16、相等的，而围绕 45度线散开，说明正常人存在有窦性心律不齐。在心率缓慢时(对 应RR间期较长，即散点图的上部)窦性心律不齐增大，而散点图的下端(对应心率快时) 散点图比较窄，说明在心率加快时，窦性心律不齐减小，这些结论与临床现象符合。在 Poincare散点图中，我们也可以看出，散点图沿45度线方向的长短代表了在 24小时内平均心率变化的大小。图 9-5 (D)中的散点图比较长，说明平均心率在24小时内(如白天和夜间)有比较大小变化。而图 9-5 (C)中的散点图在 45度方向散开的大小代表了瞬时 心率变化曲线中快速变化的大小。比较图9-5和图9-6 (A) (B)可以看出，鱼雷状的散点图在4

17、5度线方向的长度短，而且在垂直于45度线方向的宽度也窄。这说明呈现鱼雷状的散点图时，无论是 24小时内的平均心率变化，还是瞬时心率的快速变化都小，也就是心率 变异性低。(2) RR间期差值散点图RR间期差值散点图(RR Successive Difference Plot )是在一定的时间隔内(例如 24 小时)，对于连续三个以上的相邻的窦性心搏可以画出RR间期差值散点图。以RRi为横坐标，以A RRi+1为纵坐标可画出一个点，在一定时间间隔内画出所有的点 就得到了 RR间期差值散点图(见图 9-6 )图9-6 RR间期差值散点图由于ARR, ARR+1 ,值有正有负，RR间期差值散点图的形状

18、是围绕坐标原点的一个斑块的图形，其斑块的大小、形状和位置代表了瞬时心率变化曲线中高频变化规律的特征。图中的RR间期差值数点图可以由坐标划分成四个区域，即四个象限：在A象限中（或标-+ ）ARRi <0、ARRi+i >0在B象限中（或标+ + ）ARRi >0、ARRi+i >0在C象限中（或标-）ARRi <0、ARRi+i >0在D象限中（或标+ -）ARRi >0、ARRi+i <0（3）非线性分析各指标正常值Poincare 散点图正常人：96%为慧星状矢量角度指数（VAL）平均 0.67 ±0.17矢量长度指数（VLI ）平均

19、 193.54 ±41.56差异指数RR间期差值散点图四个象限平均 11.59 ±4.46a.(-,+):24.56±3.8b.(+,+):23.33±6.48c.(-,-):28.20 ±3.21d.(+,-):24.30 ±3.979. 3 HRV的临床应用尽管对很多心血管疾病，乃至非心血管病的HRV进行了广泛的临床研究，目前比较一致的看法是HRV分析主要用于下述两个方面：作为急性心肌梗塞后患者发生猝死和恶性心律失常危险的预测指标；评估糖尿病患者自主神经系统受损。大量的研究表明，HRV在很多疾病的临床应用中，也有潜在的价值，但仍需

20、进一步的研究证实。（1）急性心肌梗塞后患者危险性评估HRV的降低是预测急性心肌梗塞后患者发生心脏猝死和恶性心律失常危险的重要独立指标。虽然，在预测急性心肌梗塞患者总的死亡危险时，HRV与左心室射血分数的价值相近，但在预测心脏性猝死方面，HRV优于左心室射血分数。对于急性心肌梗塞后患者危险程度评估推荐采用长程24小时时域指标进行分析。判定急性心肌梗塞后危险性的指标：高危险性的患者：SDNN<50ms ,三角形指数<15 中度危险的患者：SDNN<100ms ,三角形指数<20对于急性心肌梗塞患者，在发病后何时检测HRV具有较高的预测价值尚无定论。一般建议在梗塞后一周开始进

21、行 HRV的检测。HRV在梗塞后立即降低，并在几周内开始恢复。梗塞后HRV恢复的快慢，对以后死亡的危险性也有预测价值。就在心肌梗塞的早期（急性心肌梗塞后2-3日），恢复期（梗塞1-3周），以及梗塞后1年分别对患者进行 HRV的检测, 以判断HRV恢复的快慢，并对 HRV恢复较慢的患者死亡的危险性进行评估。HRV和其它预测方法联合使用可以提高危险性预测的准确性。与HRV联合使用的方法有平均心率、左室射血分数、室性异位心律、心室晚电位等。但是如何组合这些指标，以进一步提高预测价值仍需地一步研究。短程心电图记录的 HRV时域分析一般只适用于急性心肌梗塞后存活的患者中进行高危患者的筛选。发现异常时，应进行长程HRV检测与分析。（2 ）对糖尿病患者的自主神经系统损伤的评估有文献报道：一旦糖尿病患者的自主神经系统并发症（ DAN ）产生之后，5年死亡率 可达50%。为此，早期发现自主神经系统的损害是很重要的。短程或长程的HRV分析都可以及早发现糖尿患者的 HRV的检测有三种方法可供选择：简单床边测量 RR间期的方法（例如， Valsalva试验，直立试验，深呼吸等）。长程的HRV时域分析，在评估整个自主神经系统的功能时，长程比短程检测的灵敏度更高，且重要性更衣?。用24小时的长程 HRV分析，更多采用 NN50和SDSD两个时域指标。卧床休息状态下