心率變異性的機制及其與心血管疾病的相關性研究進展

李京秀 章富君 劉嫻 李學奇

1 心率變異性的概念及其調(diào)節(jié)機制

心率變異性(heart rate variability,HRV)最初于1965年由學者Hon等［1］提出,他們通過檢測RR間期來監(jiān)測胎兒的心率,發(fā)現(xiàn)HRV降低可提示胎兒宮腔內(nèi)發(fā)生呼吸窘迫。此后,有研究人員通過測量RR間期,對糖尿病患者的自主神經(jīng)病變情況、HRV指標與心肌梗死后死亡率的相關性進行了評估［2-3］。1996年歐洲心臟病學會(ESC)和北美心臟起搏和電生理學會(NASPE)制定了HRV的理論標準［4］。我國于1998年對HRV進行了定義,即HRV是指機體在竇性節(jié)律狀態(tài)下,在一定時間內(nèi)心率快慢差異性的周期性變化現(xiàn)象。HRV是可以客觀反映人體自主神經(jīng)系統(tǒng),即交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)平衡和張力程度的重要指標。既往研究表明,心臟自主神經(jīng)在心肌組織不同部位的分布差異很大［5］。例如:自主神經(jīng)在竇房結和房室結的分布非常豐富,右側迷走神經(jīng)纖維與右側交感神經(jīng)纖維多分布于竇房結;房室結則主要接受來自左側的迷走神經(jīng)纖維與交感神經(jīng)纖維的支配,且自主神經(jīng)末梢在房室結的后區(qū)、側區(qū)分布較中區(qū)、前區(qū)更多。心房肌主要受迷走神經(jīng)支配,且迷走神經(jīng)纖維在心耳內(nèi)的分布比心房其他部位更顯密集;心室肌的自主神經(jīng)主要為少量的交感神經(jīng)纖維,分布于心外膜的表面,其分支穿透到心室肌。自主神經(jīng)系統(tǒng)放射性藥物標記成像技術顯示,交感神經(jīng)末梢主要分布在左心室,且交感神經(jīng)末梢在心臟底部的分布多于心尖部,左心室心內(nèi)膜分布多于心外膜;而迷走神經(jīng)纖維卻很少分布于心室。交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)共同構建了心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)平衡,并維持身體的正常生理性活動;如果打破心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)的平衡,身體就會進入病理狀態(tài)。當交感神經(jīng)興奮性增強,機體心率加快,易發(fā)生血流動力學紊亂,引起血管壁內(nèi)皮細胞損傷和內(nèi)皮細胞功能的改變,增加心肌的收縮力和心臟的負荷,心肌的耗氧量增加,最終導致不良心血管事件,如惡性室性心律失常、急性心肌梗死、心臟性猝死等。迷走神經(jīng)介導神經(jīng)遞質乙酰膽堿釋放,使血管內(nèi)皮細胞分泌血管舒張活性物質,擴張冠狀動脈,增加冠狀動脈血流量,提高心肌細胞的供氧,保護心肌細胞,與心臟交感神經(jīng)相互作用共同維持機體心血管系統(tǒng)的整體平衡水平。HRV作為心電學中反映交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)平衡的指標,其檢測具有準確、無創(chuàng)、簡單、定量等優(yōu)勢,近年來越來越受到國內(nèi)外學者的重視。

2 心率變異性檢測中時域分析與頻域分析的相關指標及其意義

隨著工程技術與時俱進的發(fā)展,HRV的分析方法不斷得到改進。當前臨床上常用的HRV分析方法主要有線性分析法和非線性分析法兩大類［5-7］。其中,線性分析法主要包括時域分析法和頻域分析法。非線性分析法包括散點圖分析法、非線性預測法、參數(shù)估計法等。時域分析法參數(shù)主要包括SDNN、SDANN、每5 min RR間期平均值的標準差的平均值(SDNN Index)、rMSSD、pNN50(%)。頻域分析法涉及的參數(shù)主要包括低頻功率(LF)、高頻功率(HF)、LF/HF值。在HRV時域分析中,SDNN主要從整體上反映機體的HRV,且受多基因效應與環(huán)境因素的影響;SDANN反映交感神經(jīng)張力的變化,其數(shù)值與交感神經(jīng)活性呈負相關,即SDANN數(shù)值降低表明交感神經(jīng)活性增強;rMSSD和pNN50反映迷走神經(jīng)張力的變化,其數(shù)值與迷走神經(jīng)活性呈正相關,即rMSSD和pNN50的降低表明迷走神經(jīng)活性的降低。在HRV頻域分析中,HF主要由迷走神經(jīng)調(diào)節(jié),LF由迷走神經(jīng)和交感神經(jīng)共同調(diào)節(jié),LF/HF反映了機體交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的相互平衡狀態(tài)［8-10］。

