動(dòng)態(tài)心率分析用于新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)患者心肺功能評(píng)估和監(jiān)測(cè)的研究*

仲月霞，李沛，張楠，刁小飛，陳瑞娟，王慧泉，王新

(1.空軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院門診部，西安710000；2.空軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院傳染科，西安710000；3.空軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科，西安710000；4.天津工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，天津300387；5.空軍軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院，西安710000)

1 引 言

COVID-19因其傳染力強(qiáng)、潛伏期長和臨床表現(xiàn)多樣化等特點(diǎn)，對(duì)人民生命健康和生產(chǎn)生活造成了嚴(yán)重的影響[1-5]。據(jù)研究，“炎癥風(fēng)暴”可能是導(dǎo)致COVID-19患者死亡的重要原因。“炎癥風(fēng)暴”又稱“細(xì)胞因子風(fēng)暴”,風(fēng)暴發(fā)生后，心肌細(xì)胞受損，其心臟自主神經(jīng)功能會(huì)受到明顯的損害，病情將加速惡化，甚至出現(xiàn)多器官功能衰竭，最后導(dǎo)致患者的死亡。心率變異性(heart rate variability, HRV)參數(shù)是指逐次竇性心搏間心動(dòng)周期的微小差異，反映竇性心律的波動(dòng)變化,是評(píng)價(jià)心臟自主神經(jīng)活動(dòng)的重要指標(biāo),心臟自主神經(jīng)對(duì)竇性心律調(diào)節(jié)作用強(qiáng)時(shí)，HRV參數(shù)增大，反之則其值變小[6-8]。其發(fā)生的主要機(jī)制是心臟的電活動(dòng)節(jié)律直接接受心臟交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)雙重調(diào)節(jié)并相互平衡[9]。本研究通過對(duì)COVID-19患者的心肺功能進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，開展心率變異性的分析研究，從而達(dá)到評(píng)估和預(yù)測(cè)患者病情的目的，為COVID-19患者的治療方案制定提供依據(jù)。

2 研究對(duì)象和方法

2.1 研究對(duì)象

本研究采用心電監(jiān)護(hù)儀對(duì)火神山醫(yī)院共29例COVID-19患者進(jìn)行了心電信號(hào)監(jiān)測(cè)，其中男性17名，女性12名；通過心電監(jiān)護(hù)儀監(jiān)測(cè)得到有效實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)26組，年齡分布為(55±16)歲。實(shí)驗(yàn)開始之前，患者需填寫個(gè)人信息，其本人或家屬簽署知情同意書。

2.2 研究方法

2.2.1基于心電的炎癥評(píng)估實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 國際上常通過6 min步行試驗(yàn)(6 min walk test ,6MWT)對(duì)中、重度疾病的全身功能狀態(tài)的綜合評(píng)價(jià)，重點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)能力，包括心肺功能、骨骼肌肉功能、營養(yǎng)水平[10]。本研究在6MWT試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，首先監(jiān)測(cè)患者連續(xù)6 min的靜息狀態(tài)心電，進(jìn)而采集6 min步行的心電信號(hào)，并提取出相關(guān)的心率變異性參數(shù)和統(tǒng)計(jì)分析，COVID-19患者心電監(jiān)測(cè)流程見圖1。

圖1 COVID-19患者心電監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)流程圖

2.2.2HRV參數(shù)的提取與分析 HRV反映了心率的變化程度，而心率的變化程度取決于交感神經(jīng)與迷走神經(jīng)的動(dòng)態(tài)平衡[11-12]。迷走神經(jīng)功能興奮時(shí)HRV增大;迷走神經(jīng)功能受損時(shí)，HRV 減弱[13]。本研究對(duì)監(jiān)測(cè)所得的動(dòng)態(tài)心電信號(hào)進(jìn)行HRV分析，提取了HR、SDNN、RMSSD、pNN50、LFn、HFn、LFn/HFn等七項(xiàng)HRV的時(shí)域、頻域參數(shù)。HR表示一段時(shí)間內(nèi)的平均心率；SDNN表示RR間期的標(biāo)準(zhǔn)差，反映交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的總張力；RMSSD表示相鄰RR間期差值的均方根；pNN50表示大于50 ms的RR間期差值個(gè)數(shù)占總間期個(gè)數(shù)的百分比；RMSSD、pNN50代表HRV快速變化的成分，反映迷走神經(jīng)功能的變化。LFn為歸一化低頻功率，反映交感神經(jīng)的活性；HFn為歸一化高頻功率，反映副交感神經(jīng)的活性；LFn/HFn為歸一化低頻功率與高頻功率的比值，反映交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)之間的整體平衡程度[14-15]。

