减慢呼吸频率对正常青年人心率变异和血压变异的影响

李长军，赵俭，张佳，常清华，刘仁光，柴文戍，沈仲元

心率变异是相邻窦性心搏RR间期（RRI）的微小差异，是反映交感和副交感神经张力及其平衡的重要指标[1]。血压变异是指一定时间内血压波动的程度，是神经内分泌动态调节综合平衡的结果，是人类血压基本的生理特征之一[2]。2010年在美国心脏病学会年会上Peter阐述了血压变异与心血管事件之间的关系[3]，同一时期《柳叶刀》等杂志发表了多篇与血压变异相关的文章，使其成为年度研究热点[4-5]。呼吸是影响心率变异和血压变异的重要因素[6]。近年来动物实验[7]和临床研究[8]表明，减慢呼吸频率可使心率变异的低频功率（LF）增大，高频功率（HF）减小，与理论不相符合，而减慢呼吸频率对血压变异频谱成分影响尚少见报道。本文通过同步记录观察呼吸、心电、血压波形，分析减慢呼吸频率对心率变异和血压变异频谱成分的影响，并对排除“呼吸峰左移”对频谱分析影响的校正方法（校正减慢呼吸频率对呼吸峰移位的影响）做初步探讨。

1 资料与方法

研究对象：选择2017年5月至2017年10月锦州医科大学经入学体检（肝、肾功能，血脂，血糖，血压，心电图，X线胸片，心肺物理诊断等正常）健康的60例在读硕士研究生（男30例，女30例），平均年龄（26.26±0.79）岁。受试者未服用任何药物，无吸烟，并签署知情同意书。

研究方法：检测时间为9:00～11:00，检查室保持安静，室温20℃～24℃。入选者安放电极于双上肢及左下肢（模拟aVF导联），连接压电式脉搏压换能器（HK-2000E，合肥华科电子技术研究所生产）于桡动脉，腹部连接压电式呼吸换能器（HKH-11C数字呼吸波传感器，合肥华科电子技术研究所生产）。嘱受试者仰卧位静息10 min，在预先录制好的录音带放音指导下进行16次/min、12次/min、8次/min的均匀呼吸调节, 每个均匀呼吸调节单元5 min，单元之间间隔15 min，行自主呼吸。在测试过程中同步记录完整的呼吸、心电、血压数据，血压分析和测量采用收缩压值。

数据收集和分析：

（1）信号采集、处理：用SKY-A4三通道生理记录仪（复旦大学医学院仪器实验厂）同步记录呼吸、心电、血压波形。原始BRS数据文件导入计算机，经数据转换，用Holter对心电信号标记R波顶点，剔除早搏、漏搏及干扰伪差，保存生成AR文件，由BRS＆心率变异2.0打开原始数据文件，导入相应AR文件进行频谱分析。

（2）心率变异、血压变异频谱分析：频谱转换数学模型采用傅立叶变换AR模型法（选取RRI变化平稳段分析，RRI序列长度为256次心搏），心率变异和血压变异频谱成分范围划分[9-10]：LF频段0.04～0.15 Hz，HF 频段 0.15～0.4 Hz。心率变异、血压变异频谱有多个峰，呼吸活动成分体现为“呼吸峰”，波形较窄，振幅较高，在正常呼吸频率时位于HF段，用呼吸峰中心频率描述其相对位置（呼吸峰中心频率=呼吸频率/心率）[7]。

（3）观察指标：①呼吸运动与RRI及血压波动的关系；②减慢呼吸频率对RRI及血压变化的影响；③减慢呼吸频率对呼吸峰移位和心率的影响；④减慢呼吸频率对心率变异、血压变异频谱成分HF、LF及LF/HF的影响。

（4）校正方法：为校正呼吸频率减慢引起呼吸峰移位对心率变异、血压变异频谱分析的影响，参照Aysin等[11-12]提出的校正方法（呼吸峰是心率变异、血压变异频谱分析中HF段的主要成分，采用依呼吸峰中心频率校正HF、LF段，以排除呼吸频率减慢引起呼吸峰移位的影响）校正LF段与HF段的分界线：校正LF为0.04 Hz～（呼吸峰中心频率×0.65）Hz，HF段为（呼吸峰中心频率×0.65）Hz～0.40 Hz。

统计学处理方法：以SPSS16.0统计软件分析。计量资料用均数±标准差表示；比较减慢呼吸频率对呼吸峰移位、心率及频谱各成分影响用单因素重复测量方差分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

呼吸周期和频率对RRI及血压的影响：RRI和血压波动与呼吸呈同步周期性变化（减慢呼吸频率，RRI和血压变化周期性延长）。吸气时RRI逐渐减小，血压逐渐降低；呼气时RRI逐渐增加，血压逐渐增高（图1）。