3 心率變異性與心血管疾病相關性的研究進展

3.1 冠狀動脈粥樣硬化性心臟病

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(冠心病)是臨床上極為常見的心血管疾病之一,其發(fā)病率呈逐年上升趨勢。冠心病可導致嚴重的并發(fā)癥,如心肌缺血、心力衰竭、心律失常、心臟性猝死等,危及患者生命。以往的研究已經(jīng)明確指出,冠心病患者常伴有心臟自主神經(jīng)功能失調(diào),且與心肌缺血、缺氧密切相關［11-12］。心肌缺血時,心室壁的機械感受器和化學感受器受到強烈刺激,機體自主神經(jīng)系統(tǒng)介導交感神經(jīng)張力的升高和迷走神經(jīng)張力的降低,從而影響心肌細胞電活動的穩(wěn)定性,降低惡性心律失常心室顫動的閾值,增加猝死的風險。在冠心病研究領域,HRV是較早應用于臨床,且能較好地評估冠心病患者心血管事件風險的一項重要的無創(chuàng)心電學指標,在預測心臟性猝死和判斷心肌梗死預后方面也具有重要價值?；谙嚓P的研究,2001年,ESC將HRV列為心肌梗死患者心臟性猝死危險分級的Ⅰ類預測因子。Goldenberg等［13］2019年納入1 043例心肌缺血患者,進行了短程動態(tài)心電圖分析(1 h Holter檢查),發(fā)現(xiàn)HRV降低與心肌缺血的發(fā)生密切相關,由此建議采用短程動態(tài)心電圖分析冠心病心肌缺血患者的HRV。Fang等［14］對冠心病患者HRV的薈萃分析納入28項隊列研究,共計3 094例患者入選,結果表明冠心病患者HRV的時域分析指標和頻域分析指標降低與患者的全因死亡率和心血管事件發(fā)生率密切相關;與高HRV組相比,低HRV組的全因死亡率升高了112%,心血管事件的發(fā)生率升高了46%。

3.2 原發(fā)性高血壓

隨著病程的進展,高血壓可進一步加重心臟的壓力負荷,引起左心室室壁和室間隔肥厚,造成心臟自主神經(jīng)功能障礙。同時,高血壓患者常伴隨著動脈壓力感受器調(diào)節(jié)功能的進一步受累和腎素 血管緊張素系統(tǒng)的激活,最終導致機體心臟自主神經(jīng)功能的明顯損害,主要表現(xiàn)為交感神經(jīng)活性的增強和迷走神經(jīng)活性的減弱［15-17］。Yue等［18］2014年針對40例原發(fā)性高血壓患者、36例隱性高血壓患者和48例無高血壓者(對照組)的研究結果顯示,與對照組相比,原發(fā)性高血壓和隱性高血壓患者的HRV指標明顯降低,且以SDNN、SDANN、SDNN Index、rMSSD、HF降低為主。該研究結果表明,HRV的時域分析指標和頻域分析指標可作為原發(fā)性高血壓和隱性高血壓患者自主神經(jīng)功能的評估指標。2017年,國內(nèi)學者胡華平等［19］同樣分析了400例老年高血壓患者的HRV特點,結果表明在高血壓患者中,HRV指標下降可反映血壓晝夜節(jié)律減弱;進一步表明,HRV降低亦可作為心室重構的預測因子。2017年一項關于心臟自主神經(jīng)與難治性高血壓關系的研究結果表明,難治性高血壓患者群體的心臟自主神經(jīng)HRV明顯降低,交感神經(jīng)系統(tǒng)激活在難治性高血壓的病程中發(fā)揮重要作用［20］。Moors等［21］2020年針對妊娠高血壓患者群體的HRV研究表明,先兆子癇患者群體的HRV指標值總體降低,且與迷走神經(jīng)功能減弱密切相關。Maciorowska等［22］對難治性高血壓合并代謝綜合征患者與單純難治性高血壓患者進行12個月的隨訪,結果表明降壓治療可以明顯改善難治性高血壓合并代謝綜合征患者的HRV指標,并提示患者交感神經(jīng)活性明顯降低。同時,研究結果亦提示HRV可作為評價高血壓合并代謝綜合征治療效果的客觀指標之一［22］。

