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2021.01.11

疾病與死亡高風險的早期指標:心率變異性(HRV)

文章撰寫:虹映科技股份有限公司創辦人兼執行長 陳風河博士 ;圖片來源:pixaby.com

 

  最近的研究顯示,負面情緒、性格和工作壓力與疾病和不健康有明顯直接關係[1-3]。工作壓力對經濟面的影響尤其明顯,包括缺勤率上升、人員流失率增加,工作滿意度下降以及工作人員生產力降低[4,5]。


  工作壓力也是與心血管疾病相關的主要公共健康風險[6,7]。心血管疾病(CVD)是引發疾病和死亡的主要原因,已開發國家尤其如此[8,9]。心血管疾病的各種風險因素已經確定,但尚未提出一個統一的模型可以說明這種風險因素的多樣性。白廳研究(Whitehall Study) [7]的一份報告顯示,工作壓力與心率變異性(HRV)下降有關。HRV降低是疾病與死亡的獨立危險因素。迷走神經在健康和疾病中發揮的重要作用的探討已經有一段時間了[10]。然而,直到最近才有研究團隊和臨床醫生開始研究如何將這些知識納入對疾病的病因、表現、過程、結果和治療的更深入的了解。

 

 

自律神經失衡和疾病

  自律神經失衡,其中迷走神經功能低下,是與發病率和全因死亡率增加正相關。有越來越多的研究顯示迷走神經功能低下與已知和新興的風險因素,包括工作壓力,心血管疾病(CVD)和死亡率等等息息相關。重要的是,研究也顯示能提升心率變異性(HRV)的因子與降低生病風險和改善健康狀況有關。因此,自律神經失衡模型可以提供統一的方法來理解HRV在心血管疾病和全因死亡的風險中所扮演的作用。越來越多的證據顯示自律神經系統(ANS)在各種疾病中的作用。ANS通常被認為有兩個主要分支 - 與能量動員有關的交感神經系統和與植物性(vegetative)和恢復(restorative)功能相關的副交感神經系統。

  通常情況下,這兩個分支的活動是動態平衡的。但是,這兩個分支的活動可以根據不斷變化的環境要求而迅速做調整。基於復雜性理論(complexity theory)的有機體功能概念認為,通過系統元素之間動態關係的可變性、有機體的穩定性、適應性和健康性可以得到維持[1,11]。因此,組織性變動的模式,被保留下來因應不斷變化的環境需求。因為系統運行「遠離平衡」,系統總是尋找局部能量最小值,以使生物體的能量需求最小化。這種觀點的另一個必然結果是自律神經失衡與缺乏動態靈活性和不健康息息相關

※ 延伸閱讀:
【揪健康辭典】自律神經系統:交感&副交感神經
天天深呼吸 減壓又護心

 

  臨床上,有大量證據顯示自律神經失衡(通常是交感神經系統過度活動過度、而副交感神經系統活動過低),與各種病理狀況有關[12]。特別是當交感神經長時間支配時,其對系統的能量需求變得過度,引起能量消耗殆盡,最終導致死亡。因此,自律神經失衡可能是由包括心血管疾病在內的許多病症和疾病其導致死亡率增加的共同途徑。

  心率變異性(HRV)可用於評估自律神經失衡,疾病和死亡率。副交感神經活動低下和HRV異常已經證實與免疫功能障礙和身體發炎有關,其涉及包括心血管疾病、糖尿病、骨質疏鬆症、關節炎、阿茲海默症和牙周病在內的各種疾病某些類型的癌症,以及肌力下降、虛弱和殘疾增加[3,13]。Kloter團隊的研究[14]發現較高的HRV與癌症患者的疾病進展和結果呈正相關。具有較高HRV和先進應對機制的患者在癌症進展中具有更好的預後。研究人員認為HRV是了解癌症患者總體健康狀況的有用參數。

