认识心率变异性(HRV)

本页将 Feelmo 出发点的 HRV(心率变异性) 再深入一层、附上出处地讲解。内容较专业 —— 写给想更深入理解分数含义的人。

心跳与「跳动之间的间隔」

在心电图上,每一次跳动都会出现一个高耸的尖波(R 波)。这个 R 波与下一个 R 波之间的间隔,称为 R-R 间隔(排除心律不齐等之后,正常跳动之间的间隔也称 N-N 间隔)。

「心率(每分钟跳动次数)」表示平均的快慢,而 HRV 表示这个间隔波动了多少。同样是「60 bpm」,有规律刻板跳动的心脏,也有随呼吸伸缩的心脏 —— 一般认为后者的自主神经适应力更高(Task Force, 1996; Shaffer & Ginsberg, 2017)。

图: 心电图的 R 波,以及相邻 R 波之间的间隔(R–R)。间隔的宽度并不恒定、而是不断波动 —— 这就是 HRV。

三个解析领域

HRV 的解析方法大致归为三个「领域」(Task Force, 1996; Shaffer & Ginsberg, 2017)。

1. 时域(time-domain)

将 R-R 间隔的离散程度表示为时间轴上的统计量。

2. 频域(frequency-domain)

将 R-R 间隔的波动分解为频率成分。

• HF(高频, 0.15–0.40 Hz) — 呼吸性波动。主要反映副交感神经活动
• LF(低频, 0.04–0.15 Hz) — 涉及压力感受器反射等。包含交感与副交感两者
• LF/HF 比 — 过去被视为「交感·副交感平衡」,但这一解释已被指出过于简单(Billman, 2013)。Feelmo 不把 LF/HF 当作「平衡本身」

图: 吸气时心跳略快,呼气时略慢(呼吸性窦性心律不齐,RSA)。这种呼吸性波动是 HF 成分的主要来源,反映副交感神经的作用(Berntson et al., 1993)。

3. 非线性(nonlinear)

心跳节律并非简单的周期,而具有分形的、复杂的结构。庞加莱图、熵、DFA(去趋势波动分析)等,作为捕捉调律「质」与复杂性的方法被研究(Shaffer & Ginsberg, 2017)。

测量方法 ― 心电图与光学传感器

• ECG(心电图) — 用电极直接记录心脏电活动的基准方法
• PPG(光电容积脉搏波) — Apple Watch 等所用的方法,以 LED 光捕捉血流的脉搏波。由此得到的脉搏间隔变动,严格来说称为 PRV(脉搏变异性)

在静息时,PRV 与基于心电图的 HRV 高度一致,这已在系统综述中报告(Schäfer & Vagedes, 2013)。而在身体活动或运动时一致性下降,因此更重视静息·睡眠时的数据。

测量的长度与条件

• 标准的短时记录一直被定为 5 分钟(Task Force, 1996)
• 更短的「超短时」记录的有效性因指标而异,RMSSD 即便在较短记录中也相对稳定(Munoz et al., 2015; Laborde et al., 2017)
• 任何指标都会受姿势、呼吸、时段、咖啡因、体动等影响,因此统一测量条件最为重要(Laborde et al., 2017)

Feelmo 如何处理

Feelmo 在这些指标中以 RMSSD 为标准,以外部因素最少的睡眠中数据为中心,与你自己的基线比较来解读。

如何把多个指标整合为 0–100 的调律度 —— 其具体构成与权重是 Lumo Core 的核心,作为商业秘密不予公开。背景科学请并见调律的科学。

References

1. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology. Heart rate variability: standards of measurement, physiological interpretation and clinical use. Circulation. 1996;93(5):1043–1065.
2. Shaffer F, Ginsberg JP. An Overview of Heart Rate Variability Metrics and Norms. Frontiers in Public Health. 2017;5:258.
3. Laborde S, Mosley E, Thayer JF. Heart Rate Variability and Cardiac Vagal Tone in Psychophysiological Research – Recommendations for Experiment Planning, Data Analysis, and Data Reporting. Frontiers in Psychology. 2017;8:213.
4. Billman GE. The LF/HF ratio does not accurately measure cardiac sympatho-vagal balance. Frontiers in Physiology. 2013;4:26.
5. Schäfer A, Vagedes J. How accurate is pulse rate variability as an estimate of heart rate variability? A review on studies comparing photoplethysmographic technology with an electrocardiogram. International Journal of Cardiology. 2013;166(1):15–29.
6. Munoz ML, van Roon A, Riese H, et al. Validity of (Ultra-)Short Recordings for Heart Rate Variability Measurements. PLoS One. 2015;10(9):e0138921.
7. Berntson GG, Cacioppo JT, Quigley KS. Respiratory sinus arrhythmia: autonomic origins, physiological mechanisms, and psychophysiological implications. Psychophysiology. 1993;30(2):183–196.