3.3 心力衰竭

心力衰竭是高血壓、冠心病等多種疾病的臨床終末階段。無論是什么原因引起的心力衰竭,基于心臟排血量的降低,血流動力學都會發(fā)生代償性改變,從而激活機體心血管自主神經(jīng)系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)。2020年,國內(nèi)學者許波等［23］研究分析左室射血分數(shù)保留的老年心力衰竭患者的HRV特點,結果顯示心力衰竭患者體內(nèi)血漿氨基末端腦鈉肽(NT-proBNP)水平與HRV指標SDNN、SDANN、rMSSD和pNN50呈顯著負相關;HRV相關指標可以反映心力衰竭嚴重程度,且隨著患者心力衰竭的加重,SDNN、SDANN、rMSSD、pNN50指標值均降低。

3.4 房顫

已有研究明確指出,機體自主神經(jīng)系統(tǒng)張力水平和平衡的改變與陣發(fā)性房顫密切相關。房顫的發(fā)生可由心臟迷走神經(jīng)介導和心臟交感神經(jīng)介導。其中,迷走神經(jīng)介導的房顫多見于無器質性心臟病患者;交感神經(jīng)介導的房顫則在有交感神經(jīng)激活的器質性心臟病患者中更為常見。Vesela等［24］2018年將HRV作為評估房顫患者能否接受肺靜脈隔離和神經(jīng)節(jié)叢消融術的指標之一。Khan等［25-26］針對房顫患者的研究指出,心臟交感神經(jīng)系統(tǒng)、心臟迷走神經(jīng)系統(tǒng)、心臟神經(jīng)節(jié)叢均參與了房顫的發(fā)生。心臟自主神經(jīng)的功能調(diào)節(jié)在房顫的發(fā)展、維持中起至關重要的作用。通過HRV評估房顫患者自主神經(jīng)功能,有助于評估患者能否從電復律或射頻消融治療中獲益。Zhu等［27］2020年納入102例陣發(fā)性房顫患者接受射頻消融治療,結果提示HRV指標rMSSD、pNN50、HF可作為陣發(fā)性房顫射頻消融術后房顫復發(fā)的獨立預測指標。相比射頻消融術后未復發(fā)房顫組,射頻消融術后房顫復發(fā)組rMSSD、pNN50、HF指標明顯升高,且差異有統(tǒng)計學意義;其ROC曲線的研究提示,rMSSD≥27.5 ms,pNN50≥4.5%,HF≥178.25 ms2組患者房顫消融術后,房顫復發(fā)率明顯上升［27］。

4 結語

臨床工作中,HRV檢測是一種簡單、易行、經(jīng)濟、無創(chuàng)的心電檢查技術,具有廣闊的應用前景。HRV可以客觀地反映機體的自主神經(jīng)活性,即交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的功能和平衡調(diào)節(jié);HRV與臨床常見的多種心血管疾病的危險分層、干預策略選擇、干預治療效果、遠期預后密切相關。HRV降低作為冠心病心肌梗死后死亡率升高、心力衰竭患者死亡率升高和心臟性猝死事件的獨立危險因素,近年來一直是循環(huán)內(nèi)科領域研究的熱點。此外,HRV指標的量化分析不僅可用于評價高血壓群體自主神經(jīng)功能失調(diào)的程度,而且還可以作為血壓干預治療后患者機能改善的客觀指標。應用反映迷走神經(jīng)功能的HRV指標rMSSD、pNN50、HF,可評估接受房顫射頻消融的患者群體術后房顫復發(fā)的風險。HRV檢測能夠為臨床研究提供實踐依據(jù),同時為高危人群預警、病情評估和二級預防提供循證醫(yī)學證據(jù)。