孙艺晏周建华
医院麻醉科，上海
国际麻醉学与复苏杂志,,41(01):-
DOI：10./cma.j.cn-?
REVIEWARTICLES
Babloyantz和Destexhe于年发现心脏跳动节拍间隔中存在变异性，并且此变异性存在一定规律。年，有学者通过定量描述ECG中R?R间期逐次心搏的变化对该变异性进行进一步量化和解释。心率变异性（heartratevariability,HRV）指连续心脏搏动瞬时心率（即R?R间期）的微小涨落现象。大量研究表明，通过对HRV定量分析，可反映心脏迷走神经和交感神经调节的均衡性及紧张性，反映自主神经系统调节功能，在临床麻醉深度监测方面有重要意义。
1HRV的分析方法
HRV分析方法分为线性分析法和非线性分析法。
1.1 线性分析法
线性分析法具有直接、简单、结论易统一的特点。线性分析法可分为时域分析法、频域分析法和时频分析法。
1.1.1 时域分析法
HRV的时域分析法是最早采用、最简单的分析方法，包括统计法和几何图形法。通过可测量的定量方法对R?R间期或其间的差值进行描述，其描述参数见表1。
在表1所示指标中，反映交感神经紧张性的指标为总体标准差（standarddeviationofallNNintervals,SDNN）、均值标准差、SDNN指数，反映迷走神经紧张性的指标为差值均方的平方根（rootmeansquareofdifferencebetweenadjacentNNintervals,RMSSD）和相邻R?R间期差值50ms的个数所占百分比（percentofthenumberwhosedifferencebetweenadjacentNNintervalaremorethan50ms,pNN50）。
1.1.2 频域分析法
频域分析法是将瞬时心率或R?R间期信号分解成多种能量的频域成分，通过绘制瞬时心率变化趋势图，探究频谱与瞬时心率变化间的对应关系，进而评估心脏交感神经和迷走神经的活动水平。频域分析法目前临床上应用较多，Akselrod等利用频域分析法分析了不同频段与自主神经活性的对应关系，提出低频段与交感神经紧张性有关、高频段与副交感神经紧张性有关的观点。这为后来对于HRV与自主神经活性之间关系的研究奠定了基础。
频域分析法分为长程分析与短程分析。短程分析可反映受检者固有自主神经紧张性，而长程分析结果反映的是自主神经活动的综合情况。HRV频域分析法的常用参数总结见表2。
年，欧洲心脏病学会发现，长期记录（24h）时，时域和频域各种变量呈高度相关性。长期记录中时域和频域测量之间的近似相关性详见表3。
在HRV频域参数中，高频谱受交感神经和迷走神经活动共同影响，可反映和呼吸相关的心脏迷走神经的活动；低频谱与交感神经活动有关，可表示与血管紧张性相关的心脏交感神经活动或交感神经和迷走神经的共同活动；总功率（totalpower,TP）和与其有近似相关性的SDNN、HRV三角指数、NN间隔内的三角插值（trigonometricinterpolationinNNinterval,TINN）可表示自主神经的功能状态；低频功率（lowfrequency,LF）可反映交感神经的调节作用；高频功率（highfrequency,HF）和与其有相关近似性的RMSSD、连续差异的标准差（standarddeviationofsequencedifference,SDSD）、pNN50、差异指数、对数指数可反映心脏迷走神经活性；LF/HF可反映交感神经和迷走神经之间的平衡程度。
1.1.3 时频分析法
时频分析法是近十余年来兴起的HRV分析法，具有可以照顾到信号的非平稳性和辅助分析信号分形特性的优点。
1.2 非线性分析法
非线性分析法能够定量地描述复杂的动力系统，其分析方法有近似熵、分形维数分析法、复杂度分析法、基本尺度熵、散点图分析法等。目前用复杂性分析法来分析HRV越来越受到重视，但非线性分析方法在临床中应用有限，尚处于理论研究阶段。
