温度对心率和心率变异的影响

解剖科学进展 Progress ofAnatomical Sciences 2007，13(1)：87-90 温度对心率和心率变异的影响 孙 洁，李亘松 (中国医科大学生理教研室，辽宁 沈阳110001) 【摘要】 心率交异(heart rate variability，HRV)是判断自主神经活动最好的定量指标，有时域、频域和非 线性等研究。频域方法适用于短时程记录，而时域法对长时程记录较为理想。HRV的发生基础是 自主神经对心率的调节作用，反映了神经体液因素与窦房结相互作用的平衡关系。心率变异受诸多外周和中 枢因素的影响。体温及环境温度的变化影响着心血管活动的调节，是HRV的重要起因。极低频(very low fre- quencies，VLF)功率受温度刺激(如低体温和体温调节活动)的调制，皮肤降温不会特异的影响此频带，明功 率谱中特别频带的改交依赖于体温调节激发模式，而不是体温调节本身。中枢神经系统的损伤可 j起心脏自 主神经的异常活动并降低HRV，低体温处理可以使HRV的降低更显著。因此研究体温及环境温度与HRV 的关系具有非常重要的实用价值。 【中图分类号】R331．3 1 【文献标识码J A I文章编号j 1006-2947(2007)ol一0087—04 The Effect of Temperature on Heart Rate and Heart Rate VariabiHty SUN Jie，LI Gen—song (Department of Physiology，China Medical University，Liaonlng Shenyang 1 10001，China) 【Abstract】 Heart rate variability(HRV)is the best quantitative index for estimating the activity ofthe auto- nomic nervous system，with time domain method(m0 desirable for long—term recordings)，frequency domain method (suitable for short—time recording)，nonlinear method for the study of HRV．The physiological foundation of HRV is the regulation of autonomic nervous sytem to the heart rate，which reflects the balance of the interaction between the neurohumor and the sinus node．HRV is affected by many peripheral and central factors．The changes of the body and ambient tempe rature affect the regulation of cardiovascular activity，which is the important origin of HRV．Very low frequencies (VLF)is modulated by thermal stimuli which result in core hypothermia and thermoregulatory activity。 while skin·surface cooling does not selectivdy modulate this frequency band．The change in particular frequency bands of the power spectra depe nds upon the mode of thermorng ulatory challenge ．and not thermoregelation pe r se． Injury ofcentral nervous system can induce abnormal function ofautomatic nerve ofheart and reduction ofHRV，and hypetherm iatherapy Can reduce HRV more greatly。 正常人的心搏均呈现有规律的节拍，甚至乐谱 中还曾用心搏来定义音乐的速度，但事实上心搏即 窦性心律的心动周期长短并非是恒定不变的。逐次 心动周期之间存在着微小的变化，人们用心率变异 (heart rate variability，HRV)来衡量此种变化的程 度。