減慢呼吸頻率對正常青年人心率變異和血壓變異的影響

李長軍，趙儉，張佳，常清華，劉仁光，柴文戍，沈仲元

心率變異是相鄰竇性心搏RR間期（RRI）的微小差異，是反映交感和副交感神經張力及其平衡的重要指標[1]。血壓變異是指一定時間內血壓波動的程度，是神經內分泌動態調節綜合平衡的結果，是人類血壓基本的生理特征之一[2]。2010年在美國心臟病學會年會上Peter闡述了血壓變異與心血管事件之間的關系[3]，同一時期《柳葉刀》等雜志發表了多篇與血壓變異相關的文章，使其成為年度研究熱點[4-5]。呼吸是影響心率變異和血壓變異的重要因素[6]。近年來動物實驗[7]和臨床研究[8]表明，減慢呼吸頻率可使心率變異的低頻功率（LF）增大，高頻功率（HF）減小，與理論不相符合，而減慢呼吸頻率對血壓變異頻譜成分影響尚少見報道。本文通過同步記錄觀察呼吸、心電、血壓波形，分析減慢呼吸頻率對心率變異和血壓變異頻譜成分的影響，并對排除“呼吸峰左移”對頻譜分析影響的校正方法（校正減慢呼吸頻率對呼吸峰移位的影響）做初步探討。

1 資料與方法

研究對象：選擇2017年5月至2017年10月錦州醫科大學經入學體檢（肝、腎功能，血脂，血糖，血壓，心電圖，X線胸片，心肺物理診斷等正常）健康的60例在讀碩士研究生（男30例，女30例），平均年齡（26.26±0.79）歲。受試者未服用任何藥物，無吸煙，并簽署知情同意書。

研究方法：檢測時間為9:00～11:00，檢查室保持安靜，室溫20℃～24℃。入選者安放電極于雙上肢及左下肢（模擬aVF導聯），連接壓電式脈搏壓換能器（HK-2000E，合肥華科電子技術研究所生產）于橈動脈，腹部連接壓電式呼吸換能器（HKH-11C數字呼吸波傳感器，合肥華科電子技術研究所生產）。囑受試者仰臥位靜息10 min，在預先錄制好的錄音帶放音指導下進行16次/min、12次/min、8次/min的均勻呼吸調節, 每個均勻呼吸調節單元5 min，單元之間間隔15 min，行自主呼吸。在測試過程中同步記錄完整的呼吸、心電、血壓數據，血壓分析和測量采用收縮壓值。

數據收集和分析：

（1）信號采集、處理：用SKY-A4三通道生理記錄儀（復旦大學醫學院儀器實驗廠）同步記錄呼吸、心電、血壓波形。原始BRS數據文件導入計算機，經數據轉換，用Holter對心電信號標記R波頂點，剔除早搏、漏搏及干擾偽差，保存生成AR文件，由BRS＆心率變異2.0打開原始數據文件，導入相應AR文件進行頻譜分析。

（2）心率變異、血壓變異頻譜分析：頻譜轉換數學模型采用傅立葉變換AR模型法（選取RRI變化平穩段分析，RRI序列長度為256次心搏），心率變異和血壓變異頻譜成分范圍劃分[9-10]：LF頻段0.04～0.15 Hz，HF 頻段 0.15～0.4 Hz。心率變異、血壓變異頻譜有多個峰，呼吸活動成分體現為“呼吸峰”，波形較窄，振幅較高，在正常呼吸頻率時位于HF段，用呼吸峰中心頻率描述其相對位置（呼吸峰中心頻率=呼吸頻率/心率）[7]。

（3）觀察指標：①呼吸運動與RRI及血壓波動的關系；②減慢呼吸頻率對RRI及血壓變化的影響；③減慢呼吸頻率對呼吸峰移位和心率的影響；④減慢呼吸頻率對心率變異、血壓變異頻譜成分HF、LF及LF/HF的影響。

（4）校正方法：為校正呼吸頻率減慢引起呼吸峰移位對心率變異、血壓變異頻譜分析的影響，參照Aysin等[11-12]提出的校正方法（呼吸峰是心率變異、血壓變異頻譜分析中HF段的主要成分，采用依呼吸峰中心頻率校正HF、LF段，以排除呼吸頻率減慢引起呼吸峰移位的影響）校正LF段與HF段的分界線：校正LF為0.04 Hz～（呼吸峰中心頻率×0.65）Hz，HF段為（呼吸峰中心頻率×0.65）Hz～0.40 Hz。

統計學處理方法：以SPSS16.0統計軟件分析。計量資料用均數±標準差表示；比較減慢呼吸頻率對呼吸峰移位、心率及頻譜各成分影響用單因素重復測量方差分析，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

呼吸周期和頻率對RRI及血壓的影響：RRI和血壓波動與呼吸呈同步周期性變化（減慢呼吸頻率，RRI和血壓變化周期性延長）。吸氣時RRI逐漸減小，血壓逐漸降低；呼氣時RRI逐漸增加，血壓逐漸增高（圖1）。