此外，年由Bauer和Schmidt提出的窦性心率震荡检测也被用于心率变异分析。此外，心率减速力测定和三维HRV检测技术的应用愈加广泛。三维HRV检测技术在HRV分析方法最新进展中具有里程碑意义。
2HRV用于评估麻醉深度的理论依据
HRV对于临床麻醉深度的监测来源于对自主神经系统紧张性的评估。上文已指出，HRV中频域分析和时域分析中众多参数可以评估自主神经系统的活动情况。
自主神经系统也称植物神经系统，分为交感神经和副交感神经。前者主要对环境变化做出应急性反应，后者调节内脏功能起到积蓄能量的作用，二者共同维持机体内环境稳态，调节脏器功能。
麻醉深度的标准定义尚未达成统一。目前认为，全身麻醉在术中应起到镇静、镇痛、肌肉松弛、抑制交感内分泌反射的作用。从镇静到麻醉的变化被视为一种连续的过程，过去常用经典乙醚麻醉分期进行麻醉管理，即将麻醉深度分为第一期（镇痛期）、第二期（兴奋期）、第三期（手术麻醉期）、第四期（延髓麻痹期）。
HRV的研究始于呼吸性窦性心律不齐（respiratorysinusarrhythmia,RSA），即呼气时由于迷走神经的紧张性增强，心率减慢，反之吸气时心率加快，也因呼吸时胸腔内负压变化影响回心血量,影响心血管反射从而使自主神经的紧张性发生改变。这一理论是由Samaan和McGrady在年提出的，他们在动物实验中对动物使用乙醚及氟醚进行麻醉诱导后，发现了RSA减弱的现象，并因此提出可以通过RSA对麻醉深度进行定量描述的理论。由于食管下段的平滑肌主要受迷走神经的支配，早在年，有学者发现食管下段收缩性随着麻醉深度加深而减弱甚至消失，在麻醉深度减浅时增强，并且发现食管下段收缩水平与手术刺激呈正相关，因而提出可以通过测定食管下段收缩性来监测麻醉深度。以上研究均印证了自主神经系统的均衡性与麻醉深度水平具有相关性。
因此，使用HRV对术中自主神经系统进行连续、定量的监测，进而评估自主神经系统紧张性并对其进行及时有效的调整，对围手术期维持自主神经平衡及麻醉深度的判断及调控有重要临床意义。
3临床麻醉深度监测方法及其优劣
临床麻醉中，麻醉医师通常以呼吸、心血管系统、眼征、皮肤、消化道体征、骨骼肌体征等临床体征判断麻醉深度。但仅凭临床体征评价麻醉深度的效果缺乏可靠性，需要凭借其他麻醉深度监测手段来评估麻醉效果，这能够使患者伤害性刺激反应达最低状态，增强麻醉效果，减少麻醉用药剂量，增加麻醉安全性。
临床中常用药物MAC指导调节麻醉深度，可根据吸入麻醉药MAC切皮或MAC插管等指导调整术中吸入麻醉药的浓度。但吸入麻醉药的量易受多种因素影响，且MAC值只能用于吸入麻醉药作用强度的判断，不应单独用于复合麻醉，须合用其他麻醉深度监测方法。
BIS可反映大脑皮质意识水平，是监测镇静深度的良好指标。而麻醉抑制手术对机体产生伤害性刺激的作用主要发生在皮质下中枢，与BIS所能监测到的意识状态关系不大。且脑电频谱变化个体差异较大、易受肌电等其他生物电信号干扰。
听觉诱发电位指数在诱导期和苏醒期的数值变化反应灵敏、实时、准确，但其对使用环境要求高，抗外界干扰的能力较差，且要求患者听力正常，不适用于听觉障碍患者。
熵指数可以用于额肌电信号的监测，以反映伤害性刺激程度。反应熵可用来表示镇静水平，反应熵与状态熵的差值可用来表示镇痛水平。熵指数的优点为反应迅速，能预测体动反应，反映镇痛深度，抗干扰能力强，能有效降低术中知晓的发生率。但该方法监测耗材昂贵，记录数值中易产生“蝴蝶效应”而易存在偏差，患者的个体差异（如年龄、体温、酸碱平衡紊乱、脑缺血、低血糖等）也会对脑电信号产生影响。
Notrend麻醉深度监测仪是一种以脑电分析为基础的新型监测仪器，可用于麻醉深度和镇静水平的判断。Notrend麻醉深度监测仪能够监测清醒、麻醉、苏醒期的意识变化，且在苏醒期监测上更占优势。但研究表明，在使用肌松剂时，Notrend麻醉深度监测仪的结果则不可靠，并且不能准确评估麻醉镇痛效果。