图1 不同呼吸频率时呼吸、RR间期、血压波形合成图（取256次心搏的前128次心搏）

减慢呼吸频率对RRI及血压波动幅度的影响：在呼吸周期中RRI及血压波动振幅随呼吸频率改变即随呼吸频率减慢，RRI、血压波动振幅增大（图 1）。

减慢呼吸频率对心率及呼吸峰中心频率的影响（表1，图2）：与呼吸频率16次/min相比，8次/min、12次/min心率减慢（P＜0.05）。在各呼吸频率时，心率变异及血压变异的呼吸峰（中心频率）均与呼吸功率谱密度呼吸峰（中心频率）在同一频段。16次/min呼吸峰中心频率（0.1964±0.0248） Hz位于HF段，随呼吸频率减慢，呼吸峰中心频率逐渐左移，12次/min时呼吸峰中心频率[（0.1536±0.0198）Hz，P＜0.05]在高频与低频段的交界处，8次/ min呼吸峰中心频率 [（0.1023±0.0138）Hz, P＜0.05]，在低频段。

常规分析方法呼吸频率对心率变异及血压变异频谱成分的影响（表2）：与呼吸频率16次/min比较，呼吸频率12次/min心率变异的LF、HF增大（P＜0.05），LF/HF 减小（P＜0.05），血压变异的LF、HF增大（P＜0.05）；与呼吸频率16次/min比较，8次/min时心率变异和血压变异的LF、LF/HF增大,HF减小（P均＜0.05）。

表1 60例受试者减慢呼吸频率对心率及呼吸峰中心频率的影响（

表1 60例受试者减慢呼吸频率对心率及呼吸峰中心频率的影响（

注: 呼吸峰中心频率=呼吸频率/心率。与呼吸频率16次/min时比较 *P＜0.05

项目 16次/min 12次/min 8次/min心率(次/min) 82.6670±9.7743 79.3040±9.3877* 79.3270±9.2847*呼吸峰中心频率 (Hz) 0.1964±0.0248 0.1536±0.0198* 0.1023±0.0138*

图2 呼吸频率16次/min、12次/min及8次/min HRV、BPV、呼吸功率谱密度图

表2 常规分析方法呼吸频率对心率变异及血压变异频谱成分的影响（s，n=60）

表2 常规分析方法呼吸频率对心率变异及血压变异频谱成分的影响（s，n=60）

注: LF：低频功率；HF：高频功率。与呼吸频率16次/min时比较 *P＜0.05。1 mmHg=0.133 kPa

呼吸频率 心率变异 (ms2/Hz) 血压变异 (mmHg2/Hz)LF HF LF/HF LF HF LF/HF 16 次 /min 193.49±57.51 954.66±122.38 0.26±0.12 0.04±0.01 0.13±0.03 0.34±0.03 12 次 / min 252.11±64.38* 1 574.06±353.6* 0.20±0.05* 0.05±0.01* 0.17±0.05* 0.36±0.04 8 次 / min 2 410.10±374.7* 631.85±41.86* 4.48±0.25* 0.18±0.07* 0.05±0.01* 3.53±0.48*

校正呼吸峰移位影响后呼吸频率对心率变异及血压变异频谱成分的影响（表3）：与呼吸频率16次/min相比，随着呼吸频率减慢，心率变异和血压变异的HF增大，LF/HF（除外血压变异12次/min）减小，心率变异LF （8次/min）亦减小，差异均有统计学意义（P均 ＜0.05）。

表3 校正呼吸峰移位影响后呼吸频率对心率变异及血压变异频谱成分的影响，n=60）

表3 校正呼吸峰移位影响后呼吸频率对心率变异及血压变异频谱成分的影响，n=60）

注: LF：低频功率；HF：高频功率。与呼吸频率16次/min时比较 *P＜0.05。1 mmHg=0.133 kPa

呼吸频率 心率变异 (ms2/Hz) 血压变异 (mmHg2/Hz)LF HF LF/HF LF HF LF/HF 16 次 / min 193.49±57.51 954.66±122.38 0.26±0.12 0.04±0.01 0.13±0.03 0.24±0.03 12 次 / min 181.66±26.82 1 734.02±134.25* 0.15±0.01* 0.04±0.01 0.21±0.03* 0.26±0.02*8 次 / min 144.35±24.24* 3 127.22±375.22* 0.08±0.01* 0.04±0.01 0.22±0.03* 0.21±0.06*

