摘要目前，随着心血管疾病日益增多，国外有少 量研究者开始分析心室复极化时程变异(Repolarization duration variability, RDV)，某 些心脏疾病会在心室复极化时程变异上会有所表现。我们用乌拉坦麻醉大白鼠，研究用阿托 品阻断迷走神经前后，RDV的变化规律。通过正常人体位变化来改变人体自主神经系 统的平衡状态，以研究心室复极化时程与自主神经系统的关系。发现大白鼠的HRV和RDV 的谱分析的峰值频率都受到吸呼频率的调制。阻断迷走神经后，HRV和RDV的HF_nu都显 著减小，LF/HF都显著增加。人体倾斜时，HRV和RDV的LF/HF显著高于平躺时，这与体位变化 时自主神经系统的变化是一致的。从动物实验和人体实验结果看到心室复极化时程受 到自主神经系统的影响。随着心室复极化时程变异研究的不断深入，将使评价心脏疾病和功 能的无创性方法更趋 完善，必将在临床上发挥更大的作用。

A Study of the Relation Between Ventricular Repolarization

Dura tion and Autonomic Nervous System

Pan JiapuZhu YujiePan Cuiqin

(Department of Biomedical Engineering,Shanghai Second Medical Universit y, Shanghai200025)

AbstractCardiovascular disease is a growing problem recen tly. There has been a few attention in the study of ventricular repolarization d uration variability. RDV is associated with some cardiac diseases. We studied va gal blockade effects on RDV in urethane-anesthetized rats. To study the relatio n between ventricular repolarization duration and autonomic nervous system in s ubjects, we changed the balance of autonomic nervous system by body posture. The HRV and RDV spectral analysis showed that HF peak was modulated by the frequenc y of controlled respiration. We also found a significant decrease in HF_nu and increase in LF/HF in HRV and RDV during vagal blockade. There is a signific ant increase of LF/HF of subjects in HRV and RDV from supine to tilt, which is consistent with the state of autonomic nervous system. The result of our study i s that the ventricular repolarization duration is dependent on the autonomic ner v ous system. The RDV analysis will be more helpful in the clinic. This approach will provide a more useful noninvasive evaluation of cardiac disease and functio n.

Key wordsVentricular repolarization duration variability Autonomic nervous systemRat experiment AtropineBody posture

1引言

目前，心血管疾病日益增多，近年来我国急性心肌梗塞的发病有明显的增加，急性期死亡的 病例中60%为心源性猝死。幸存者中约10%死于出院后第一年，此后每年5%死于该病，大部分 为猝死。因此如何识别可能猝死的高危人群是急需解决的一大难题。许多研究者致力于从心电信号中提取能早期诊断、监护及预后评估的有价值的信息研究 。

在体表心电图中，QT间期是指QRS波起点和T波终点之间的间隔时间，与心室肌细胞动作电位 的除极和复极过程相对应。QT间期作为反映心室除极和复极时间的重要的电生理参数，越来 越受到国内外医学界的普遍关注。

早就有人利用静态QT间期来帮助诊断疾病。近年来，用QT间期在空间上的变异即QT离散度(Q T dispersion, QTd)来研究与疾病的关系成为热点，它只需在心电图纸带上人工测量几个心 动周期的QT间期即可，较早应用于临床。随着计算机技术和数字信号处理技术的发展，心率 变异(HRV)作为检测自主神经功能平衡状态的无创性能指标，日益受到重视。与大量研究HRV 相对照，国外有少量的研究者开始分析心室复极化时程变异。从心肌电活动理论和许多试验 结果表明，正常人RDV的频域分析结果与HRV的分析结果相一致^［1～4］。当心 脏有疾病时，心肌复极化将会发生变化^{［3，5～8］}。某些心脏疾病在心室复 极化时程变异上会有所表现，它为我们检测和诊断心脏疾病提供了很好的分析手段。

我们建立了一套心室复极化时程变异的分析方法。我们用乌拉坦麻醉大白鼠研究用阿托品阻 断迷走神经前后，RDV的变化规律，我们还通过正常人体位变化来改变人体自主神经系统的 平衡状态，以研究心室复极化时程与自主神经系统的关系，为进一步深入研究心室复极化时 程变异的生理机制和临床应用打下基础。

2方法

2.1实验条件

大白鼠实验：取9只体重298±23 g的SD大白鼠，雌雄不限。由于乌拉坦作用稳定，维持时间 比较长，对心脏和神经系统影响小，因此选用乌拉坦作为麻醉剂。根据RR间期趋势图和大白 鼠 呼吸的稳定程度，麻醉后2～4 h，大白鼠比较稳定，定为实验时间，而且RR间期在 麻醉后三小时达到峰值。实验室温度在20～30 ℃。