窦性心律条件下，HRV越大表示机体对心脏的 调节能力较强并有着很好的适应环境变化的能力； 反之，HRV越小或消失则表示机体对心脏的调节能 I收稿日期】2006-09—11 【基金项目l沈田市科技局科技攻关项目 ·通讯作者(To whom correspondence shouM be addressed) 力减弱或丧失，因而不能很好的适应环境的变化。 1965年首次发现 HRV降低可预测胎儿宫内窘迫 后，HRV临床的重要性才逐渐为人们所认识⋯。近 20年大量研究证明HRV是判断自主神经活动的最 好的定量指标。HRV受短时程因素(如呼吸、血压) 和长时程因素(如生理节律、体温变化)等诸多外周 和中枢因素的影响。本文仅就温度对心率和 HRV 的影响做一综述。 1 心率变异的分析方法 HRV的分析实际上主要是心动周期变异的分 维普资讯 http://www.cqvip.com Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 · 88· 解 剖 科 学 进 展 2007年第l3卷第 1期 析。反映窦性心律的心动周期是 P—P间期，但以目 前的技术在心电图记录上完成 P波基准点的准确 定位几乎是不可能的⋯。故P—P间期难以精确测量。 通常认为窦性心律时 P．P间期等于 R—R问期，所 以，目前用正常R—R间期(也称为NN间期)代替P— P间期来分析 HRV。 HRV的主要分析方法有时域方法、频域方法和 非线性方法。其中频域分析最为常用，提供了能量随 频率变化分布的基本信息 】。通常将 HRV功能谱 划分为以下四段：超低频功率(ultra—low frequencies， ULF；≤0．003 Hz)、极低频功率(very low~equen— cies，VLF；0．003—0．04 az)、低频功率(1ow f~quen— cies。LF；0．04—0．15 Hz)、高频功率(high~equen— cies，HF；0．15—0．4 az)。最常见的频域参数包括 以绝对值和相对值表示的VLF、LF和HF频段的功 率谱，化的LF和HF频段的功率谱，以及 IF／ HF比值。 当研究短时程记录时，频域方法优于时域方法。 时域法对分析长时程记录较为理想。此外，分析采 样必须是连续的窦性心搏，剔除早搏和伪差的影响。 必须正确的选择采样率，最佳范围是 250—500 Hz 或更高一些。 2 心率变异的生理调节机制 HRV的产生主要是由于神经体液因素对心血 管系统精细调节的结果，反映神经体液因素与窦房 结相互作用的平衡关系，体现神经调节变化程度，而 不代表神经紧张性 J。心迷走紧张性用迷走传出 冲动来表示，这些冲动和它们的作用是非常短而且 是离散的，而它们自身的频率要比HRV的高频成分 快得多。迷走传出波动性的调节引起窦性节律的短 时程变化，因此HRV的HF成分的增加反映了迷走 调节波动的增加，而迷走调节波动的增加未必与紧 张性的增加有关。Malik 用统计学中的均数和标 准差来简单明了地比喻紧张性和调节波动。即将 HRV的HF成分看作迷走的紧张性就如同用标准差 来取代均数一样是错误的。刺激副交感神经起效和 恢复都比较快，故在HRV频域分析中HF部分代表 副交感神经的调节；而刺激交感神经起效和恢复都 比较慢，处于频域分析的LF段。 在长时程记录中，HF和LF成分只占总功率的 大约5％。而ULF和 VLF成分占总到95％，但其生 理意义还不太清楚。目前研究提示VLF与肾素一血 管紧张素系统和体温调节有关 j，也有人提出VLF 与外周化学感受器的活动有关 】。 静息状态下 HRV的存在表示逐次心搏调控机 制具有很好的协调性。支配窦房结的交感和迷走传 出放电活动很大程度上与每一心动周期同步，并可 由中枢(血管舒缩和呼吸中枢)及外周(动脉压和呼 吸运动的波动)振荡器调节。这些振荡器对传出神 经放电的影响具有节律性波动，表现为心动周期的 短时程和长时程波动。分析这些节律的规律，可以 推测中枢振荡器、交感与副交感神经传出活动、体液 因素和窦房结的功能和状态。 3 温度对心率的影响 3 1 温度对心率的影响 Chong．bin Liu等 ¨发现在20—35cI=范围内。鸟 类的心率很稳定而蟾蜍和蜥蜴的心率则与温度呈线 性相关，这与 Victoria Chapovetsky等人 的研究是 一 致的。而在哺乳类动物，心率与环境温度的关系 更为复杂。温度从适宜 (35cI=)条件快速降低到 29cI=、23cI=和 l7cI=。8日龄大鼠心率从4OO降低到 250 O~／min 】。环境温度从 38℃升高到4l cI=，成年 大鼠的心率增加约 120~／min J。