目前尚没有一种理想的麻醉深度监测方法，相较于以上几种麻醉深度监测方法，HRV反映的是交感神经?肾上腺髓质系统的兴奋性，可反映机体应激反应水平，可以视为描述机体伤害性刺激的良好指标。有学者在BIS和HRV同步监测下观察了丙泊酚靶控输注静脉麻醉时的临床效果，发现联合应用BIS和HRV两种方法监测麻醉深度，既可反映全身麻醉患者中枢神经的抑制程度，又可反映自主神经系统对伤害刺激的反应性，使麻醉深度监测更加有效、合理。HRV中的非线性分析方法能够描述复杂的动力系统，受生物电信号干扰较BIS小。HRV能够定量描述自主神经系统的稳定性，其动态变化可直接反映镇痛水平，这使得HRV在麻醉深度监测的应用中具有突出的研究价值。
4麻醉药物与HRV的关系
4.1 咪达唑仑与HRV
咪达唑仑属苯二氮
类镇静药，有抗焦虑、镇静、催眠、顺行性遗忘的作用。有研究显示，增加该药物剂量，患者镇静深度随之加深，HRV的TP和LF值分别降低了73%和55%，而HF只降低了34%；LF/HF下降，这说明咪达唑仑对患者交感神经抑制作用显著，而使迷走神经逐渐占优势。另外，咪达唑仑在HRV受抑制之前有一段升高过程，说明其有一过性兴奋现象。有研究观察了40例全身麻醉手术患者在静脉注射0.1mg/kg咪达唑仑后HRV的变化，结果LF及HF较基础值略有降低，但LF/HF几乎不变，说明0.1mg/kg的咪达唑仑对自主神经紧张性抑制程度小，血流动力尚属稳定。
4.2 丙泊酚与HRV
丙泊酚常用于麻醉诱导与维持、机械通气患者的镇静及人工流产等门诊手术。丙泊酚可降低交感、迷走神经的紧张性，且对交感神经的抑制更加明显。有实验对15例择期全身麻醉手术患者静注丙泊酚2mg/kg后，观察其HRV指标的变化，并与依托咪酯、咪达唑仑对比，结果丙泊酚对LF、HF、TP的抑制较为平稳，LF/HF显著升高，但并未发现HRV受抑制之前有升高现象，说明无起效前的兴奋状态。聂丽霞和刘保江对40例全身麻醉患者采用丙泊酚全凭静脉麻醉的研究结论为：丙泊酚用于全身麻醉诱导时，机体的应激反应小，交感神经张力的抑制明显，诱导过程生命体征更为平稳。
4.3 右美托咪定与HRV
右美托咪定作为一种α2肾上腺素受体激动剂，具有抗焦虑、镇静、镇痛、预防术后躁动等作用。有学者研究了小剂量右美托咪定对腹腔镜直肠癌根治术患者HRV的影响，数据表明患者术中LF、HF、LF/HF的数值较对照组明显降低，说明小剂量右美托咪定可以维持患者交感/迷走神经平衡，对患者神经系统有保护作用，降低术中对伤害性刺激的应激反应。
4.4 芬太尼及其衍生物与HRV
芬太尼及其衍生物作为新型阿片类镇痛药目前广泛应用于临床，在治疗癌痛、术中麻醉及术后镇痛方面有着难以取代的地位。
4.4.1 芬太尼与HRV
芬太尼可用于术中、术后及中晚期癌痛患者的镇痛。有研究将30例行下腹部手术的全身麻醉患者分成3组，分别注射芬太尼3μg/kg（Ⅰ组）、5μg/kg（Ⅱ组）、7μg/kg（Ⅲ组），结果显示诱导后3组LF、HF均下降，Ⅱ组、Ⅲ组LF、LF/HF值明显低于Ⅰ组，这证明了5μg/kg芬太尼能有效抑制气管插管所致的应激反应，使心血管反应趋于平稳，也证明了HRV用于评估患者术中伤害性刺激程度的可行性。有文献报道在使用芬太尼后LF、LF/HF降低，HF上升，以LF降低较为明显。但临床剂量的芬太尼尚能维持血流动力学稳定性，且对于HRV的影响多为一过性。
4.4.2 舒芬太尼与HRV
舒芬太尼作为强效麻醉镇痛药，主要作用于μ阿片受体，其镇痛作用强度为芬太尼的5~10倍，且起效快、作用时间长。有研究选取了80例开胸手术患者随机分为两组，比较术后镇痛使用芬太尼或舒芬太尼对HRV的影响，以评价舒芬太尼对患者术后自主神经稳定性的影响。术后2h时芬太尼组LF、HF、TF、LF/HF均降低，4、8h时LF、LF/HF升高；而舒芬太尼组2h时LF、HF、TF、LF/HF均降低，4、8h时LF、TF均较初始数值低。该研究证明等效的舒芬太尼和芬太尼均能抑制伤害性刺激所引起的应激反应，也均能降低自主神经活性（因所监测的HRV各项指标均降低），且表现为LF降低更明显（说明此时交感神经受抑制，自主神经系统的平衡性倾向于迷走神经）。故使用舒芬太尼镇痛较芬太尼而言对心血管系统影响轻微，抑制压力感受器的敏感性，更能保持交感、迷走神经均衡性。
4.4.3 瑞芬太尼与HRV