3 讨论

呼吸对心率、血压的影响：本研究通过同步记录心电、呼吸、血压，观察到呼吸引起RRI周期性变化，即窦性心律不齐；同时也观察到呼吸引起血压周期性变化。呼吸引起的心率变化即呼吸性窦性心律不齐，在频谱分析中位于高频段[7]。呼吸引起血压变化称为呼吸相关性血压变异，也位于高频段[13]。窦性心律不齐机制已被大家熟知，呼吸相关性血压变异可能与呼吸引起心率及胸腔内压周期性变化有关[14]。Akselrod等[15]在狗的实验中证实呼吸对血压变异的影响主要来自心率的周期性变化，为RRI变化的二次效应，可能与心率周期性改变致心输出量和心脏舒张期时间周期性改变引起血压波动有关。同时，呼吸可致胸腔内压周期性改变，影响静脉回流，进而影响心输出量致血压周期性波动。

减慢呼吸频率对心率变异、血压变异的影响：心率变异频谱LF被认为是由交感神经和迷走神经共同介导的心率波动，并与血管的压力感受反射作用相关；HF与迷走神经的传出活动有关，主要受呼吸活动影响[1]。血压变异频谱LF代表较慢的血压波动，为交感神经及压力反射作用的结果，是定量观察交感神经功能的指标；HF代表血压的快速波动，为定量观察迷走神经功能的指标，与呼吸运动有关[16]。本研究结果显示，减慢呼吸频率不仅影响心率变异、血压变异频谱HF成分，同时影响LF成分。与16次/min相比，8次/min时心率变异和血压变异的HF减小，LF、LF/HF增大，与陈洪波等[7]动物实验结果和Brown等[8]的临床观察一致。按常规方法分析，似乎提示减慢呼吸频率可使交感神经兴奋性增强，迷走神经活性降低的结论。这即与理论不符，亦与本试验观察到的“随呼吸频率减慢，心率减慢”的结果矛盾，其原因与呼吸频率减慢引起呼吸峰移位有关。

呼吸对心率变异、血压变异的影响在频谱图上表现为“呼吸峰”，位于HF段。本试验研究证实减慢呼吸频率使呼吸峰左移，呼吸频率8次/min时呼吸峰中心频率为（0.1023±0.0138） Hz，移入LF段，示呼吸峰移入LF段是造成HF减小，LF增大的原因。为校正呼吸频率减慢引起呼吸峰移位对心率变异、血压变异频谱分析的影响，我们参照Aysin等[11-12]提出的校正方法（采用依呼吸峰中心频率校正HF、LF段，以排除呼吸频率减慢引起呼吸峰移位的影响）校正LF段与HF段的划分：校正LF为0.04 Hz～（呼吸峰中心频率×0.65）Hz，HF段为（呼吸峰中心频率×0.65）Hz ～0.40 Hz。校正后显示：与呼吸频率16次/min相比，12次/min和8次/min随呼吸频率减慢，心率变异、血压变异的HF逐渐增加，LF与LF/HF逐渐降低，与频谱成分理论意义相符。本研究提示临床应用心率变异、血压变异评价自主神经功能时，应同步记录呼吸频率，频谱分析时需排除呼吸频率对呼吸峰移位的影响，以免导致错误的结果。Katona等[17]和Alcalay等[18]研究显示呼吸峰能用于定量测量迷走神经活动，本文依呼吸峰是HF的主要成分，采用按呼吸峰位置校正HF段的范围，这种方法可校正由呼吸频率减慢引起呼吸峰左移对心率变异、血压变异频谱分析的影响。但因校正后缩小LF段的范围，可引起LF减小的伪像，在应用时应注意。更理想的校正方法尚需进步探索和实验与临床研究证实。

减慢呼吸频率临床意义：Friesner等[19]研究表明深而慢的呼吸频率能对胸导管拔出术后疼痛的患者起到镇痛作用；Hassett等[20]证实减慢呼吸频率能使纤维肌痛患者骨骼肌疼痛减轻。Chalaye等[21]研究认为慢呼吸频率的镇痛作用与迷走神经兴奋有关。世界卫生组织全球压力相关疾病调查显示压力相关疾病与日俱增，并估计到2020年精神疾病包括压力相关性疾病将成为全球劳动能力丧失的第二大原因。Pramanik等[22]研究证实慢呼吸可缓解压力，与迷走神经兴奋有关。交感神经兴奋、迷走神经张力降低在一些心血管疾病的病理生理过程中起了重要的作用，例如高血压、冠心病、心力衰竭等[23]。本研究证实，减慢呼吸频率能增加迷走神经张力，降低交感神经活性，交感迷走平衡移向迷走神经，提示减慢呼吸频率有望成为高血压和冠心病等心血管疾病防治的绿色方法。