文摘
生物组织内在的控制系统,在应对内部和外部刺激维持体内平衡。人类的心跳不规律和变化在时间和这样的变化,也称为心率变异性(HRV),不是随机的。HRV取决于有机体的生理或病理状态。医生总是感兴趣预测病人发展中主要的风险和威胁生命的并发症。理解生物信号行为有助于描述病人的状态和可能代表一个一步一个更好的照顾。HRV指标等信号的主要优势是,它可以实时计算以非侵入性的方式,而所有当前生物标志物在临床实践中使用离散和意味着血液样本分析。摘要HRV线性和非线性指标进行了综述和真正的病人提供的数据来展示这些索引可能用于临床实践。
1。复杂的生物信号
生物系统是复杂系统;时空上特别,它们是系统复杂,由一个动态网络相互连接的反馈循环和相互依存,基因多效性,和冗余1]。变化的意义Goldberger[生物信号研究2]。他建议增加规律,疾病的信号代表一个“decomplexification”。因此,健康的特点是“有组织的变化”,疾病是由decomplexification定义,规律性增加和减少的变化。与“decomplexification”假说,瓦兰蔻和纽厄尔3]指出增加复杂度和近似熵增加一些疾病和推测,增加或减少复杂性疾病可能显化,取决于底层维度的内在动态(例如,振动与不动点)。除了讨论,Macklem研究哮喘作为一个疾病的更高的能量耗散,更大的热力学平衡距离,低熵,和更大的变化4)表明,健康被定义为从热力学平衡一定距离;太近(减少变异,能量耗散太少,低熵)或太远(变异和能量耗散增加、熵)每个代表病理改变(5]。
主机对败血症、休克或创伤是一个生物复杂系统重症,显而易见等(6]。是在这个复杂的系统概念的健康和疾病的临床效用可变性分析可能会升值,应该确定可变性分析的影响,对危重病人的结果。
如果我们看现代急诊(ED)和重症监护室(ICU)我们可以欣赏一个连续流的信息:参数派生多个监视器和呼吸器,实验室数据和临床文档。通常,数据收集断断续续但这个系统不是足够的跟踪和分析复杂的多元关系。可变性分析代表了一种新颖的方法评估和治疗病人个体,建议从流行病学调查分析转向连续的复杂性分析(7]。复杂时间序列分析已广泛应用于研究变异的生物现象,如心率(8]。
心率可能是最简单的生物,复杂,信号分析。心率、记录作为两个心跳之间的空间或距离的rr表面心电图(ECG),不规则如果以毫秒。这种变化出现的意义和相关生理或病理条件。先前的研究表明碎片形的复杂模式的心率变异性(HRV)可以衡量和量化。快速波动的HRV可以反映交感神经和副交感神经活动的变化;换句话说,HRV的无创性指标心脏自主神经系统的控制。最近的研究表明,参与心血管系统的调节机制相互作用的非线性方法,可以研究这些机制与几个算法。临床上,急性心肌梗塞后病人显示HRV索引值和改变这种差异相关总体死亡率(9]。
本文的目的是描述不同方法HRV量化在真正的病人,所有可能的效用在未来的临床实践。
2。心率变异性指标
见参考一个明确而详尽的解释不同的HRV指标及其含义和临床使用(10]。表2显示最常用的HRV指标在临床实践中。
2.1。线性算法
使用线性算法,HRV可以在时间和频率域进行分析。时域指标是第一个使用索引和简单的方法计算HRV,因为他们是连续RR间隔的统计计算,并严格相互关联(SDNN、SDANN pNN50, ecc…)。频域指标更基于光谱分析阐述了索引,主要用来评估自主神经系统对HRV的贡献(甚低频、低频、高频,高频/低频比例)。光谱分析可以用来分析神经网络的序列间隔的短期录音(2到5分钟)或一个完整的24小时内(即。Holter-ECG记录)。
2.2。非线性算法
非线性(分形)索引11衡量HRV)最近推出了方法,不受非平稳,碰巧线性索引。它们包括幂律指数、近似熵和去趋势波动分析。所有这些方法研究血流动力学的复杂相互作用,电生理和体液变量以及自主和中枢神经的规定。这些技术已被证明是强大的工具,用于描述各种复杂的系统,但是没有进行系统的研究调查大量病人人口使用这些方法。
从频率分析,幂律指数(12)描述了单一频率的相关性的本质在一个时间序列。等于1时,说明时间序列相似的波动作用在不同的尺度上,不管变化的大小(即。“规模不变,”属性的分形13])。它已经被应用于生物学和医学以前描述的动力学beat-to-beat间隔在老化8]。近似熵(ApEn) [14)提供了一个衡量的程度内不规则或随机性的一系列数据。较小的值表明更大的规律,和更大的值传递更多的随机性和系统的复杂性。这是一个相当新的索引应用于生物系统信号研究和它仍然需要实现。