瑞芬太尼是一种起效快、作用时间短、复苏快、无蓄积作用的超短效阿片类镇痛药。有人研究了瑞芬太尼在小儿全身麻醉中对HRV的影响，发现诱导后、置入喉罩、切皮、手术结束、拔出喉罩后HRV的所有指标均下降，置入喉罩及切皮时LF/HF、心率没有升高，且通过术中氧饱和度的变化也可看出瑞芬太尼的呼吸抑制作用不明显。这不仅体现了瑞芬太尼的强镇痛作用，说明其可以保持术中血流动力学平稳，减小伤害性刺激的应激反应，也显示了HRV可以用于术中对于麻醉深度分析的可行性。
4.5 肌松药物与HRV
目前关于肌松药对HRV影响的文献较少，但肌松药对心脏自主神经的影响我们同样可应用HRV进行探究。有研究用HRV观察大鼠使用阿曲库铵和顺式阿曲库铵后心脏自主神经功能的变化，发现在使用大剂量阿曲库铵（3倍95%有效药物剂量）后交感神经紧张性增强，迷走神经紧张性减低，心脏神经功能的平衡被破坏。这一变化可能与快速输注大剂量阿曲库铵引起组胺释放有关。顺式阿曲库铵不引起组胺释放，结果显示对心脏迷走神经没有明显抑制作用。而临床中使用肌松药的同时常复合使用其他麻醉药，此时对HRV的影响则需进一步探讨。
4.6 吸入麻醉药与HRV
4.6.1 七氟醚与HRV
有研究表明使用七氟醚能使HF、LF均下降，而LF/HF不变，说明七氟醚降低了交感、副交感神经活性，而对交感和副交感神经的均衡性影响不大。Tanaka和Nishikawa研究吸入七氟醚浓度在0.7%、1.4%和2.0%时HRV的变化，结果显示HRV各项指标数值的下降程度呈剂量相关性。总体而言七氟醚对于心脏副交感系统的影响较小，有助于维持自主神经的平衡性和围手术期血流动力学的稳定。
4.6.2 异氟醚与HRV
异氟醚与恩氟醚对于HRV的影响类似，异氟醚可使LF在麻醉诱导后显著降低而切皮时升高，HF在诱导及切皮时无显著变化，麻醉维持时二者均明显下降，而LF/HF在整个麻醉过程中变化不大。说明异氟醚可使交感、副交感神经的活性明显降低，而对自主神经平衡性影响不明显。有研究也证实了同样的观点，表示异氟醚可使自主神经系统活性总体降低，并提出异氟醚对自主神经系统活动性的影响具有剂量相关性。
4.6.3 地氟醚与HRV
地氟醚具有脂溶性低、麻醉苏醒迅速的特点。有学者研究了使用HRV探究地氟醚复合麻醉时对自主神经系统的影响，记录了MAC值分别在0.5、1.0、1.5、2.0时的HRV数值，结果表明低浓度时LF明显升高，随着浓度的提高LF、HF呈下降趋势，而LF/HF无明显变化；这说明地氟醚对自主神经活性有抑制作用，但其对交感神经与副交感神经的平衡性影响不大。
5小结
综上所述，HRV可以通过线性分析法和非线性分析法定量、动态地评价心脏迷走神经和交感神经调节的均衡性及紧张性，反映自主神经系统的调节功能。临床麻醉中，HRV可以对临床麻醉药对于心脏自主神经的影响进行监测，从而反映麻醉药物的效果及对患者病理生理的影响，用于指导用药、评价药物效果，便于通过HRV指标的变化调节麻醉深度。
相较于其他麻醉深度监测方法，HRV有无创、无痛、经济效益高、操作简单等优点，且HRV反映的是皮质下中枢的活动，与BIS等反映大脑皮质活动性不同，其更倾向于对于自主神经功能的监测，描述了机体对伤害性刺激的反应性。故有学者更支持将BIS与HRV两种监测方法相结合，这对麻醉深度的监测将会更全面。
HRV作为一种较新的麻醉深度监测方法，其在临床上应用并不普及的原因主要有以下两点：首先，HRV监测数据会受多种麻醉药物的影响，进而影响麻醉医师对麻醉深度的判断；其次，分析HRV监测数据需要有特殊的软件，目前的分析软件不能做到实时分析。
现今，在手术室及ICU中，ECG监测已作为一项常规监测项目。心率变异系数可由ECG信号处理后得出，若能在心电监护的同时反映自主神经系统紧张性，这对于麻醉医师的临床麻醉工作将大有裨益。期待在不久的将来，HRV能作为一种经济、方便、监测效果确切且全面的监测方法广泛应用于临床，为临床麻醉提供更好的安全保障。
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