心率不对称的RR间期庞加莱图

1、心率不对称的RR间期庞加莱图摘要：庞加莱图对于可视化和计算心率变异性以及调查心脏活动的自然震荡是一个广泛使用的方法。我们证明使用生理数据产生的RR间期的庞加莱图是不对称的。这表明心率加速和减速的过程可能是不对称的。为了研究这一现象，我们定义了一个量化描述心率不对称性的方法并且提出了一个涉及50名健康受试者5分钟的心电图记录的研究结果，尽管心电图的记录时间很短，但是心率的不对称清晰可见。关键字：心率加速；心率减速；心率变异性；庞加莱图简介：通过庞加莱图分析心率变异性用庞加莱图评价RR间期是很多分析心率变异性方法的一种。它作为主要的方法出现在不同的文献，散点图，第一返回图以及洛伦兹图中。RR间期的

2、庞加莱图分析是一个时间序列持续循环的心脏跳动，即从心电图衍生出来的RR间期的时间相关性的图形化表示。这种可视化的方法提供了关于心率，尤其是行为短期和长期变化概括以及详细到每次跳动的信息，并切它被认为是心率的自主调节。如图1所示，这是一种典型的RR间期的庞加莱图。X轴表示当前心脏节拍的持续时间(RRi)，Y轴显示随后的节拍(RRi+1)。通过这种方法图中的每一个点都在(RRi,RRi+1)空间内描述。描述心脏搏动持续时间相等的所有点都位于标识附近。RR间期的标识线以上的点符合所有的延伸，而这条线下面的点代表两个连续的跳动时间的缩短。 图1 5分钟心电图记录的庞加莱图与标准描述元SD1和SD2庞加

3、莱图通过两个典型的描述符SD1和SD2来描述，其中SD1在图的分布横跨在表识线（X=Y），SD2的沿着标识线分布。这些描述涉及投射和方差的计算，也包括投射的标准差。因此为了计算SD1，庞加莱图得点被投射到垂直于标识线的线上，所得到的点用该线的坐标来表示，并计算方差的平方根。如果点代替投影到平行于标识线的点，以相同的程序得到SD2。可以认为，SD1描述的RR间期瞬间逐拍的变异性是短期HRV的测量，尽管SD2与长期的HRV相关。心率不对称性庞加莱图似乎（至少近似）围绕标识线对称，因此可以预期到这条线以上的点与这条线以下的点对SD1的贡献是相同的。然而，我们重复观察这种情况并非如此。庞加莱图标识线上

4、面的和下面的部分是不同的，这种不同特征的庞加莱图绝大多数是相同的。这表明心率加速与减速时的模式是不同的。就是在这种情况下，RR间期从500到1000ms与1000到500ms模型的改变应该是不同的。如果得到证实，那么这一过程可能会代表心率不对称的现象。为了描述心率变异性我们将SD1分解为两部分：来自于标识线以上点的贡献和标识线以下点的贡献。分析心率变异的这些措施包括：对从来自健康受试者5分钟心电图记录的数据，以及从这些记录的数据中得到的数据进行估计。材料和方法受试者总共有50名健康的志愿者（年龄在19-25岁，26位女性），参与这项实验的人都提前知道了要测试的内容，这项研究也得到了当地大学生物

5、伦理委员会的支持。方法心电图记录 这个实验是对横卧的休息姿势进行研究，记录了在进行了10分钟心血管适应休息后，5分钟内的自主呼吸过程的心电图。使用A/D转换器采样频率为1600HZ的三通道的双极胸部心电图仪器。使用libRASCH项目中的libRASCH/RASCHlab软件，首先进行心电图自动评价，其次是通过可视化审查所有的心跳记录，来对任何已经获取的值进行必要的修改。然后将RR间期的值从存储的记录中恢复，来进一步的分析。通过庞加莱图分析心率和心率变异性心率，表示RR间期的持续时间，它的变异性是通过两套RR间期测定的：·所有RR间期的自然顺序代表原始数据心跳持续的时间。·

6、通过所有RR间期用完全随机的顺序推诿出来的数据，这些数据用来确保我们的结果不是方法造成的现象，而是代表一种种真正的生理现象。根据出版的参考文献在内部编写Matlab和R脚本来执行RR间期庞加莱图的分析。在研究中使用以下对庞加莱图进行描述：·SD1：横跨庞加莱图的标识线所有散布点的标准偏差的测量。·SD2：沿庞加莱图标识线散布的所有点的标准偏差的测量。SD1/SD2：SD1与SD2的比，它表示长期和短期心率变异性之间的平衡。图2 5分钟心电图记录的庞加莱图所述的庞加莱图上的点到线Y=X表示各个点到X=Y线的垂直距离，只有在少数图中可见。参数ui和di是分别到位于标识线上方和下

7、方点的距离。通过庞加莱图分析心率不对称性让我们来定义一个Di作为点i到标识线的垂直距离。在图2中这用庞加莱图上的点到标识线的连线来表示。参数ui（上方）和di（下方）与Di表示相同，但是分别表示标识线上面的和下面的部分。SD1的平方近似是庞加莱图上的点到标识线垂直距离平方的平均值。这种近似是非常好的，它的准确性随着点的数量的增加而增加。SD12=1ni=1nDi2 (1)n:是庞加莱图中点的数量使用几何参数与方差特性的一种我们可以将SD12分解为两部分：标识线上方点到标识线的垂直距离的平方和标识线下方点到标识线的垂直距离的平方。SD12=1ni=1nDi2=SD1up2+SD1down2 (2

