平行秋千摆动刺激中的心率变异分析
作者：李伟刚 闫晓霞 裴静琛
单位：航天医学工程研究所，北京 100094
关键词：飞行员；摆动实验(身体)；心率变异性；前庭刺激；自主神经系统
航天医学与医学工程990503摘要：目的 观察飞行员在平行秋千摆动前、中、后反映心脏植物神经调节功能的心率变异性(HRV)特点，探讨以此评价线性加速度作用下前庭-植物神经反应性的可能性。方法 记录37名飞行员在秋千摆动前、中、后的连续心电图，进行频谱分析并计算低频成分(LF)和高频成分(HF)之比值。对被试者中LF/HF值在不同摆动阶段变化类型及分布与耐受摆动时间的关系进行初步分析。结果 摆动中的LF明显降低，HF明显增高，LF/HF值明显低于摆动前和摆动后(P<0.01)。结论 (1)平行秋千摆动中迷走神经活动显著增强，反映迷走神经兴奋水平的HF应作为前庭耐力评价的重要指标。(2)平行秋千摆动前、中、后心脏植物神经调节功能具有多样性和复杂性。
, http://www.100md.com
中图分类号：R852.3 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(1999)05-0323-05
Analysis of Heart Rate Variability during Parallel Swinging
LI Wei-gang.YAN Xiao-xia, PEI Jing-chen
Abstract：Objective To study the pilots' heart rate variability (HRV) characteristic before，during and after parallel swing and the possibility of evaluating vestibule-vegetative nervous reaction under linear acceleration. Method 37 healthy male pilots participated in parallel swing test.Dynamic ECG was recorded for 15 min before，during and after swing,using model MR-4500 Holter recorder.All spectra were estimated from 15 min HRV by autoregressive (AR) modeling method,the model order (8～15) was chosen using automatic program.The ratio of lower-frequency(LF) to high-frequency(HF) power of HRV spectrum (LF/HF) was computed.The relation between change of those ratios in different swing stage and swing time was analysed. Result Ratio of LF to HF during swing was markedly lower than those of before and after swing(P<0.01). Conclusion The vagal nervous activity was markedly increased during swing.There were complexity and versatility in the heart automatic nervous regulation before,during and after swing.
, http://www.100md.com
Key words：pilots;sway tests(body);heart rate variability(HRV);vestibular stimuli;autonomic nervous system
Address reprint requests to:LI Wei-gang.Institute of Space Medico-Engineering,Beijing 100094，China
空间运动病在载人航天中的发病率高达40%～70%,它严重影响航天员的工作效率和身心健康，所以，对空间运动病这一特殊生理反应的机理和防护研究一直是航天医学的重要研究课题之一。空间运动病的起因可能是综合性的，而且有明显的个体差异。但鉴于运动病症状与植物神经兴奋反应类似，因而认为前庭-植物神经反应在运动病的起因中有重要作用，并且这已被大量研究所证实。但对于其植物神经反应类型的划分目前尚无定论，不同学者由于实验条件与所用动物的不同，所得的结果也不一样。这必将影响到对前庭耐力的评价及运动病实质和防护的探讨。
, http://www.100md.com
本研究试图以平行秋千诱发运动病，并采用心率变异(Heart Rate Variability,HRV)分析方法，对秋千摆动刺激前庭系统(主要是耳石器)引起的前庭-植物神经反应类型进行探讨。为在前庭功能的选拔和训练中，确定前庭耐力的评价方法及探讨运动病的病因提供客观依据。
方 法