  在時域和頻域的HRV測量已成功用於指示迷走神經活動。在時域中,脈博拍子間隔(inter-beat intervals : IBI)的標準偏差,R到R間隔 (R to R interval; 如圖一) 的標準差 (SDNN, 其為整體心率變動性的指標), 均方根連續差(Root mean square of the successive differences: RMSSD)和壓力反射 (baroreflex) 敏感性的測量(心血管系統對血壓的變化的響應性指數)已被證實是有用的迷走神經活動指標。其中SDNN是HRV最具代表性的參數。在許多醫學論文中的「HRV」一詞即表示HRV分析的許多參數中的「SDNN」。因此,低SDNN等於是低HRV,這主要表明動態復雜性的降低。


圖一:心電圖上相鄰兩個R波間隔時間即為RR間距

 

  在頻域中,低頻(LF:0.04-0.15Hz)和高頻(HF:0.15-0.40Hz)頻譜功率也都被用為迷走神經活性的指標。HF功率主要是反應副交感神經的影響,而LF功率是反應出交感和副交感神經的影響。雖然研究之間仍存在一些差異,儘管如此,這些迷走神經功能指標值較低與死亡和殘疾有預期性的相關仍然有共識。表一及表二是一些HRV常用的指標[15]


 

心率變異性和死亡率

  在首個心率變異性(HRV)指標與死亡率之間關係的研究中,Kleiger等研究人員[16]在將近900例的心肌梗塞(MI)後患者中發現,HRV是該高危險人群死亡率的重要獨立預測因子。自此以後,許多研究都支持這一觀點,即以HRV為指標的迷走神經活性下降可以預測高風險人群和低風險人群的死亡率。在Framingham心臟研究的一個老年人亞樣本中,共有736名男性和女性,平均年齡為72歲,提供動態時域和頻域HRV數據[16]。在控制其他風險因素後,HRV頻域測量顯然地與全因死亡率相關。

  八項HRV測量包括五個頻域測量。所有五個頻域測量值與全因死亡率明顯相關,除了控制其他危險因素之後,LF/HF比率(交感神經平衡的假定測量值,其中較高的數字表示較大的相對交感神經支配度)與所有五個頻率測量值均顯著相關。在樣本中,對數轉換的LF功率的一個標準差(SD)差異的風險比全因死亡的相對高1.7倍[17]。


  在社區動脈粥樣硬化風險(ARIC)研究中,調查了11654名平均年齡54歲的男性和女性HRV和死亡率之間的關聯[18]。兩分鐘的仰躺安靜心率數據被收集,同時計算一些HRV時域和頻域的指數。HF功率最低的25% (四分位數:quartile)與突發性心肌梗塞,冠心病,致死性冠心病和糖尿病患非冠心病致死有關,在隨訪8年期間,危險比在1.27至2.03之間 [18]。在沒有糖尿病的個體中,效應不太一致。然而,LF功率的檢查結果與Framingham研究結果一致,具LF功率最低四分位數的非糖尿病患者的非冠心病死亡率風險高於那些具LF功率最高四分位數的1.33倍。此效應對致死性冠心病的影響甚至更大,LF功率最低四分位數的風險比LF功率最高四分位數高1.92倍。在心肌梗塞後自主調和反射 (Autonomic Tone and Reflexes After Myocardial Infarction: ATRIMI)研究中,使用24小時記錄研究了1284例近期(最近28天內)MI的患者[19]。對於SDNN的時域測量,兩年隨訪期間發現死亡風險增加3.2倍。

  2020台灣的研究團隊[20]進行了一項追蹤研究的綜合分析,以說明在至少一年的隨訪中,HRV與心血管疾病(CVD)患者全因死亡或心血管事件風險之間的關聯。團隊納入了28項追蹤研究,涉及3,094名參與者進行了綜合分析。結果顯示,較低的HRV,全因死亡風險高1.12倍,心血管疾病的風險高46%。

 

心率變異性和心血管疾病風險的病因和進展

  心率變異性(HRV)降低與死亡率相關性的證據似乎相當強烈。這些研究中的大多數在控制其他已知的風險因素 (如糖尿病和高血壓)後檢視了這種關聯。然而,也有證據表明,HRV降低會導致這些的風險因素,因此,這些研究實際上可能低估了迷走神經功能在死亡和疾病中的作用。美國國立衛生研究院的國家心肺與血液研究所列出了八種心臟病和中風的危險因素,其中六種是可以改變的。其中三個可改變的風險因素與所謂的生物因素(biological factors)有關。他們是高血壓(高血壓),糖尿病和膽固醇異常。

