心动周期信号的混沌特征分析及应用

目的:研究心动周期信号(HPS:Heart period signal)的混沌特征和谱特征,及这些特征随年龄的变化.背景:描述心动周期信号的混沌特征的参数有:相对分散度(Hrd),李雅普诺夫指数(Hle),分维数(Hfd)以及我们提出的混沌度(Lcc: Chaosness of HPS).目前只有分维数与年龄关系的初步工作发表,未见有全面研究HPS的混沌特征的工作报道.方法:将264例14～69岁健康自愿受试者分成6个年龄组(10～19,20～29,30～39,40～49,50～59,60～69),用本室研制的计算机化心动周期信号混沌分析系统进行测试.采用CM5导联,采样频率300Hz,AD转换精度12位,提取512个心动周期,计算Hrd, Hle, Hfd,Lcc以及总功率(Tfp)及三分段的绝对及相对功率(Pvv, Plv, Phv, Pvr, Plr, Phr)及平衡参数Rvh,Rlh(Rvh=Pvv/Tfp, Rlh=Plv/Tfp),给出HPS时域图,相平面图(Phase Plane Plot),延迟映射图(Return map)以及功率谱.结果:1.四个混沌特征参数及功率谱的绝对及相对功率和总功率都随年龄的增加而降低,降低的重要原因是反映迷走活动的HPS的高频分量降低.2.功率谱参数中降低最快的是Phv及Phr.3.得出了以上参数随年龄变化的拟合方程及四个混沌特征参数之间的互相关方程和相干系数.4.平衡参数Rvh随年龄增加而增加;5.Rlh先升后降.讨论:1.HPS混沌特征参数随年龄的增加而降低,反映自主神经系统功能的降低,而且主要是迷走神经系统功能的降低,若能有效地保护迷走神经系统,提高迷走神经系统功能,将是抗衰老的重要措施.2.病理条件下,最易受损害的是迷走神经系统;3.混沌特征参数在预测和估计病情的严重性方面是比功率谱参数(如平衡参数Rvh)更为敏感的指标.     

正常儿童心动周期混沌特征变化的研究

本文应用计算机化自主神经系统功能测试系统对１０５例正常健康儿童（０～１１岁）进行了心动周期信号混沌特征分析。结果：除ＨＣＣ外，学龄儿童组的四个混沌特征参数均高于学龄前儿童组，新生儿则低于学龄组和学龄前组；功率谱参数学龄儿童组也高于学龄前儿童组。上述结果表明：儿童自主神经系统的发育，是随着年龄的增加而不断成熟的，其调控功能随年龄的不断增长而日趋完善     

MEF-2C在妊娠糖尿病胎鼠心脏发育中的表达

目的了解肌细胞增强子-2C(MEF-2C)在妊娠糖尿病(GDM)胎鼠心脏发育过程中的表达,探讨其在GDM胎鼠心脏发育异常中的作用机制。方法将雌鼠随机分为对照组(n=24),GDM组(n=30):孕后腹腔注射2%链脲佐菌素(STZ)40 mg/kg,柠檬酸组(n=30):孕后每只动物腹腔注射柠檬酸-柠檬酸钠液(2%链脲佐菌素溶剂)40 mg/kg,胰岛素组(n=30):采用2%STZ建立GDM模型鼠后于孕后72 h(血糖12～15 mmol/L)每天皮下注射给予中效胰岛素(诺和锐30R)20 U/kg,采尾静脉血监测血糖及称重,并分别于孕12、15、19 d 3个时间点剖腹获取胎鼠心脏组织:观察胎鼠心脏发育情况,HE染色观察心脏结构,免疫组化检测心脏组织MEF-2C蛋白,荧光定量PCR检测MEF-2C mRNA,Western blot检测MEF-2C蛋白。结果各组MEF-2C蛋白表达呈动态变化:孕12 d可见表达,孕15 d表达最高,孕19 d表达下降;与对照组相比,GDM组MEF-2C mRNA及MEF-2C蛋白的表达下降(P0.05)。结论妊娠糖尿病胎鼠心脏发育异常率显著增高,MEF-2C与GDM胎鼠心脏发育异常可能存在相关性。     

糖尿病妊娠胎鼠胰岛β细胞的形态学和体视学研究

本实验选用雌性Wistar大鼠，妊娠第一天腹腔注射四氧嘧啶（15mg/100g体重），分别于妊娠第17，18，19，20天剖腹取胎胰，一部分用改良Bouin液固定，石腊包埋切片，HE染色及免疫组织化学PAP法显示β细胞，并测定β细胞的数面密度和体密度，另一部分常规电镜制片及观察，结果显示，实验组β细胞的数面密度均显高于对照组，第17，18天实验组胎鼠β细胞分泌颗粒较对照组的增大，数量增多，而17天胎鼠胰岛为非常不规则的内分泌细胞团，对胰岛素抗血清呈阳性反应的细胞少，阳性反应弱，随着胎鼠的生长发育胰岛细胞逐渐聚集成条索状或团块状，阳性细胞增多，阳性反应渐增强，上述结果提示：妊娠高血糖可以促进胰岛β细胞数量增多，分泌颗粒成熟。     