圖1 不同呼吸頻率時呼吸、RR間期、血壓波形合成圖（取256次心搏的前128次心搏）

減慢呼吸頻率對RRI及血壓波動幅度的影響：在呼吸周期中RRI及血壓波動振幅隨呼吸頻率改變即隨呼吸頻率減慢，RRI、血壓波動振幅增大（圖 1）。

減慢呼吸頻率對心率及呼吸峰中心頻率的影響（表1，圖2）：與呼吸頻率16次/min相比，8次/min、12次/min心率減慢（P＜0.05）。在各呼吸頻率時，心率變異及血壓變異的呼吸峰（中心頻率）均與呼吸功率譜密度呼吸峰（中心頻率）在同一頻段。16次/min呼吸峰中心頻率（0.1964±0.0248） Hz位于HF段，隨呼吸頻率減慢，呼吸峰中心頻率逐漸左移，12次/min時呼吸峰中心頻率[（0.1536±0.0198）Hz，P＜0.05]在高頻與低頻段的交界處，8次/ min呼吸峰中心頻率 [（0.1023±0.0138）Hz, P＜0.05]，在低頻段。

常規分析方法呼吸頻率對心率變異及血壓變異頻譜成分的影響（表2）：與呼吸頻率16次/min比較，呼吸頻率12次/min心率變異的LF、HF增大（P＜0.05），LF/HF 減小（P＜0.05），血壓變異的LF、HF增大（P＜0.05）；與呼吸頻率16次/min比較，8次/min時心率變異和血壓變異的LF、LF/HF增大,HF減小（P均＜0.05）。

表1 60例受試者減慢呼吸頻率對心率及呼吸峰中心頻率的影響（

表1 60例受試者減慢呼吸頻率對心率及呼吸峰中心頻率的影響（

注: 呼吸峰中心頻率=呼吸頻率/心率。與呼吸頻率16次/min時比較 *P＜0.05

項目 16次/min 12次/min 8次/min心率(次/min) 82.6670±9.7743 79.3040±9.3877* 79.3270±9.2847*呼吸峰中心頻率 (Hz) 0.1964±0.0248 0.1536±0.0198* 0.1023±0.0138*

圖2 呼吸頻率16次/min、12次/min及8次/min HRV、BPV、呼吸功率譜密度圖

表2 常規分析方法呼吸頻率對心率變異及血壓變異頻譜成分的影響（s，n=60）

表2 常規分析方法呼吸頻率對心率變異及血壓變異頻譜成分的影響（s，n=60）

注: LF：低頻功率；HF：高頻功率。與呼吸頻率16次/min時比較 *P＜0.05。1 mmHg=0.133 kPa

呼吸頻率 心率變異 (ms2/Hz) 血壓變異 (mmHg2/Hz)LF HF LF/HF LF HF LF/HF 16 次 /min 193.49±57.51 954.66±122.38 0.26±0.12 0.04±0.01 0.13±0.03 0.34±0.03 12 次 / min 252.11±64.38* 1 574.06±353.6* 0.20±0.05* 0.05±0.01* 0.17±0.05* 0.36±0.04 8 次 / min 2 410.10±374.7* 631.85±41.86* 4.48±0.25* 0.18±0.07* 0.05±0.01* 3.53±0.48*

校正呼吸峰移位影響后呼吸頻率對心率變異及血壓變異頻譜成分的影響（表3）：與呼吸頻率16次/min相比，隨著呼吸頻率減慢，心率變異和血壓變異的HF增大，LF/HF（除外血壓變異12次/min）減小，心率變異LF （8次/min）亦減小，差異均有統計學意義（P均 ＜0.05）。

表3 校正呼吸峰移位影響后呼吸頻率對心率變異及血壓變異頻譜成分的影響，n=60）

表3 校正呼吸峰移位影響后呼吸頻率對心率變異及血壓變異頻譜成分的影響，n=60）

注: LF：低頻功率；HF：高頻功率。與呼吸頻率16次/min時比較 *P＜0.05。1 mmHg=0.133 kPa

呼吸頻率 心率變異 (ms2/Hz) 血壓變異 (mmHg2/Hz)LF HF LF/HF LF HF LF/HF 16 次 / min 193.49±57.51 954.66±122.38 0.26±0.12 0.04±0.01 0.13±0.03 0.24±0.03 12 次 / min 181.66±26.82 1 734.02±134.25* 0.15±0.01* 0.04±0.01 0.21±0.03* 0.26±0.02*8 次 / min 144.35±24.24* 3 127.22±375.22* 0.08±0.01* 0.04±0.01 0.22±0.03* 0.21±0.06*

