心率变异率怎么测心率变异性：一种潜在的监测围手术期应激反应的数字生物标志物

新闻资讯2026-04-21 10:22:09

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心率变异性：一种潜在的监测围手术期应激反应的数字生物标志物
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方云达    沈丹丽    邓正明    王刚    江志伟 

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南京中医药大学附属医院普外科




引用本文: 方云达,
      沈丹丽,
      邓正明,
      等.
      心率变异性：一种潜在的监测围手术期应激反应的数字生物标志物
      [J]
 . 中华普通外科杂志, 2023, 38(2)
  : 154-157.  
      DOI: 10.3760/cma.j.cn113855-20220602-00367.


在围手术期由于紧张焦虑的负面情绪、手术创伤、术中麻醉、术后疼痛及炎症反应等常导致自主神经（autonomic nervous system，ANS）张力失衡［1］，诱发机体的过度应激反应，从而导致机体的内稳态失衡，使得胃肠功能受抑制、免疫功能下降、器官负荷加剧，严重时可能诱发多器官功能衰竭甚至发生死亡。围手术期患者的病情复杂多变，因此亟需一种能够持续监测、实时反映患者应激状况的生物学标志物，这也是深入发展微创外科和加速康复外科需要关注的重要问题之一。穿戴式数字化心率变异性（heart
rate
variability，HRV）长程监测技术目前已成为心血管系统相关疾病的早期诊断和个体化治疗的实施依据，最新的研究认为HRV可以反映外科围手术期的应激程度［1］，但仍需更多的研究进一步证实。本文通过介绍数字化的HRV参数应用的相关研究进展，探讨HRV作为外科应激反应的一种数字生物学标志物的潜在临床价值。
一、
数字生物标志物的概念
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数字生物标志物是指通过人工智能设备远程监测和收集使用者生理、病理数据作为生理、病理过程或治疗干预的生物学的指标［2］。随着社会经济、科技的发展，使用可追踪健康参数的数字化设备已逐步成为普遍现象，同时数字生物标志物的使用也有从医院、实验室逐步扩大到全社会的趋势。目前大多数临床医师仍普遍认为血液等实验室指标才是最具特征性的生物标志物，但近期大量研究结果表明，相较于血液指标，HRV参数等数字生物标志物在监测术后应激反应等方面更加灵敏、精确［1］。数字生物标记物是可重复、长程监测的，能够更加精准地描述患者的病情特征，更加便于早期诊断、个体化治疗及评估临床疗效。相较于传统生物标志物而言，数字生物标志物具有无创、环保、经济的优势，在提供健康信息的同时还可以减轻医疗成本和社会负担。数字生物标志物是智慧医疗和精准医疗发展的产物，它将引领医疗模式从“治已病”向“治未病”转化。

二、
HRV的概念
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HRV是指相邻RR间期间的微小差异，这种差异受交感神经和副交感神经（ANS）影响，通过计算这种差异得出的HRV参数是公认的用于评估ANS张力的非侵入性方法［3］。HRV参数分析方法分为线性分析法和非线性分析法。
1.线性分析法：线性分析法主要包括频域分析和时域分析。频域分析主要适用于反映患者短时程5min
ANS活动状态，为评价短时程ANS活动状态提供了定量分析工具。主要频域参数包括：低频功率（low
frequency，LF）、高频功率（high
frequency，HF）、低高频功率比（LF/HF）。HF受副交感神经调控，反映其张力大小；而LF受交感神经、副交感神经调控，通常用于反映交感神经兴奋程度；LF/HF反映交感神经与迷走神经张力的平衡状态。
时域分析适用于评价长时程ANS活动状态。主要时域参数有：全部窦性心搏RR间期（简称NN间期）的标准差（standard
deviation of all NN intervals，SDNN）、每5 min节段窦性心搏间期标准差的平均值（standard
deviation of 5 min average normal R-R intervals，SDANN）、相邻RR间期差值的均方根（the
root of the averaged squares of differences between neighboring RR
intervals，RMSSD）和相邻NN间期中相差>50 ms占总心动周期次数的百分比（percentage of difference
between adjacent normal R-R intervals exceeding 50
milliseconds，pNN50）。SDNN、SDANN反映了交感神经、副交感神经的整体调节能力，RMSSD反映副交感神经张力大小，pNN50反映迷走神经张力。
2.非线性分析法：HRV的变化并非线性，线性分析法并不能完全发挥复杂的HRV参数在临床上应用的实力。非线性分析法主要包括：熵、庞加莱散点图等。熵是用于量化R-R间期系列波动的规律性（复杂性）的方法，主要参数包括：样本熵、多尺度熵等。熵值越高代表HRV不规则性越高，复杂性越高，可预测性越低。庞加莱散点图表示笛卡尔平面中的RR区间时间序列，可以定性分析，显示RR区间的复杂程度，主要参数包括：短轴、长轴。短轴表示短时程RR间期离散度，反映了副交感神经调节能力；长轴则描述了长时程心率的总体变异度，反映了心脏交感神经和副交感神经的调节［4］。非线性分析法是HRV发展的未来，能够帮助临床工作者探究机体的奥秘，揭示疾病发展的本质。
3.HRV的数字化设备：采用多导联心电图技术描记HRV的24