麻醉鼠心动周期信号功率谱与体温关系的研究

目的:研究体温变化对麻醉大鼠自主神经系统的影响.方法:健康成年的Wistar大鼠18只,体重250 g～300 g,20%乌拉坦腹腔麻醉,气管插管.用温度计监测肛温.记录类似Ⅱ导联心电,分析心动周期信号功率谱特征.结果:在34℃～39℃体温范围内,心动周期功率谱随体温的升高而降低,心动周期信号(heart period signal,HPS)的超低频带功率谱(APU)随温度升高呈M型走势,高频带(APH)呈W型变化,不同体温下各参数几乎都有显著性变化.结论:大鼠HPS功率谱各项谱参数与体温变化相关,这些谱参数可以反映自主神经系统的调节功能.     

正常人心动周期信号（HPS）的混沌特征随年龄变化──HPS的功率谱分析

心动周期信号（ＨＰＳ）具有混沌特征，携带有自主神经功能信息。ＨＰＳ的功率谱分析可以定量地评价交感、副交感神经活动的强弱及其相互作用。这种方法是测试自主神经系统功能的现代方法。我们利用自行研制的计算机化心动周期信号混沌分析系统，对２１７例正常人的心动周期信号进行了功率谱分析。本文介绍了研究中采用的功率谱指标（Ｐｖｖ、Ｐｌｖ、Ｐｈｖ、Ｐｖｒ、ＰｌｒＰｈｒ、Ｒｖｈ、Ｒｌｈ、Ｔｆｐ），频率指标（Ｖｆｍ、Ｌｆｍ、Ｈｆｍ、ｆｍ、ｆｏ）和混沌度Ｌｏｃ的意义以及它们与年龄的关系。研究表明，随着年龄的增加，交感活动加强，副交感的活动减弱，心脏的混沌程度逐步降低。５０岁左右，有些指标的变化趋势与其它年龄段明显不同。     

心动周期信号中独立成分的分离

采用一项新的统计信号处理技术——独立成分分析提取心动周期信号子成分。从 10名受试者的仰卧和站立体位分别采集 8m in心电信号 ,进而提取心动周期信号。按时间延迟把心动周期信号分成 5组 ,进行独立成分分析 ,重构出两组成分。两组成分分别经傅立叶变换 ,结果显示一组信号成分集中于低频区域 (称为 IC1) ,另一组集中于高频区域 (称为 IC2 )。从仰卧位到站位 IC1的功率显著增加 (P<0 .0 1) ,IC2的功率没有显著的变化 (P>0 .0 5 ) ,IC1的功率占总功率的比值显著增加 (P<0 .0 1)。两体位的比较研究结果表明采用独立成分分析心动周期信号得到的两组成分中 ,IC1可以表征交感神经系统的活动 ,而 IC2表征了副交感神经系统的活动。由这些成分得到的数字和图谱信息可以分别定量评价交感和副交感神经系统的功能     

^125碘—标记弓形虫感染孕鼠后胎鼠脑放射示踪研究

应用１２５碘－标记弓形虫经尾静脉感染受孕１４ｄ的昆明种小鼠，动态观察分布和受侵细胞变化情况，结果显示：孕鼠脑感染率为３０．６０％，胎鼠头感染率为７１．２０％，胎鼠头／躯干的放射性比值为１．３２～５．９５，随受染时间的延长而增高。放射自显影的光电镜观察提示，弓形虫感染后４～８ｈ虫体即在胎鼠脑胶质细胞内被发现。４８ｈ细胞核内可见，细胞退变崩解。７２ｈ脑神经细胞显著减少。实验结果为妊娠期感染弓形虫易导致胎儿神经管畸形提供实验病理学基础。     

氢化可的松对胎鼠和新生鼠郎格汉斯细胞的影响：酶组化,电镜组化…

用免疫抑制剂氢化可的松体外处理胎鼠和新生鼠表皮，观察它对朗格汉斯细胞数量和结构的影响。结果如下：（１）经氢化可的松处理的表皮内郎格汉斯细胞数量减少，细胞结构发生行性变化。（２）图像分析显示，随氢化可的松浓度增大，郎格汉斯细胞数量和ＡＴＰ酶组化染色反应的灰度逐渐下降。     