  被列為可改變的其他三個可被視為生活方式因素(lifestyle factors),包括吸煙、缺乏運動(鍛煉)和肥胖。兩個不可改變的危險因素是年齡和有早期心臟病或中風的家族史。值得注意的是,有許多數據顯示,這些風險因素中的每一個都與HRV低下有關。

 

心率變異性和預防心血管疾病

  有一些途徑可以通過它們來防止或最小化可改變因素,如工作壓力,的有害影響。所有這些途徑都涉及增加HRV。而戒菸、運動和減重已被證實是心率變異性(HRV)增加的有效方法。膳食結構的改變包括食用水果和蔬菜,適量飲酒,以及通過魚類或堅果食用攝入omega-3脂肪酸和維生素D等也是有效的途徑,這些方法與HRV增加都有一些證據連結 [21, 22]。

  通過冥想或憂慮緩解都可能會提供有效的方法來預防或減輕工作壓力的影響[23]。基於在正常工作日的24小時HRV記錄,Tiller研究團隊[24]提出的另一種可能的方法是使用正向情緒來改變交感神經的平衡他們認為這對於治療高血壓是有益的,並且還可以降低充血性心力衰竭或冠狀動脈疾病患者猝死的風險。

 

新興的危險因素:包括工作壓力在內的社會心理因素

  心率變異性(HRV)降低與幾種心理狀況和狀態有關[1,2]。心理社會因素,如充滿壓力的生活事件,普遍的壓力,敵意,抑鬱和焦慮也成為心血管疾病的危險因素[10,25]。與心血管疾病和心律變異(HRV)相關的另一個新興社會心理因素是工作壓力一些研究發現與HRV指數的變化與工作壓力,顯著相關。

  在男性造船廠工作人員的一項研究中[2],發現在高壓力工作組中,SDNN顯著降低。重要的是,代謝症候群也與高壓力工作組中SDNN降低顯著相關。因此,高壓力工作組交感神經過度活動和低HRV相結合可能是與心臟病發作相關的潛在心血管功能障礙的有用指標。這也是Vrijkotte研究團隊在一個白領階層的研究的發現[26]。其中一個主要結果是睡眠時心率的一個SD增加或ln RMSSD (RMSDD的自然對數) 的一個SD減少與輕度高血壓的風險顯著增加有關。

  這些結果表明,促進交感神經支配的慢性干擾可能是工作壓力對心血管疾病風險影響的一個重要原因。結論是HRV可以成為研究工作壓力及其伴隨生理影響的非常有用的工具。許多研究已經證實,工作壓力與冠心病(CHD)風險增加有關[11,27]。

 

小結

  已有諸多研究顯示迷走神經功能下降是全因死亡的獨立危險因素。迷走神經功能下降是心血管疾病幾個主要危險因素的共同因子,包含可改變的和不可改變的,迷走神經功能下降是新興的心理社會危險因素的特徵。研究證據也強烈顯示工作壓力與心率變異性(HRV)降低有關,工作壓力本身是心血管發病率的主要風險因素,研究顯示其中一個主要途徑是涉及HRV降低。

  我們發現可以通過參與可能增加心率變異性的行為來預防或減少可變危險因素的影響。此外,包括交感神經和副交感神經活動指標的研究對於更全面地了解自律神經系統在健康和疾病中的作用是必要的。自律神經失衡可能是將許多疾病和病症與死亡和疾病聯繫起來的共同途徑。因此,將導致自律神經失衡改變為更有益健康的行為將可用於預防或至少最小化某些因素對心血管疾病和死亡風險的影響。簡言之,心率變異性(HRV)的減少作為與各種慢性疾病,行為障礙,死亡率和衰老相關的風險的預後指標已受到越來越多的關注。

 

文章來源及詳細參考資料:Joiiup揪健康

國家衛生研究院