h动态心电图具有监测时长有限、获取数据不及时并且限制患者活动等缺陷。数字医疗的发展弥补了这些不足，基于无线传输技术的智能手表、贴片等消费级穿戴设备使用光电容积描记术或单导联心电图技术，在提高了舒适性的同时极大地丰富了应用场景，并且保证了测量准确性［5］。数字化使得HRV从原本停留在白纸上的数字变为智能设备里的可转换为数字和图像的二进制符号，不仅方便了患者对于测量结果的实时了解，还方便了医务人员对数据的统计与分析，极大地降低了社会成本。

三、
HRV应用于监测外科应激反应的研究进展
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围手术期患者处于ANS张力极度升高的急性应激期，产生“fight or
flight”（战与逃）的应激反应，机体分解代谢升高，导致内稳态失调。短期内适当的应激反应可支撑机体应对手术创伤，过度的高分解代谢和应激反应则会增加临床并发症的发病率、延缓患者术后康复、增加术后死亡的风险。因此，在围手术期监测应激反应程度、及早干预过度的应激反应是非常重要的管理任务。目前临床上都是依靠传统的生物标志物，如：血清C反应蛋白、血浆皮质醇等评估围手术期应激反应。但最近的研究表明，炎症标志物并不能完全准确地反映术后应激反应，HRV参数反而可能更灵敏地反映术后应激反应［1］。
1. HRV应用于围手术期患者心理压力的监测：据统计，有11%~80%的外科患者出于对手术、麻醉等的畏惧而产生不同程度的焦虑抑郁情绪［6］。过高的心理压力会诱发血压升高、痛觉敏化、胃肠功能障碍、睡眠障碍等围手术期应激反应，而这些并发症的产生又会进一步加重患者的焦虑，形成一个恶性循环。现在对于围手术期患者的心理压力监测还缺乏客观的评估工具，主要依靠量表评分，但其缺点是不同的量表得出的结果可能具有不一致性［7］。张震等［8］通过对443例失眠患者研究发现，与非焦虑组相比，焦虑组患者的LF以及LF/HF升高（P<0.05）。在另一项监测64例口腔外科患者围手术期焦虑状态的研究中发现，应用HF、LF/HF作为焦虑程度的指标取得了与主观评估一致的结果［9］。初步的研究表明了HRV参数作为实时评估手术患者心理压力的客观指标及数字生物标志物的巨大潜力。
2. HRV应用于术后生命体征的监测：血压是围手术期需重点关注的生命体征之一，围手术期血压异常与手术预后不佳、心血管系统并发症风险增加密切相关。Chen等［10］研究表明交感神经活动张力是血压调节的潜在关键因素，并使用LF/HF作为无袖带血压监测模型的主要检测指标。Julario等［11］使用24 h心电图对不同程度的高血压患者进行HRV分析后发现，血压控制不佳者的SDNN、SDANN、VLF、LF和HF均显著降低（均P<0.05）；多元回归分析发现SDNN、SDANN、RMSSD和HF是血压控制不佳的独立危险因素。以上研究结果表明HRV参数可用于围手术期血压监测。

疼痛被称为围手术期第五大生命体征，良好的疼痛管理能减少手术并发症的产生及其严重程度［12］，是促进手术后快速康复的基础。目前，术后疼痛评估主要依靠主观疼痛评分如视觉模拟评分法、数字评价量表，但是这些疼痛的评估方法还不够精确、客观，同时也增大了医务人员的负担。HF可反映疼痛-镇痛之间平衡，帮助医务人员及时调整麻醉、镇痛方案，减少阿片类药物的使用，从而降低相关并发症的发生率［13］。

3.