被试者 健康男性飞行员37名，年龄20～35岁，平均(30.1±2.7)岁，飞行时间(270～1800)h,平均(1063.1±340.9)h。
设备 平行秋千(航天医学工程研究所研制)，摆长6 m，摆动夹角45°，频率0.22 Hz，最大线性加速度3.95 m/s2。
英国Oxford MR-4500型磁记录盒及Medilog Excel-2型回放系统。
, http://www.100md.com
方法 被试者在进入秋千前用75%酒精清洁皮肤，佩戴心电磁记录盒，分别在左侧腋前线第5肋及左侧第4肋近胸骨处贴CM5及CM3两导正极。安静记录15 min后，进入秋千，开始摆动。秋千刺激方向与身体X轴平行，出现中度恶心症状时终止秋千摆动。最长摆动持续时间15 min。摆动后继续记录连续心电图15 min。
记录后在Medilog Excel-2型回放系统上回放处理，采用牛津5.3版软件进行自动分析，人工参与编辑R-R间期数据。采用自回归(AR)模型，按AIC准则自动定阶(8～50阶)，进行HRV谱分析。 摆前与摆后分析长度均为15 min,摆中20例为15 min,17例小于15 min，平均(12±4)min。
用频域法分别测算每位受试者摆前、摆中、摆后的HRV。将频谱图分为超低频段(UIF,0.000～0.003 Hz)、极低频段(VLF,0.003～0.040 Hz)、低频段(LF,0.040～0.150 Hz )、高频段 ( HF,0.15～0.40 Hz)。本文只讨论总功率、LF和HF成分的变化，对LF与HF进行标化：LF(或HF)norm=100×LF(或HF)/(总功率-VLF)，并计算LF/HF之比值，求其
±s，用t测验检验不同状态时HRV值之间的差异。
, 百拇医药
结 果
不同摆动阶段的HRV指标、心率的比较 37名飞行员不同摆动阶段的HRV指标、心率值见表1。经检验，摆中的HRV、心率值较摆前和摆后均有显著差异。摆前与摆后的心率与LF有显著差异，其余各指标均无显著差异。
表1 37名飞行员不同摆动阶段HRV值与心率(±s)
Table 1 HRV and heart rate in 37 pilots during different
stages of swing(±s) 时间
(time)
, http://www.100md.com
TP
(ms2)
LFnorm
(nU)
HFnorm
(nU)
LF
(ms2)
HF
(ms2)
LF/HF
心率(次/分)
, http://www.100md.com
(heart rate)
(beat/min)
摆动前(pre-swing)
4696±2126**
55±11**
21±8**
1246±620**
503±339**
3.13±1.72**
84±9**
, 百拇医药
摆动中(during swing)
2907±1578
36±15
42±16
662±440
791±528
1.08±0.79
93±13
摆动后(post swing)
5046±2742**
59±15**
, 百拇医药
20±8**
1616±941△△
513±310**
3.60±1.83**
77±8△△
注：△△P<0.01，与摆动前、中比，**P<0.01，与摆动中比
Note: △△P<0.01，as compared with pre-swing or during swing，**P<0.01，as compared with during swing 37名飞行员中有28名飞行员在秋千摆动中表现出心率加快，5名飞行员心率减慢，4名飞行员摆中与摆前心率相差不超过1次/min。
, 百拇医药
对摆中心率减慢的5名飞行员不同摆动阶段的HRV、心率值进行比较，结果见表2。5名飞行员摆中LF/HF值较摆前、摆后均明显降低，而摆前与摆后LF/HF值无显著差异。摆中心率较摆前显著降低，摆后心率继续下降。摆中与摆后心率差异不显著。
表2 5名飞行员不同摆动阶段HRV值与心率(±s)
Table 2 HRV and heart rate in 5 pilots during different
stage of swing(±s) 时间
(time)
TP
, http://www.100md.com
(ms2)
LFnorm
(nU)
HFnorm
(nU)
LF
(ms2)
HF
(ms2)
LF/HF
心率(次/分)
(heart rate)
, http://www.100md.com
(beat/min)
摆动前(pre-swing)
3344±1760
49±7
23±9*
805±353
482±523*
2.33±0.77*
95±9*
摆动中(during swing)
4100±2313
, 百拇医药
33±18
47±9
887±701
1331±800
0.76±0.49
91±7
摆动后(post swing)
4951±1288△
45±14
26±12*
1200±501△
, 百拇医药
751±519*
2.08±0.98*
82±8△
注：△P<0.05，与摆动前比，*P< 0.05，与摆动中比
Note:△ P<0.05，as compared with pre-swing，*P<0.05，as compared with during swing 对摆中心率升高的28名飞行员不同摆动阶段的HRV、心率值进行比较，结果见表3。28名飞行员摆中的LF/HF值较摆前、摆后均明显降低，而摆前与摆后LF/HF值无显著差异。摆前、摆中、摆后的心率均有显著差异，且摆中心率最高，摆后心率最低。