3 討論

呼吸對心率、血壓的影響：本研究通過同步記錄心電、呼吸、血壓，觀察到呼吸引起RRI周期性變化，即竇性心律不齊；同時也觀察到呼吸引起血壓周期性變化。呼吸引起的心率變化即呼吸性竇性心律不齊，在頻譜分析中位于高頻段[7]。呼吸引起血壓變化稱為呼吸相關性血壓變異，也位于高頻段[13]。竇性心律不齊機制已被大家熟知，呼吸相關性血壓變異可能與呼吸引起心率及胸腔內壓周期性變化有關[14]。Akselrod等[15]在狗的實驗中證實呼吸對血壓變異的影響主要來自心率的周期性變化，為RRI變化的二次效應，可能與心率周期性改變致心輸出量和心臟舒張期時間周期性改變引起血壓波動有關。同時，呼吸可致胸腔內壓周期性改變，影響靜脈回流，進而影響心輸出量致血壓周期性波動。

減慢呼吸頻率對心率變異、血壓變異的影響：心率變異頻譜LF被認為是由交感神經和迷走神經共同介導的心率波動，并與血管的壓力感受反射作用相關；HF與迷走神經的傳出活動有關，主要受呼吸活動影響[1]。血壓變異頻譜LF代表較慢的血壓波動，為交感神經及壓力反射作用的結果，是定量觀察交感神經功能的指標；HF代表血壓的快速波動，為定量觀察迷走神經功能的指標，與呼吸運動有關[16]。本研究結果顯示，減慢呼吸頻率不僅影響心率變異、血壓變異頻譜HF成分，同時影響LF成分。與16次/min相比，8次/min時心率變異和血壓變異的HF減小，LF、LF/HF增大，與陳洪波等[7]動物實驗結果和Brown等[8]的臨床觀察一致。按常規方法分析，似乎提示減慢呼吸頻率可使交感神經興奮性增強，迷走神經活性降低的結論。這即與理論不符，亦與本試驗觀察到的“隨呼吸頻率減慢，心率減慢”的結果矛盾，其原因與呼吸頻率減慢引起呼吸峰移位有關。

呼吸對心率變異、血壓變異的影響在頻譜圖上表現為“呼吸峰”，位于HF段。本試驗研究證實減慢呼吸頻率使呼吸峰左移，呼吸頻率8次/min時呼吸峰中心頻率為（0.1023±0.0138） Hz，移入LF段，示呼吸峰移入LF段是造成HF減小，LF增大的原因。為校正呼吸頻率減慢引起呼吸峰移位對心率變異、血壓變異頻譜分析的影響，我們參照Aysin等[11-12]提出的校正方法（采用依呼吸峰中心頻率校正HF、LF段，以排除呼吸頻率減慢引起呼吸峰移位的影響）校正LF段與HF段的劃分：校正LF為0.04 Hz～（呼吸峰中心頻率×0.65）Hz，HF段為（呼吸峰中心頻率×0.65）Hz ～0.40 Hz。校正后顯示：與呼吸頻率16次/min相比，12次/min和8次/min隨呼吸頻率減慢，心率變異、血壓變異的HF逐漸增加，LF與LF/HF逐漸降低，與頻譜成分理論意義相符。本研究提示臨床應用心率變異、血壓變異評價自主神經功能時，應同步記錄呼吸頻率，頻譜分析時需排除呼吸頻率對呼吸峰移位的影響，以免導致錯誤的結果。Katona等[17]和Alcalay等[18]研究顯示呼吸峰能用于定量測量迷走神經活動，本文依呼吸峰是HF的主要成分，采用按呼吸峰位置校正HF段的范圍，這種方法可校正由呼吸頻率減慢引起呼吸峰左移對心率變異、血壓變異頻譜分析的影響。但因校正后縮小LF段的范圍，可引起LF減小的偽像，在應用時應注意。更理想的校正方法尚需進步探索和實驗與臨床研究證實。

減慢呼吸頻率臨床意義：Friesner等[19]研究表明深而慢的呼吸頻率能對胸導管拔出術后疼痛的患者起到鎮痛作用；Hassett等[20]證實減慢呼吸頻率能使纖維肌痛患者骨骼肌疼痛減輕。Chalaye等[21]研究認為慢呼吸頻率的鎮痛作用與迷走神經興奮有關。世界衛生組織全球壓力相關疾病調查顯示壓力相關疾病與日俱增，并估計到2020年精神疾病包括壓力相關性疾病將成為全球勞動能力喪失的第二大原因。Pramanik等[22]研究證實慢呼吸可緩解壓力，與迷走神經興奮有關。交感神經興奮、迷走神經張力降低在一些心血管疾病的病理生理過程中起了重要的作用，例如高血壓、冠心病、心力衰竭等[23]。本研究證實，減慢呼吸頻率能增加迷走神經張力，降低交感神經活性，交感迷走平衡移向迷走神經，提示減慢呼吸頻率有望成為高血壓和冠心病等心血管疾病防治的綠色方法。