靜息狀態(tài)與實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)心率變異性的對(duì)比分析

□ 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）

前言

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，

1、研究方式

1.1、測(cè)試對(duì)象

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(méi)有進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

1.2、測(cè)試方式

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。

1.3、RR對(duì)間期技術(shù)的描述

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

1.4、對(duì)心率變異性時(shí)域分的分析

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。

1.5、心率變異性頻域分析

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

1.6、心率變異性散點(diǎn)圖

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)。

1.7、心率變異性去趨勢(shì)波分析

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。

1.8、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

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，二者之間的比較通常可以采用t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。

2、測(cè)試結(jié)果

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。

3、測(cè)試結(jié)論

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。