表3 28名飞行员不同摆动阶段HRV值与心率(±s)
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Table 3 HRV and heart rate in 28 pilots during different
stages of swing (±s) 时间
(time)
TP
(ms2)
LFnorm
(nU)
HFnorm
(nU)
LF
, 百拇医药
(ms2)
HF
(ms2)
LF/HF
心率(次/分)
(heart rate)
(beat/min)
摆动前(pre-swing)
4640±1870**
57±11**
21±8**
, 百拇医药
1284±639**
485±311**
3.32±1.83**
84±8**
摆动中(during swing)
2502±1277
37±16
43±17
579±363
683±449
1.13±0.88
, 百拇医药
95±13
摆动后(post swing)
4878±2659**
61±15**
19±7**
1649±931△△
479±268**
3.82±1.88**
77±8△△
注：△△P<0.01，与摆动前、中比，**P<0.01，与摆动中比
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Note:△△P<0.01，as compared with pre-swing or during swing，**P<0.01，as compared with during swing
不同耐受摆动时间LF/HF变化类型与分布 对37名飞行员不同摆动阶段LF/HF值的变化类型进行分析，发现LF/HF值在摆中较摆前降低的整体中，尚有摆后低于摆中、摆后高于摆中两种类型，而后者占绝大多数。且后者又分为摆前低于摆后、摆前高于摆后两种类型。对37名飞行员LF/HF不同摆动阶段变化类型与不同耐受摆动时间的关系进行分析，结果见表4。
表4 37名飞行员耐受摆动时间与不同摆动阶段LF/HF值变化类型及分布(例数)
Table 4 Different swing tolerance time and different type of LF/HF ratio changes during different stages in 37 pilots(cases) 耐受摆动时间
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(tolerance time)(min)
摆后高于摆中(post swing>during swing)
摆后低于摆中
(post swing
摆前高于摆后
(pre-swing>post swing)
摆前低于摆后
(pre-swing
0～5
3
, 百拇医药 1
5～10
1
5
10～15
1
4
2
15
5
15
讨 论 根据心率变异分析结果探讨前庭-植物神经反应类型 常见心率变异线性分析方法为时域分析和频域分析。时域分析结果变异较大，不够稳定，一般用于长时程心率变异分析。而条件控制严格的频域分析可得到稳定的结果，且定量性好，更能精确地反映迷走神经和交感神经的活动情况[1,2]。本研究心电采样时程短，故用频域法。据目前的了解，HF是由迷走神经介导，同时受呼吸的影响，可作为反映迷走神经张力的指标。而LF反映交感神经张力[3]。LF和HF的标化(normalized)可最大限度地排除总功率对LF和HF数值的影响，因而能更突出地表现植物神经系统两个部分的调控和平衡。LF/HF比值是反映交感和迷走神经张力平衡的指标。
, 百拇医药
关于前庭刺激引起的植物神经反应基本存在两种看法，一种看法认为，人类的前庭迷路感受器受到异常刺激时，引起一系列植物神经功能紊乱症状：恶心、呕吐、流涎、面色苍白、心率加速、脉弱、血压下降乃至眩晕与虚脱。迷路反射对心脏的影响主要是经过前庭内侧核作用到迷走背运动核，结果使迷走神经兴奋[4]。另一种观点认为，前庭刺激引起的植物神经反应多种多样，总的讲是属于一种非特异性反应，是一种适应性反应。实质上是前庭分析器的功能在神经内分泌系统功能上的反映，并分3个时相：(1)应激反应期，此期大量肾上腺素分泌入血液，并引起发热感、动脉血压上升、脉速、面色苍白、出汗等症；(2)防御性反应期，此期肾上腺皮质固醇类物质大量进入血液，并引起头痛、头晕、恶心等症；(3)消耗反应期，表现出类休克样症：皮温下降、血压下降、出冷汗、呕吐、嗜睡等症[5]。总的看来，后种观点倾向于是一种交感-肾上腺兴奋的应激反应。
本研究结果显示，秋千摆动中与摆动前、后相比，低频成分明显降低，高频成分明显增加，LF/HF值显著降低(P<0.01)。而摆动前与摆动后相比，LF/HF值无明显变化，说明在秋千摆动中，即使存在应激，也最终反映出迷走神经兴奋占优势。这也与秋千诱发的恶心、呕吐、眩晕等迷走神经兴奋症状相符[6]。
, 百拇医药