8、)在这种情况下，心率变异性可以通过简单地变量来描述：·SD1up ，平方时反应逐拍减速的整个短期变异性的贡献。·SD1down ，平方后，反应逐拍加速的贡献。我们使用SD1up 和SD1down ，而不是用平方值来反映各自对方差的贡献，以表示不对称数量在同一单位时间序列的分析点。图3 原始数据和推诿数据的Cup 和Cdown 的值表1 对来自相同健康受试者原始数据和推诿数据进行心率变异性庞加莱图分析的平均值 图4 来自相同受试者的原始数据和推诿数据的RR间期的庞加莱图心率变异性可以通过来自庞加莱图从主体到主体间的巨大改变中的没有改变的描述元来描述，因此可以在同一水平下整组的

9、表示它，我们进行了如下归一化的过程。我们使用了SD1up2和SD1down2到SD12独立的个体间的变异性的相对贡献，应用于两个衍生出来的数值变量：·Cup ：表示SD1up 到SD1的相对贡献·Cdown ：表示SD1down 到SD1的相对贡献Cup =SD1up2SD12，Cdown =SD1down2SD12 (3)根据公式（2）Cup +Cdown =1 (4)统计分析二项检测用来确定SD1up 和SD1down 在样本中的分布是否相同，即如果实验数据的分布证实了零假设，很可能获得SD1up >SD1down 作为SD1up SD1down 。同样的测试用于

10、比较Cup 和Cdown 。其他所有连续的数据以平均值加减标准差形式呈现出来。使用非参数配对威尔克克森检测方法对测量的心率变异性变量的所有原始数据和推诿数据进行比较。只有p值小于0.05被认为是统计学显著的。结论研究小组发现，对于RR间期自然顺序的原始数据，在41个案例中SD1up 远大于SD1down 。将二项测试应用于这一结果显示SD1up >SD1down 的概率与SD1up SD1down 的概率不同。分析推诿数据在p=0.67情况下得到在27个案例中SD1up >SD1down ，因此我们没有理由否认在这种情形下假设SD1up 和SD1down 具有相同的分布。在原始的数

11、据中Cup 明显高于Cdown 的值，但是不适用于推诿的数据（图3）此外，原始数据的Cup 显著高于推诿数据的Cup ，因此，原始数据的Cdown 显著低于推诿数据的Cdown 。对记录进行分析RR间期的平均持续时间是868.4±137.4ms。对心率变异性的结果分析表明，原始记录的SD1显著低于推诿数据的SD1，反之，SD2和SD2/SD1显著高于推诿数据的SD2和SD2/SD1（表1）。讨论心率控制和心率变异性的生理学瞬间心率是许多因素相互作用的结果，包括自主性的影响和窦节点自发去极化的持续作用。心率的加速可能是由于迷走紧张降低或者是肾上腺素活动增加导致相对或绝对交感神经占优导致

12、的。与此相反，心率减速通常是相反自主神经调制的结果。改变交感神经驱动和窦房结点响应，大约有5s生理的延迟。在副交感神经控制心率的情况下，这种反应几乎是瞬时的，即使在同一心脏周期开始作为迷走神经张力改变。这就是为什么在心率中有非常多的突然变化，认为通过增加或者降低交感神经的活动来进行一般的调停。短期的心率变异性，这依赖于在持续的心脏周期内瞬间的改变，也被认为在迷走神经强烈的影响下。它表明，用SD1描述短期心率变异性副交感神经比交感神经活动更相关。心率变异性的一些注意事项在此研究中，我们把SD1分解为SD1up2和SD1down2两部分，来描述庞加莱图标识线上方和下方RR间期的贡献。作为心率变异性

13、和它的一些措施，例如，SDNN, SD1 and SD2 ，对个体间的变异性是非常敏感的，我们使用二项检测来评估SD1up >SD1down 与SD1up SD1down 的概率是否相同。实验表明这种假设是正确的。此外，我们使用相关的措施来测量SD1up2和SD1down2到SD12的贡献两者分别是 Cup 和Cdown 。平均来说，庞加莱图上部分的的相对贡献也就是Cup 显著高于Cdown 。这证实了RR间期在心率加速和减速期间的模式是不同的。在休息状态下，心率围绕某个个体的平均值振荡。可是，这看起来是一个增强RR间期延长并抑制缩短的不对称振荡。对于推诿数据的SD1和SD2进行比较，S

14、D1/SD2的比值接近于1。这表明庞加莱图模型接近于圆形或者在任意方向上都是随机的。这不是原始数据RR间期的自然顺序的情况。此外，推诿数据以心率变异性完全消失为特征：SD1up >SD1down 和SD1up SD1down 的概率不同，Cup 和Cdown 的平均值几乎相同接近50%。这证明了心率变异性不是由使用的实验方法产生的。研究的局限性我们知道这项研究仅在5分钟的心电图记录进行。然而，结果表明在5分钟的心电图中心率变异性清晰可见。此外，我们分析了只从健康受试者仰卧位休息时记录的心电图。心率变异性是否可能从其他位置上观察到，一些自主的和各种各样的临床情况必须进行调查。我们初步的结果表明心率变异性在长时间的记录中可能更显著。目前我们不能负责的解释