人体实验：正常受试者中，青年组14人(年龄：23.57±1.51)，中年组14人(年龄：46.64 ±5.40)，性别不限，无心脏病史并心电图检查正常。受试者实验前24小时内不吸烟，不喝 咖啡类饮料，不喝酒，不吃任何药物，除正常膳食之外，不吃任何其他营养品。检查时保持 清醒，身体自然放松，自由呼吸，身体尽量不动。

2.2实验步骤

大白鼠实验：用乌拉坦(1 500 mg/kg)腹腔注射，麻醉后二小时开始采集一小时心电信号， 然后腹腔注射阿托品(2.5 mg/kg)，再采集一小时心电信号。

人体实验：安静平躺20分钟后，开始采集20分平躺时的心电信号，然后倾斜实验床，使人体 头保持高位，身体与地面之间为53度，稳定20分钟后再采集20分钟倾斜时的心电信号。

2.3RTm间期检测

由于大白鼠心跳比较快(240～420次/分)，RTm间期变异的标准差比较小(0.36 ms左右)，因此 ，我们采用4 kHz的心电采样频率。在人体实验时，我们采用1 kHz的心电采样频率。同时为 避 免录音机抖晃度对RDV的影响，心电信号经我们自行设计的A/D采样板直接存入硬盘，A／D采 样板使用双CPU方式，由单片机控制数据采样，PC机控制存盘，采样与存盘通过共享RAM进行 交替缓冲，以达到长时间连续采样、存盘的目的。由于T波终点检测比较困难，并且Merri发 现只有S₀Tm(S波终点到T波峰的时程)保留有QT间期对心率的依赖特性^［9］，又 因R峰到S终点的时间较短，但R峰检测更精确。因此我们以RTm来代替QT间期。国外大部分RD V的研究也都用RTm代替QT间期。在T波峰的检测中，T波的幅度相对比较小，而且其微分后成 份也不大，我们采用了以相关系数为条件的模板匹配的方法^［10］。

2.4频域分析法

大白鼠实验：由于大白鼠HRV和RDV的频谱在4 Hz以下，我们对RR间期以125 ms用三次自然样 条函数进行等间隔内插。每过3.75 min作一次频谱分析，对同一过程的所有谱估计值进行平 均处理，求出HF_nu［100高频能量/(总能量-甚低频能量)］和LF/HF［低频能量/高频 能量］，研究大白鼠在注射阿托品前后高频能量和低频能量的变化情况。在能量分布中，0～ 0.1 Hz为甚低频段，0.1～1 Hz为低频段，1～4 Hz为高频段。

人体实验：我们对RR间期和RT间期以1 000 ms用三次自然样条函数进行等间隔内插。对 同一 过程的谱估计用交叠50%的Welch算法进行处理，在能量分布中，0～0.04 Hz为甚低频段，0.0 4～0.15 Hz为低频段，0.15～0.40 Hz为高频段，求出HRV和RDV的LF/HF，研究正常人平躺和倾 斜时高频能量和低频能量的变化情况。

3结果

(1)任取一只大白鼠(304克，雄性)，在乌拉坦麻醉下，大白鼠的呼吸比较 稳定，计数呼吸率约在82/min左右，即呼吸频率稳定在1.36 Hz附近。用阿托品之后，呼吸 频率增加到1.60 Hz附近。同时我们采集大白鼠的心电信号，并对其心电信号的RR间期和RTm 间期进行频谱分析，可以看到，用阿托品前后，大白鼠的HRV和RDV的谱分析的峰值频率受到 呼吸频率的调制(见图1a，1b，1c，1d)，反映了高频峰与迷走神经活动有关。这些结 果也反映出我们建立的心电信号采集、RR间期和RTm间期检测以及谱分析等的方法均是正确 可靠的。

图1在乌拉坦麻醉下，迷走阻断前后大白鼠的HRV和RDV 的谱分析

(a)迷走阻断前(HRV)(b)迷走阻断前(RDV)(c)迷走阻 断后(HRV)(d)迷走阻断后(RDV)

Fig 1The spectral analysis of HRV and RDV in urethaned- anesthetized rats before and after vagal blockade

(a)Before vagal blockade(HRV)(b)Before vagal blockade(R DV)(c)After vagal blockade(HRV)(d)After vagal blockade(RDV)

(2)用乌拉坦麻醉9只体重298±23 g的SD大白鼠，大白鼠经乌拉坦麻醉 后 ，副<