调节心脏功能的前庭—植物神经反应性质的探讨 本实验有非常有趣的结果。根据表1中LF/HF比值的比较分析，摆中飞行员的迷走神经张力增强。而根据心率变化的情况看，摆中心率显著高于摆前和摆后，似乎摆中交感神经兴奋，显然与前者相矛盾。对37名被试者单独分析，有5名被试在摆中心率减慢，与迷走神经兴奋相吻合。4名被试者摆动前中心率无差别。28名被试者摆中心率加快。对这28名被试者单独分析(表3)，结果与表1相似，仍显示出迷走神经兴奋的心率变异性变化。
迷走冲动引起心率减慢是一般熟知的，但在本实验中却表现出在一定条件下所出现的迷走冲动引起心率加速的反常效应 (paradoxical effect)[7]。早在1934年Brown和Eccles曾发现一次短串的迷走神经刺激改变心动周期长短的大小，取决于刺激落在心动周期中的不同时间。也就是说，根据迷走刺激落在心动周期的时相不同，心率也将出现不同的变化。这正与本实验结果相符合。
Levy[8]将心动周期长短的改变分为3个时相：减速相、加速相和第2个减速相。在完整动物迷走传出活动常易集中在心动周期中的某一阶段，故反复性的迷走传出活动的变时效应具有明显的时相依赖性。在一般刺激频率时，每次刺激落在心动周期的不同时相，常引起心脏节律减慢，产生的P-P间隔亦不一致。但在1.4 Hz(相应P-P间隔为715 ms)，1.5 Hz(相应P-P间隔为665 ms)，1.6 Hz(相应P-P间隔为625 ms)阶段，有可能刚好使第2次刺激落在第1次刺激诱发的心脏活动对迷走效应的加速相阶段，因此刺激频率的增加反而使心率加速。由此可见，在迷走神经发放冲动的频率接近心脏本身的自发节律的某个阶段内，心脏起搏细胞的活动周期与迷走神经周期性冲动完全呈1∶1的关系，即这一阶段起搏细胞的活动受迷走活动的同步控制。由此推断，本实验中心率出现加快的个体迷走神经兴奋发放的冲动也是与心脏起搏细胞的活动周期呈1∶1的关系，不同于一般情况下的迷走神经兴奋。这尚需进一步研究。
, 百拇医药
前庭—植物神经反应的多样性及复杂性的初步探讨 对于人类，已知精神因素对前庭—植物神经反应是有明显影响的。而在本实验中，未能排除其影响，尤其是紧张因素的作用。所以对结果的分析应该考虑到因紧张而引起的交感神经兴奋。而该因素的出现应该在摆前或摆中。此外，摆中因前庭刺激而同时出现交感神经兴奋也不能排除。因此认为，除了摆中出现的迷走兴奋外，对摆前、摆中的交感兴奋也应加以注意。
根据结果将LF/HF值变化类型分为摆后高于摆中和摆后低于摆中两类，由表4可见，摆后高于摆中者中又可分为摆前高于摆后10例，摆前低于摆后24例。摆后低于摆中仅2例。对于摆前高于摆后者，我们认为可能有两个因素：摆前因紧张而交感神经兴奋；摆后前庭刺激引起的迷走神经兴奋未完全恢复。对于摆前低于摆后，我们认为主要是摆后迷走神经兴奋已恢复，相对使已存在的交感神经兴奋表现出来，而这种交感神经兴奋可以认为起于摆中，且起因可能有两个：紧张因素所致；前庭刺激引起。对于摆后低于摆中的情况可以认为是前庭刺激引起迷走神经兴奋强烈，在停止摆动后这一反应继续加强所致。而且从表4看出，这两例均未摆够15 min，且已耐受10 min以上的摆动。由此看来，摆中大部分个体(66.7 %)能肯定在前庭刺激引起的迷走神经兴奋的背景下隐含着交感神经的兴奋。
, 百拇医药
目前，前庭耐力的评价以植物神经反应强度作为重要依据。一般认为，前庭耐力好坏与受到前庭刺激时植物神经兴奋水平的高低呈反变关系。在实际以心率变异方法来评价前庭—植物神经反应情况时，往往只注意到反映交感神经兴奋水平的低频成分，而忽视了反映迷走神经兴奋水平的高频成分。通过本研究可以看出，前庭—植物神经反应虽有较大的个体差异，但其中迷走神经的兴奋占有重要的比重。所以当用评价平行秋千摆动刺激中植物神经活动情况来了解被试人员的前庭耐力时，不仅应注意被试交感神经兴奋的水平，而且应将迷走神经兴奋的水平作为重要的评价指标。
参考文献
[1]Rottman J N,Steinman R C,Albrecht P et al.Efficient estimation of the heart period power spectrum suitable for physiologic or pharmacologic studies[J].Am J Cardiol,1990,66(20):1522～1524
, 百拇医药
[2]姚晓宙，陆再英.心率变异分析——一项预测心性猝死的新指标[J].国外医学.心血管疾病分册，1993，20(4)：202
[3]Parati G.Sequential spectral analysis of 24 hour blood pressure and pulse interval in humans[J].Hypertension,1990,16:414
[4]孙廷魁，沈遒球.植物性神经系统基础与临床[M].上海：上海科学技术出版社，1981: 231～232
[5]于立身.前庭功能检查技术[M].北京：人民军医出版社,1994: 18～19
[6]刘贻得，夏警予.高级神经活动的症状与诊断[M].合肥：安徽科学技术出版社，1985: 630～634
[7]张荣宝.植物性神经系统生理与临床[M].北京：人民卫生出版社，1993: 177～178
[8]Levy MN.Neural Regulation of the Heart[J].Ann Rev Physial,1981, 43: 443～453
收稿日期：1998-12-14, 百拇医药
单位：航天医学工程研究所，北京 100094
