靜息狀態(tài)與實時運動狀態(tài)心率變異性的對比分析

□ 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)正常心動周期之間的差異，

1、研究方式

1.1、測試對象

調(diào)查對象為2位無疾病的大學(xué)生，當(dāng)中女生8名，男生24名，平均年齡在（20.2±0.8）歲。在對大學(xué)生進行測試之前要保證具有充足的睡眠，并且沒有進行運動。

1.2、測試方式

測試采用的心電采集儀器為微型心電記錄儀，通過記錄測試對象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5分鐘劇烈運動狀態(tài)之后的心電數(shù)據(jù)信息。

1.3、RR對間期技術(shù)的描述

一般情況下，心率變異性是通過分析RR區(qū)間進行獲取的，所以應(yīng)該對采集的心電數(shù)據(jù)進行R波的計算，進而獲得RRI。通過采用Hilbert可以變換R波提取，Hilbert變換是一種線性變換，對某個心電信號而言，其公式為：

通過公式（1）可以得出，和時間無關(guān)的量在進行變換前后不發(fā)

同時通過對公式（2）進行變換，能夠得到：

由于

公式（4）中的sgnf是函數(shù)的符號，當(dāng)f＞0時為1，當(dāng)f=0的時候為0，當(dāng)f＜0的時候為-1。因此，在對心電信號中的Hilbert進行變換的時候，可以表示成：

因為Hilbert本身就是奇函數(shù)。所以，在對信號進行Hilbert變化以后，心電信號的拐點就對應(yīng)變換信號的一個過零點，通過過零點Hilbert可以變換成一個極值點，然后通過采用Hilbert的特點，就可以確定出心電信號當(dāng)中的R波的位置，如圖1所示，進而可以得出RRI。

圖1 所示通過采用Hilbert變換的R波可以獲取RRI的計算

1.4、對心率變異性時域分的分析

通過采用統(tǒng)計法對RRI序列進行統(tǒng)計學(xué)分析，可以準(zhǔn)確的得到心率變異性時域參數(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RRI，其中就是所有N個RRI的平均值。

1.5、心率變異性頻域分析

通過采用自回歸模型可以對RRI序列進行功率譜密度探究，進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計算公式為：

通過對劇烈運動狀態(tài)的模式進行研究，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，是一位測試者在進行劇烈運動的過程中的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 所示測試者在劇烈運動狀態(tài)下對PSD的分析

1.6、心率變異性散點圖

Poincare散點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Poincare散點圖進行分析，橢圓的短軸SD1和長軸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DNA內(nèi)的分子鏈進行檢測之后，該算法就被應(yīng)用到了分析心跳實踐序列的分形尺度指數(shù)和相關(guān)的研究。DFA計算法可以對一個給定的長度為N的RRI序列RRi進行計算，對整個時間序列慮去其平均值可以求出積累量 y（k），其公式為：

然后通過把積累量y（k）分成相互不重合長度為n的許多個子系列，同時在每一個子序列中通過線性最小方差法可以獲取其趨勢 yn（k），然后可以對波動函數(shù) F（n）進行計算，其公式為

DFA的量化參數(shù)又被稱為分型尺度指數(shù)α，并且還可以通過子序列長度n的雙對數(shù)圖的斜率，從而得到關(guān)系式，并且DFA在n接近16的時候，會出現(xiàn)相互交叉的狀態(tài)，二者之間呈現(xiàn)相反的趨勢。所以通過α分解成度指數(shù)。短時分形尺度指數(shù)和長時分形尺。

1.8、統(tǒng)計學(xué)方法

通過采用SPSS17.0軟件對實驗統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)進行處理，其結(jié)果可以用均值±標(biāo)準(zhǔn)差進行表示，二者之間的比較通常可以采用t或者′、進行檢驗，用p＜表示心率變異性，具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2、測試結(jié)果

通過對測試者靜坐和跑步5分鐘心率變異性時域參數(shù)、頻域參數(shù)以及Poincare散點圖參數(shù)等分子結(jié)果表示，如表1所示。依據(jù)統(tǒng)計結(jié)果顯示，跑步狀態(tài)的時域參數(shù)、頻域參數(shù)、Poincare散點圖等參數(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)計學(xué)意義P＜0.001；長時尺度分形字?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)計學(xué)意義P＜0.05，然而對于其他參數(shù)而言無任何統(tǒng)計學(xué)意義P＞0.05。

表1 所示劇烈運動狀態(tài)和靜坐狀態(tài)5分鐘HRV參數(shù)

通過對心率變異性頻域進行分析，可以采用固定頻段法對LF以及HF頻段進行劃分。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固定頻段造成的影響很大，從而導(dǎo)致了LFnorm、HFnorm和HF/LF無法正確的反映出運動對HRV的影響，這也是造成劇烈運動中HF/LF出現(xiàn)研究結(jié)果不一樣的重要原因。

3、測試結(jié)論

通過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R波提取可以得到RR間期序列，左后可以對HRV心率變異性時域參數(shù)、頻域參數(shù)、去趨勢波動等進行分析。通過對上述數(shù)據(jù)分析顯示，劇烈運動狀態(tài)下的時域參數(shù)、頻率參數(shù)、Poincare散點圖比靜坐狀態(tài)下明顯下降，差異都具有統(tǒng)計學(xué)意義P＜0.001；長時尺度分形字?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)計學(xué)意義P＜0.05，然而對于其他參數(shù)而言無任何統(tǒng)計學(xué)意義P＞0.05。

本次研究結(jié)果可以很好的作為HRV心率變異性在運動生理學(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)計學(xué)依據(jù)。本文雖然對靜息狀態(tài)下和運動狀態(tài)下HRV心率變異性進行分析，但是對運動負(fù)荷分析HRV心率變異性參數(shù)具有非常大的應(yīng)用價值。