‘相对于环境温 度快速升高引起心动过速而言，环境温度缓慢升高 (从标准饲养温度 2l一23℃到适宜温度 29—30℃) 成年大 率降低大约50~／min¨u；成年小鼠降 低约200—300~／min[】 。作者学者[1 认为标准 饲养温度下发生冷应激，使褐色脂肪组织、心脏和血 管的交感神经驱动的同步激活，引起非寒战产热、增 加心率与升高动脉血压。 体温变化也影响心血管的调节。冷却心脏能引 起心搏徐缓。是一种心外科使用的方法。相反，发热 能够增加心率。Frank A等 ¨观察到热服习的典型 变化有直肠温度和心率的降低、发汗速率的增高。 3．2 温度对离体心脏心率变异的影响 温度从37cI=降低到3lcI=时，大鼠离体工作心脏 的心率会从 332次／rain降低到 215~／min，并且 HRV明显增加 引¨，这表明温度影响心率和HRV不 完全依赖于自主神经系统。在有关狗的体外循环实 验中n引，一组动物血流降温至28—32cI=时阻断循 环，升主动脉根部灌注冷晶体心停跳液，心脏表面 置冰屑；另一组持续灌注温血心停跳液并维持体温 在38℃。冷晶体心停跳液组与温血心停跳液组相 比较，HRV降低更加明显，其总功率、LF和 HF明显 降低，而且在24 h后，冷晶体心停跳液组恢复后的 心率比温血心停跳液组的要高。这些及另一些学者 维普资讯 http://www.cqvip.com Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 2OO7年第 l3卷第 1期 孙 洁等 温度对心率和心率变异的影响 指出温度对窦房结起搏器活动的直接作用和经过自 主神经系统介导的间接作用-16’” 都通过调节体温 影响心率和HRV。因此，不应低估温度波动是HRV 的重要起源，并且建议考虑用体核温度来校正 HRV[他1 。 3．3 温度对在体心脏心率变异的影响 Kinugasa和 Hirayanagi【191研究了体表温度的冷 热对人 HRV的影响，随着体表温度升高，HRV的 HF成分降低，LF／HF增高。认为体表温度的升高 可引起心脏副交感神经活动抑制和交感神经活动增 强。另有研究-加 表明，在人体温降低、外周血管收 缩和寒战时，VLF明显增加，而皮肤表面降温可使 VLF和LF功率都增强。提示 VLF受引起低体温和 体温调节活动的温度刺激的调制，皮肤降温不会特 异的影响此频带。再通过单独改变体核温度和皮肤 温度来评价体温调节反应对功率谱的影响，发现体 核冷却引起体温调节性血管收缩，选择性地增加 VLF，而LF／HF没有改变，平均心率明显下降；相 反，周围冷却选择性的增加LF，但 VLF和心率没有 明显改变。这些发现表明，功率谱中某一频率带的 改变依赖于体温调节激发模式，而不是体温调节本 身。Malik和Camm-2 提出HRV功率谱不直接反映 自主神经活动，而是更为精确地反映自主神经系统 在心脏水平的调节。LF／HF的变化表明体温开始 降低时突触后心脏交感神经的活动并不明显，而体 温显著降低并引起寒战时则明显增强。 张志雄等 发现冷应激后交感兴奋性升高而 迷走兴奋性变化不显著。为了研究心脏自主神经变 化和低体温处理对 HRV的影响，张建义等 ’】分析 了4l例重症脑损伤患者的动态心电图，认为中枢神 经系统的损伤可引起心脏自主神经的异常作用并降 低 HRV，低体温处理可以使 HRV的降低更显著。 Matthew CB等 对雄性s—D大鼠行低温诱导后复 温，发现没有成功复温的动物与成功复温的动物相 比，在低温诱导过程中其 HRV有明显的降低。推测 HRV对低温遇难者的生还有潜在的预测价值。而 在体温调节异常情况下，HRV的改变与上述研究结 果不一致。有人在体温调节异常的4位女性所做的 实验表明[251，与正常体温相比，稳定的中度低体温 状态下，心率明显地降低、QT间期延长。低体温期 间，短时HRV和HRV的日节律明显地比正常体温 时明显偏高，说明即使是缓和的稳定自发性低体温 也能引起 HRV的改变，推测可能与心脏迷走神经活 动增强有关。此研究提示体温调节异常的患者尤其 应该警惕心血管并发症的发生，特别是在气候寒冷 时。 4 展 望 在衡量正常人的自主神经活动方面，以及预损j 心血管及非心血管疾病病情的程度与预后等方面， HRV分析是一种公认的十分有价值的方法，涉及许 多学科，需要数学、学、生理学和临床医学等领 域的相互配合，共同研究。通过研究HRV有益于加 深对一些生理现象、药物作用及疾病的病理生理的 理解。但HRV真正成为一种实用的临床指标，要有 统一的测量方法和标准，目前尚需进行前瞻性的、大 样本、长时间的研究方能确定其价值。 【参考文献 】 [1]Task Force 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