关键词：飞行员；摆动实验(身体)；心率变异性；前庭刺激；自主神经系统
航天医学与医学工程990503摘要：目的 观察飞行员在平行秋千摆动前、中、后反映心脏植物神经调节功能的心率变异性(HRV)特点，探讨以此评价线性加速度作用下前庭-植物神经反应性的可能性。方法 记录37名飞行员在秋千摆动前、中、后的连续心电图，进行频谱分析并计算低频成分(LF)和高频成分(HF)之比值。对被试者中LF/HF值在不同摆动阶段变化类型及分布与耐受摆动时间的关系进行初步分析。结果 摆动中的LF明显降低，HF明显增高，LF/HF值明显低于摆动前和摆动后(P<0.01)。结论 (1)平行秋千摆动中迷走神经活动显著增强，反映迷走神经兴奋水平的HF应作为前庭耐力评价的重要指标。(2)平行秋千摆动前、中、后心脏植物神经调节功能具有多样性和复杂性。
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中图分类号：R852.3 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(1999)05-0323-05
Analysis of Heart Rate Variability during Parallel Swinging
LI Wei-gang.YAN Xiao-xia, PEI Jing-chen
Abstract：Objective To study the pilots' heart rate variability (HRV) characteristic before，during and after parallel swing and the possibility of evaluating vestibule-vegetative nervous reaction under linear acceleration. Method 37 healthy male pilots participated in parallel swing test.Dynamic ECG was recorded for 15 min before，during and after swing,using model MR-4500 Holter recorder.All spectra were estimated from 15 min HRV by autoregressive (AR) modeling method,the model order (8～15) was chosen using automatic program.The ratio of lower-frequency(LF) to high-frequency(HF) power of HRV spectrum (LF/HF) was computed.The relation between change of those ratios in different swing stage and swing time was analysed. Result Ratio of LF to HF during swing was markedly lower than those of before and after swing(P<0.01). Conclusion The vagal nervous activity was markedly increased during swing.There were complexity and versatility in the heart automatic nervous regulation before,during and after swing.
, http://www.100md.com
Key words：pilots;sway tests(body);heart rate variability(HRV);vestibular stimuli;autonomic nervous system
Address reprint requests to:LI Wei-gang.Institute of Space Medico-Engineering,Beijing 100094，China
空间运动病在载人航天中的发病率高达40%～70%,它严重影响航天员的工作效率和身心健康，所以，对空间运动病这一特殊生理反应的机理和防护研究一直是航天医学的重要研究课题之一。空间运动病的起因可能是综合性的，而且有明显的个体差异。但鉴于运动病症状与植物神经兴奋反应类似，因而认为前庭-植物神经反应在运动病的起因中有重要作用，并且这已被大量研究所证实。但对于其植物神经反应类型的划分目前尚无定论，不同学者由于实验条件与所用动物的不同，所得的结果也不一样。这必将影响到对前庭耐力的评价及运动病实质和防护的探讨。
, http://www.100md.com
本研究试图以平行秋千诱发运动病，并采用心率变异(Heart Rate Variability,HRV)分析方法，对秋千摆动刺激前庭系统(主要是耳石器)引起的前庭-植物神经反应类型进行探讨。为在前庭功能的选拔和训练中，确定前庭耐力的评价方法及探讨运动病的病因提供客观依据。
方 法