2.2.3炎癥程度的分級(jí) 為了定量分析研究炎癥程度的加深對(duì)于患者心肺功能的影響，本研究根據(jù)患者的CT檢查報(bào)告中的全肺感染比例對(duì)26組炎癥實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了炎癥等級(jí)的分級(jí)，共分為三級(jí)。全肺感染比例小于1%的患者被列為輕度炎癥，全肺感染比例在1%～10%之間的患者列為中度炎癥，而全肺感染比例大于10%的患者則被列為重度炎癥。根據(jù)分級(jí)規(guī)則，共得到輕度炎癥樣本11個(gè)，中度炎癥樣本11個(gè)，重度炎癥樣本4個(gè)。

2.2.4統(tǒng)計(jì)分析方法 為了研究不同炎癥程度下HRV參數(shù)的差異，使用SPSS 22.0分析軟件，采用單因素方差分析法分析了不同炎癥程度下的各項(xiàng)HRV參數(shù)的均值、標(biāo)準(zhǔn)誤差等。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 結(jié)果

3.1 不同炎癥程度的HRV參數(shù)均值分析結(jié)果

不同炎癥程度下的HRV參數(shù)均值的分析見圖2，可以看出隨著患者炎癥程度的加深，患者的RMSSD、pNN50在不斷降低，RMSSD、pNN50的變化反映了迷走神經(jīng)功能[16-17]的變化，揭示了心臟的自主神經(jīng)調(diào)節(jié)功能受到損害，迷走神經(jīng)活性降低。一旦迷走神經(jīng)活性降低,易發(fā)生碎死[18]。另外，LFn/HFn反映交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)之間的整體平衡程度[19]，LFn主要反映交感神經(jīng)的張力，HFn反映了迷走神經(jīng)張力，可以從圖中看到LFn/HFn、LFn不斷升高，HFn不斷降低，體現(xiàn)出了交感神經(jīng)的活性增強(qiáng)，而迷走神經(jīng)的活性減弱。

圖2 不同炎癥程度HRV參數(shù)均值比較

3.2 靜止運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的HRV參數(shù)差異分析結(jié)果

為了對(duì)比分析炎癥程度的加深，HRV參數(shù)值在靜止和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的變化，通過以下計(jì)算得到了患者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相對(duì)變化率。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相對(duì)變化率計(jì)算公式為：k=|(v-s)|÷s，其中k為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相對(duì)變化率，v為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的HRV參數(shù)均值，s為靜止?fàn)顟B(tài)下的HR參數(shù)均值，患者在不同炎癥程度下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相對(duì)變化率,見圖3，反映了患者不同炎癥程度下，由靜止到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)HRV參數(shù)變化的趨勢(shì)。在臨床上，根據(jù)靜止運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)HRV參數(shù)的變化，為不同程度炎癥患者的心肺功能評(píng)估提供依據(jù)。由圖4可知，在炎癥患者由靜止轉(zhuǎn)為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，隨著炎癥程度的加深，患者SDNN的變化幅度在逐漸降低。SDNN反映了心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)總的調(diào)控能力，SDNN的減小表明了自主神經(jīng)系統(tǒng)維持機(jī)體動(dòng)態(tài)平衡的機(jī)制發(fā)生紊亂，機(jī)體的抗壓能力下降。

圖3 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相對(duì)變化率

3.3 差異性分析

對(duì)不同炎癥程度下的心率及HRV各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表1。由此可知，平均心率HR在三種不同炎癥程度下的顯著差異，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。而HRV的時(shí)域、頻域參數(shù)SDNN、RMSSD、pNN50、LFn、HFn、LFn/HFn，在不同的炎癥程度下的差異性，無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

表1 炎癥程度各項(xiàng)HRV參數(shù)比較

4 討論

本研究通過連續(xù)監(jiān)測(cè)COVID-19患者的心電數(shù)據(jù)，分析在不同的炎癥程度下，動(dòng)態(tài)心率變異性的差異，發(fā)現(xiàn)一些HRV參數(shù)與患者的炎癥程度存在一定的線性關(guān)系，其中包括HR、SDNN、RMSSD、pNN50、LFn、HFn、LFn/HFn等時(shí)域、頻域參數(shù)。由于重癥樣本量過少的原因，采用單因素方差分析法在提取各項(xiàng)HRV參數(shù)中，僅得到HR在不同炎癥程度下存在顯著差異(P<0.05)。但通過比較HRV參數(shù)均值，發(fā)現(xiàn)隨著炎癥程度的增加，患者的pNN50不斷降低，而LFn/HFn不斷升高，提示炎癥程度可能與該參數(shù)具有緊密聯(lián)系。對(duì)于不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的HRV參數(shù)分析，能夠發(fā)現(xiàn)隨著炎癥程度的加深，由靜止至運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，患者的HR變化越來越不明顯。證明了HRV參數(shù)確實(shí)與患者的炎癥程度相關(guān)。醫(yī)護(hù)人員對(duì)COVID-19患者進(jìn)行動(dòng)態(tài)心率變異性分析，能夠?yàn)榛颊咭?guī)避心機(jī)梗死或猝死的風(fēng)險(xiǎn)提供理論參考依據(jù)。