HRV应用于术后炎症反应的监测：外科手术创伤常常会引起机体的炎症反应，控制不佳者可能导致切口感染、全身炎症反应综合征甚至是多器官功能障碍综合征。迷走神经可以通过胆碱能抗炎途径抑制促炎细胞因子释放的核心，是控制炎症的“第一道防线”。研究表明，HF和SDNN均与血清白细胞介素-6、C反应蛋白、白细胞等炎症标志物呈负相关［14］。因此，对术后患者的HRV参数进行监测和阈值设置，不仅可以持续地实时监测炎症反应，还减少了术后抽血的创伤，增加患者的就医满意度。

4. HRV应用于围手术期胃肠功能的监测：术后肠麻痹在腹部手术后的发生率约为3%~32%［15］，减少和避免术后肠麻痹的发生一直是外科研究的重点之一。副交感神经广泛分布于消化道，通过神经效应器连接处的乙酰胆碱增加肠道运动。Zhang等［16］对42例消化道恶性肿瘤手术患者的内关穴和足三里穴术后1~3 d经皮穴位电刺激发现，HF与术后恢复饮食呈负相关（r=-0.407，P<0.01），血清去甲肾上腺素与恢复饮食时间（r=0.479，P<0.01）和排气时间（r=0.391，P<0.01）呈正相关，提示迷走神经张力升高和交感神经神经张力下降可促进胃肠道功能的恢复，同时发现术后第4天的HF<0.45 Hz是术后首次通便时间>96 h的独立危险因素（P<0.01）。综上，HRV参数通过监测ANS张力能够帮助评估术后胃肠道功能的恢复状况。
5. HRV应用于术后睡眠障碍的监测：术后睡眠障碍是围手术期常见的并发症，导致患者术后康复减慢、并发症风险增加。睡眠障碍的出现与ANS失调相关［17, 18］，麻醉、手术创伤导致的应激抑制了ANS活动，导致LF、HF、LF/HF、pNN50等参数均显著下降［1，3］，这表明ANS失调可能是术后睡眠障碍产生的机制之一。在一项使用多导睡眠监测仪监测258名受试者的睡眠和睡眠中HRV的研究中发现，发生睡眠障碍期间的SDNN index、LF/HF较其余时间升高，表明睡眠障碍与交感神经兴奋相关［19］。并且与分析睡眠的金指标多导睡眠监测仪相比，HRV参数应用于睡眠四期分期的准确率达到72%，应用于睡眠五期分期的准确率为66%［20］，表明HRV参数可以作为围手术期睡眠监测的潜在指标。
6.HRV与围手术期ANS张力的监测：ANS在应激反应中发挥着重要作用，可以维持内稳态平衡，维持机体基本功能。ANS功能障碍可导致外科患者在围手术期病情复杂化，并发症发生率和死亡率升高。本中心对45例行机器人辅助根治性胃切除术胃癌患者的围手术期HRV监测后研究发现，手术过程中VLF、LF、HF、LF/HF、pNN50等参数均显著降低，表明手术会损伤ANS功能；与术前相比，LF/HF、SDNN和SDANN在术后均显著降低，表明了围手术期存在交感神经、副交感神经张力失衡；同时还发现这些采用加速康复外科理念管理的患者术后HF、pNN50参数水平与术前相比无明显变化，表明手术对迷走神经张力没有显著影响［1］，这与传统认知相违背，可能是加速康复外科的功劳。因此，应用数字化HRV可以实时、客观监测围手术期ANS张力，反映ANS对内外刺激的调节和反应，帮助外科医师探寻减少手术对ANS损伤的方法。
四、
小结及展望
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围手术期应激反应的监测和控制一直是外科学研究的重要内容，符合加速康复外科的核心理念，但目前还缺乏客观的生物标志物或评估手段来监测应激反应。由于缺乏足够强大的实时计算能力，目前的HRV数据分析仍以线性分析为主，这限制了对HRV临床潜力更深层次的挖掘。伴随着人工智能、5G技术的发展，使得基于远程遥测技术的HRV作为监测ANS张力的数字生物标志物能够实时监测外科围手术期应激反应、并发症，成为判断手术预后的风向标。在未来，实验室检查、影像资料及调查问卷等将不再作为围手术期评估病情的不可或缺的指标，HRV将作为另一种重要的临床数字生物学标志物用于评估手术风险、指导术中麻醉用药、预测术后并发症的发生、评价术后患者的康复情况。

参考文献

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