被试者 健康男性飞行员37名，年龄20～35岁，平均(30.1±2.7)岁，飞行时间(270～1800)h,平均(1063.1±340.9)h。
设备 平行秋千(航天医学工程研究所研制)，摆长6 m，摆动夹角45°，频率0.22 Hz，最大线性加速度3.95 m/s2。
英国Oxford MR-4500型磁记录盒及Medilog Excel-2型回放系统。
, http://www.100md.com
方法 被试者在进入秋千前用75%酒精清洁皮肤，佩戴心电磁记录盒，分别在左侧腋前线第5肋及左侧第4肋近胸骨处贴CM5及CM3两导正极。安静记录15 min后，进入秋千，开始摆动。秋千刺激方向与身体X轴平行，出现中度恶心症状时终止秋千摆动。最长摆动持续时间15 min。摆动后继续记录连续心电图15 min。
记录后在Medilog Excel-2型回放系统上回放处理，采用牛津5.3版软件进行自动分析，人工参与编辑R-R间期数据。采用自回归(AR)模型，按AIC准则自动定阶(8～50阶)，进行HRV谱分析。 摆前与摆后分析长度均为15 min,摆中20例为15 min,17例小于15 min，平均(12±4)min。
用频域法分别测算每位受试者摆前、摆中、摆后的HRV。将频谱图分为超低频段(UIF,0.000～0.003 Hz)、极低频段(VLF,0.003～0.040 Hz)、低频段(LF,0.040～0.150 Hz )、高频段 ( HF,0.15～0.40 Hz)。本文只讨论总功率、LF和HF成分的变化，对LF与HF进行标化：LF(或HF)norm=100×LF(或HF)/(总功率-VLF)，并计算LF/HF之比值，求其
±s，用t测验检验不同状态时HRV值之间的差异。, 百拇医药
结 果
不同摆动阶段的HRV指标、心率的比较 37名飞行员不同摆动阶段的HRV指标、心率值见表1。经检验，摆中的HRV、心率值较摆前和摆后均有显著差异。摆前与摆后的心率与LF有显著差异，其余各指标均无显著差异。
表1 37名飞行员不同摆动阶段HRV值与心率(
±s)Table 1 HRV and heart rate in 37 pilots during different
stages of swing(
±s) 时间(time)
, http://www.100md.com
TP
(ms2)
LFnorm
(nU)
HFnorm
(nU)
LF
(ms2)
HF
(ms2)
LF/HF
心率(次/分)
, http://www.100md.com
(heart rate)
(beat/min)
摆动前(pre-swing)
4696±2126**
55±11**
21±8**
1246±620**
503±339**
3.13±1.72**
84±9**
, 百拇医药
摆动中(during swing)
2907±1578
36±15
42±16
662±440
791±528
1.08±0.79
93±13
摆动后(post swing)
5046±2742**
59±15**
, 百拇医药
20±8**
1616±941△△
513±310**
3.60±1.83**
77±8△△
注：△△P<0.01，与摆动前、中比，**P<0.01，与摆动中比
Note: △△P<0.01，as compared with pre-swing or during swing，**P<0.01，as compared with during swing 37名飞行员中有28名飞行员在秋千摆动中表现出心率加快，5名飞行员心率减慢，4名飞行员摆中与摆前心率相差不超过1次/min。
, 百拇医药
对摆中心率减慢的5名飞行员不同摆动阶段的HRV、心率值进行比较，结果见表2。5名飞行员摆中LF/HF值较摆前、摆后均明显降低，而摆前与摆后LF/HF值无显著差异。摆中心率较摆前显著降低，摆后心率继续下降。摆中与摆后心率差异不显著。
表2 5名飞行员不同摆动阶段HRV值与心率(
±s)Table 2 HRV and heart rate in 5 pilots during different
stage of swing(
±s) 时间(time)
TP
, http://www.100md.com
(ms2)
LFnorm
(nU)
HFnorm
(nU)
LF
(ms2)
HF
(ms2)
LF/HF
心率(次/分)
(heart rate)
, http://www.100md.com
(beat/min)
摆动前(pre-swing)
3344±1760
49±7
23±9*
805±353
482±523*
2.33±0.77*
95±9*
摆动中(during swing)
4100±2313
, 百拇医药
33±18
47±9
887±701
1331±800
0.76±0.49
91±7
摆动后(post swing)
4951±1288△
45±14
26±12*
1200±501△
, 百拇医药
751±519*
2.08±0.98*
82±8△
注：△P<0.05，与摆动前比，*P< 0.05，与摆动中比
Note:△ P<0.05，as compared with pre-swing，*P<0.05，as compared with during swing 对摆中心率升高的28名飞行员不同摆动阶段的HRV、心率值进行比较，结果见表3。28名飞行员摆中的LF/HF值较摆前、摆后均明显降低，而摆前与摆后LF/HF值无显著差异。摆前、摆中、摆后的心率均有显著差异，且摆中心率最高，摆后心率最低。