2.3。去趋势波动分析(DFA)
这种方法已经发展为了区分复杂系统所产生的内部变化和这些变化引起的一些environmental-external刺激(15]。单一的心电图记录推导不断的rr距离以毫秒为单位计算,直到可以得到一笔8000的rr所需保证充足的时间间隔。系列数据的集成和分成一系列定期的命名,包括1和300之间。为每一个间隔,计算了“本地”波动的差异相比,直线线性插值。实际上,“全球”波动计算的平均值的平方根当地的波动。
3所示。健康和危重患者HRV指标的例子
HRV指标计算使用数字12领先ECG-Holter机(Mortara仪器,遭到美国)在连续20个重症监护病房的患者在24小时内的住院和aged-matched(比2:1)控制人口从连续的病人与nontraumatic ED,自限性、胸痛首席抱怨。他们以非常低的/低/中风险(16)对急性冠脉综合征(ACS),进入一个专用的协议用于筛选沉默心肌缺血与心肌酶措施(高灵敏度肌钙蛋白T, Elecsys、罗氏、德国)其次是挑衅的心脏压力测试(跑步机或核压力测试)。所有的病人必须至少18岁和一个基线12导致心电图没有诊断让或st段偏移提出持续的急性冠脉综合征。研究协议获得伦理委员会的批准。ecg只手动审查和窦性心律患者在基线资格HRV指标计算。ECG-Holter数据分析Mortara专有软件获得遭到RR间隔以毫秒为单位,然后手动HRV指标计算。霍尔特数据与工件或nonsinus击败超过10%的总比被排除在分析之外。
危重病人由在混合人口在医学治疗重症监护室(MICU)和外科重症监护病房(SICU)。SICU集团登记主要心脏手术后病人(冠状动脉搭桥或瓣膜置换)而MICU患者治疗脓毒性休克(定义为感染高血清乳酸和血流动力学不稳定的设置条件)。所有患者机械通风和接受治疗的异丙酚。
麻醉镇痛在2005年发表的一项研究中,异丙酚诱发显著降低BP,低频,高频,ApEn,和低频/高频比率没有人力资源的变化,表明在镇静副交感神经活动的优势。减少英国石油公司没有人力资源的变化表明,异丙酚变弱压力反应(17]。Kanaya et al。18)报道,持续输注异丙酚3毫克/公斤/分钟的速度减少心脏副交感基于熵和减少高频与低频无显著变化,低频/高频和人力资源。
所有患者仰卧时,没有侵入性程序在ECG信号进行采集。心电图信号采样1千赫(1000样本/秒),保证好质量的测量在毫秒范围内。占据11.0(占据公司(TX)用于计算统计数据。表1提供了两组的临床特点。数据1,2,3显示的三个最常用的HRV指标在两组的行为。
4所示。弥合的差距:从研究到临床实践
作为临床医生,ED重症医师和等总是感兴趣预测病人发展中主要的风险和威胁生命的并发症。这样的风险模型应该包括生物标志物的预后价值。预测的临床过程意味着目前的深入了解病人的状态。理解生物信号行为可能代表一个基本一步一个更好的照顾。信号这样的HRV指标的主要优势是,它可以以非侵入性的方式实时计算。事实上,所有当前生物标志物在临床实践中使用离散和意味着血液样本分析。
尽管HRV指标似乎很有吸引力,进一步的研究是必须的。首先,非线性指标不是标准化的数据收集方法和最低数量的rr间隔需要可靠的测量。第二,HRV指标代表了复杂系统的最终结果。例如,众所周知,糖尿病显著影响最终结果,随着老化。那些长期临床特点不学习,不存在任何列线图只是为这些协变量调整索引结果。第三,目前尚不清楚如何以及为什么不同的算法表现在不同的方式。例如,提供信息和快速傅里叶分析能够区分患者和无冠状动脉疾病,但它似乎并没有相同的情况在我们的例子中(尽管样本量是相似的在我们的案例中,在以前的研究(19])。
5。结论
不同的病理生理的过程改变HRV指标在相反的方向,很难识别它们同时当礼物。例如,年龄和糖尿病都减少DFA指数虽然急性心肌缺血似乎会增加。HRV-indexes未来的研究应该旨在评估HRV由已知的心血管风险因素影响,找到一个“标准”的测量不同的指标,比较健康和病人和调查主要心血管事件的风险。
总之,未来更大的研究是必要的HRV指标之前可以嵌入到日常临床实践为常规的护理标准。