表3 28名飞行员不同摆动阶段HRV值与心率(
±s), http://www.100md.com
Table 3 HRV and heart rate in 28 pilots during different
stages of swing (
±s) 时间(time)
TP
(ms2)
LFnorm
(nU)
HFnorm
(nU)
LF
, 百拇医药
(ms2)
HF
(ms2)
LF/HF
心率(次/分)
(heart rate)
(beat/min)
摆动前(pre-swing)
4640±1870**
57±11**
21±8**
, 百拇医药
1284±639**
485±311**
3.32±1.83**
84±8**
摆动中(during swing)
2502±1277
37±16
43±17
579±363
683±449
1.13±0.88
, 百拇医药
95±13
摆动后(post swing)
4878±2659**
61±15**
19±7**
1649±931△△
479±268**
3.82±1.88**
77±8△△
注：△△P<0.01，与摆动前、中比，**P<0.01，与摆动中比
, http://www.100md.com
Note:△△P<0.01，as compared with pre-swing or during swing，**P<0.01，as compared with during swing
不同耐受摆动时间LF/HF变化类型与分布 对37名飞行员不同摆动阶段LF/HF值的变化类型进行分析，发现LF/HF值在摆中较摆前降低的整体中，尚有摆后低于摆中、摆后高于摆中两种类型，而后者占绝大多数。且后者又分为摆前低于摆后、摆前高于摆后两种类型。对37名飞行员LF/HF不同摆动阶段变化类型与不同耐受摆动时间的关系进行分析，结果见表4。
表4 37名飞行员耐受摆动时间与不同摆动阶段LF/HF值变化类型及分布(例数)
Table 4 Different swing tolerance time and different type of LF/HF ratio changes during different stages in 37 pilots(cases) 耐受摆动时间
, http://www.100md.com
(tolerance time)(min)
摆后高于摆中(post swing>during swing)
摆后低于摆中
(post swing
摆前高于摆后
(pre-swing>post swing)
摆前低于摆后
(pre-swing
0～5
3
, 百拇医药 1
5～10
1
5
10～15
1
4
2
15
5
15
讨 论 根据心率变异分析结果探讨前庭-植物神经反应类型 常见心率变异线性分析方法为时域分析和频域分析。时域分析结果变异较大，不够稳定，一般用于长时程心率变异分析。而条件控制严格的频域分析可得到稳定的结果，且定量性好，更能精确地反映迷走神经和交感神经的活动情况[1,2]。本研究心电采样时程短，故用频域法。据目前的了解，HF是由迷走神经介导，同时受呼吸的影响，可作为反映迷走神经张力的指标。而LF反映交感神经张力[3]。LF和HF的标化(normalized)可最大限度地排除总功率对LF和HF数值的影响，因而能更突出地表现植物神经系统两个部分的调控和平衡。LF/HF比值是反映交感和迷走神经张力平衡的指标。
, 百拇医药
关于前庭刺激引起的植物神经反应基本存在两种看法，一种看法认为，人类的前庭迷路感受器受到异常刺激时，引起一系列植物神经功能紊乱症状：恶心、呕吐、流涎、面色苍白、心率加速、脉弱、血压下降乃至眩晕与虚脱。迷路反射对心脏的影响主要是经过前庭内侧核作用到迷走背运动核，结果使迷走神经兴奋[4]。另一种观点认为，前庭刺激引起的植物神经反应多种多样，总的讲是属于一种非特异性反应，是一种适应性反应。实质上是前庭分析器的功能在神经内分泌系统功能上的反映，并分3个时相：(1)应激反应期，此期大量肾上腺素分泌入血液，并引起发热感、动脉血压上升、脉速、面色苍白、出汗等症；(2)防御性反应期，此期肾上腺皮质固醇类物质大量进入血液，并引起头痛、头晕、恶心等症；(3)消耗反应期，表现出类休克样症：皮温下降、血压下降、出冷汗、呕吐、嗜睡等症[5]。总的看来，后种观点倾向于是一种交感-肾上腺兴奋的应激反应。
本研究结果显示，秋千摆动中与摆动前、后相比，低频成分明显降低，高频成分明显增加，LF/HF值显著降低(P<0.01)。而摆动前与摆动后相比，LF/HF值无明显变化，说明在秋千摆动中，即使存在应激，也最终反映出迷走神经兴奋占优势。这也与秋千诱发的恶心、呕吐、眩晕等迷走神经兴奋症状相符[6]。
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调节心脏功能的前庭—植物神经反应性质的探讨 本实验有非常有趣的结果。根据表1中LF/HF比值的比较分析，摆中飞行员的迷走神经张力增强。而根据心率变化的情况看，摆中心率显著高于摆前和摆后，似乎摆中交感神经兴奋，显然与前者相矛盾。对37名被试者单独分析，有5名被试在摆中心率减慢，与迷走神经兴奋相吻合。4名被试者摆动前中心率无差别。28名被试者摆中心率加快。对这28名被试者单独分析(表3)，结果与表1相似，仍显示出迷走神经兴奋的心率变异性变化。
迷走冲动引起心率减慢是一般熟知的，但在本实验中却表现出在一定条件下所出现的迷走冲动引起心率加速的反常效应 (paradoxical effect)[7]。早在1934年Brown和Eccles曾发现一次短串的迷走神经刺激改变心动周期长短的大小，取决于刺激落在心动周期中的不同时间。也就是说，根据迷走刺激落在心动周期的时相不同，心率也将出现不同的变化。这正与本实验结果相符合。
Levy[8]将心动周期长短的改变分为3个时相：减速相、加速相和第2个减速相。在完整动物迷走传出活动常易集中在心动周期中的某一阶段，故反复性的迷走传出活动的变时效应具有明显的时相依赖性。在一般刺激频率时，每次刺激落在心动周期的不同时相，常引起心脏节律减慢，产生的P-P间隔亦不一致。但在1.4 Hz(相应P-P间隔为715 ms)，1.5 Hz(相应P-P间隔为665 ms)，1.6 Hz(相应P-P间隔为625 ms)阶段，有可能刚好使第2次刺激落在第1次刺激诱发的心脏活动对迷走效应的加速相阶段，因此刺激频率的增加反而使心率加速。由此可见，在迷走神经发放冲动的频率接近心脏本身的自发节律的某个阶段内，心脏起搏细胞的活动周期与迷走神经周期性冲动完全呈1∶1的关系，即这一阶段起搏细胞的活动受迷走活动的同步控制。由此推断，本实验中心率出现加快的个体迷走神经兴奋发放的冲动也是与心脏起搏细胞的活动周期呈1∶1的关系，不同于一般情况下的迷走神经兴奋。这尚需进一步研究。
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前庭—植物神经反应的多样性及复杂性的初步探讨 对于人类，已知精神因素对前庭—植物神经反应是有明显影响的。而在本实验中，未能排除其影响，尤其是紧张因素的作用。所以对结果的分析应该考虑到因紧张而引起的交感神经兴奋。而该因素的出现应该在摆前或摆中。此外，摆中因前庭刺激而同时出现交感神经兴奋也不能排除。因此认为，除了摆中出现的迷走兴奋外，对摆前、摆中的交感兴奋也应加以注意。
根据结果将LF/HF值变化类型分为摆后高于摆中和摆后低于摆中两类，由表4可见，摆后高于摆中者中又可分为摆前高于摆后10例，摆前低于摆后24例。摆后低于摆中仅2例。对于摆前高于摆后者，我们认为可能有两个因素：摆前因紧张而交感神经兴奋；摆后前庭刺激引起的迷走神经兴奋未完全恢复。对于摆前低于摆后，我们认为主要是摆后迷走神经兴奋已恢复，相对使已存在的交感神经兴奋表现出来，而这种交感神经兴奋可以认为起于摆中，且起因可能有两个：紧张因素所致；前庭刺激引起。对于摆后低于摆中的情况可以认为是前庭刺激引起迷走神经兴奋强烈，在停止摆动后这一反应继续加强所致。而且从表4看出，这两例均未摆够15 min，且已耐受10 min以上的摆动。由此看来，摆中大部分个体(66.7 %)能肯定在前庭刺激引起的迷走神经兴奋的背景下隐含着交感神经的兴奋。
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目前，前庭耐力的评价以植物神经反应强度作为重要依据。一般认为，前庭耐力好坏与受到前庭刺激时植物神经兴奋水平的高低呈反变关系。在实际以心率变异方法来评价前庭—植物神经反应情况时，往往只注意到反映交感神经兴奋水平的低频成分，而忽视了反映迷走神经兴奋水平的高频成分。通过本研究可以看出，前庭—植物神经反应虽有较大的个体差异，但其中迷走神经的兴奋占有重要的比重。所以当用评价平行秋千摆动刺激中植物神经活动情况来了解被试人员的前庭耐力时，不仅应注意被试交感神经兴奋的水平，而且应将迷走神经兴奋的水平作为重要的评价指标。
参考文献
[1]Rottman J N,Steinman R C,Albrecht P et al.Efficient estimation of the heart period power spectrum suitable for physiologic or pharmacologic studies[J].Am J Cardiol,1990,66(20):1522～1524
, 百拇医药
[2]姚晓宙，陆再英.心率变异分析——一项预测心性猝死的新指标[J].国外医学.心血管疾病分册，1993，20(4)：202
[3]Parati G.Sequential spectral analysis of 24 hour blood pressure and pulse interval in humans[J].Hypertension,1990,16:414
[4]孙廷魁，沈遒球.植物性神经系统基础与临床[M].上海：上海科学技术出版社，1981: 231～232
[5]于立身.前庭功能检查技术[M].北京：人民军医出版社,1994: 18～19
[6]刘贻得，夏警予.高级神经活动的症状与诊断[M].合肥：安徽科学技术出版社，1985: 630～634
[7]张荣宝.植物性神经系统生理与临床[M].北京：人民卫生出版社，1993: 177～178
[8]Levy MN.Neural Regulation of the Heart[J].Ann Rev Physial,1981, 43: 443～453
收稿日期：1998-12-14, 百拇医药