肝内胆汁淤积症孕鼠的胎鼠心率功率谱变化与猝死的关系

应用皮下注射雌、孕激素建立妊娠肝内胆汁淤积(ICP)大鼠模型,通过Powerlab生物信号处理系统Chart5软件引导妊娠第21d胎鼠宫内心电图,分析胎鼠心率变异性(HRV)频域指标低频带(LF)、高频带(HF)及LF/HF值,探讨肝内胆汁淤积症孕鼠的胎鼠心脏自主神经系统变化与猝死的关系。结果显示,(1)ICP模型组孕鼠血清总胆汁酸水平为(78.5±4.5)μmol/L,正常对照组为(24.6±3.6)μmol/L,两组差异有极显著性;P<0.01;(2)ICP模型组实验开始时胎鼠心电图显示正常,持续观察29.3±6.4min后出现胎鼠心律不齐,继续观察23.5±4.6min后胎鼠死亡,而正常对照组持续观察90min,胎鼠心电图均显示正常;(3)ICP模型组胎鼠出现心律失常前20min内HRV频域指标LF和LF/HF分别为48.45±4.11nu和0.99±0.14,高于正常对照组胎鼠33.87±4.31nu和0.61±0.10,两组差异均有显著性,均为P<0.01;(4)ICP模型组胎鼠猝死前15min内LF及LF/HF随着死亡时间的濒临而呈进行性上升趋势。研究表明,孕鼠肝内胆汁淤积症时胎鼠死亡前出现短暂的心律失常阶段;ICP孕鼠的胎鼠猝死可能与高水平胆汁酸诱导胎鼠心脏自主神经活动失衡有关;HRV分析技术对于胎儿宫内安危的监护将会有很好的应用前景。     

Cardiac function and behavioral reactivity during infancy

Longitudinal cardiac data from the end of the fetal period to 21 months of age were examined for change and stability over age and relations to the temperamental characteristics of high and low reactivity at 4 months of age and fear to the unfamiliar in the second year. Heart period and power in the cardiac spectra changed dramatically over the first 2 years, and individual differences were not preserved until 9-14 months of age. Sleep heart period at 2 weeks of age and low frequency power at 2 months of age were better predictors of the temperamental categories than later measures of the same variables, suggesting that cardiac function early in life may be an especially sensitive index of temperamental qualities.     

有氧、无氧耐力训练对自主神经调节功能的影响及意义

为评价有氧、无氧耐力训练对自主神经功能的影响，提供健全、合理体育锻炼方案的理论依据，我们将41名健康男性青年，随机分为有氧耐力组和无氧耐力组，进行连续8周训练。分别于训练前、训练4周末、训练8周末进行5min短程心率变异性（HRV）频域、时域法分析。结果显示，与训练前比较，有氧耐力组迷走神经活动增强（HF、HFnu、RMSSD、PNN50，P值均〈0．05），交感神经活动里减弱趋势（LFnu），自主神经平衡表现为趋向迷走神经占优势（LF／HF）。HRV增大；无氧耐力组自主神经调节功能相对较稳定。本研究表明，有氧、无氧耐力训练对自主神经调节能力的影响取决于训练的负荷强度，与有氧训练相似，严格控制的适当强度的无氧耐力训练也可能有利于增强人体对环境的适应能力。     

基于独立分量分析算法研究儿童癫痫脑电的混沌动力学特征

首先采用独立分量分析(Independent component analysis,ICA)算法,将儿童癫痫信号从复杂的背景脑电(Electroencephalogram,EEG)中分离出来;然后采用了一维时间序列相空间重构技术和混沌的定量判据,对分离出来的独立分量信号进行了分析与计算.通过对生理和癫痫状态下独立分量信号的相图、功率谱、关联维数和Lyapunov指数的对比研究,得出如下结论:(1)EEG独立分量的相图、功率谱、关联维数和Lyapunov指数反映了大脑的总体动态特征,它们可作为一种定量指标衡量大脑的健康状态;(2)在正常的生理状态下EEG是混沌的,而在癫痫状态下则趋于有序。     

HRV非线性动力学分析的动物实验初步研究

采用非线性动力学分析方法,观察了交感,迷走神经单独作用和冠状动脉狭窄时,非线性动力学参数的改变,以探讨非线性动力学参数所反映的心脏生理功能和心脏电生理学意义。     

心率变异和RT变异频域分析的方法学研究

心率变异作为检测自主神经系统功能平衡状态的无创性指标，日益受到重视，已成为心电信号处理中的研究热点之一。ＱＴ是心室肌复极化时间，从另一方面来反映自主神经系统的平衡状态。ＱＴ变异分析在临床应用上与心率变异分析是否有互补作用，目前这方面研究工作开展得不多。由于ＱＴ间期检测困难，一般以ＲＴ间期代替ＱＴ间期。建立了心率变异和ＱＴ变异测定方法。在采集２４ｈ心电信号后，首先要完成标志点的检测。较好地实现了心电Ｒ波标志点的检测和异位心跳的剔除，并采用以相关系数为条件的模板匹配方法检测出Ｔ波标志点。频域分析方法分别通过快速傅里叶变换法（ＦＦＴ）和自回归谱估计法（ＡＲ）实现了２４ｈ三维频谱显示图以及２４ｈＨＦ／ＬＦ和高频能量变化趋势图。以不同的频率控制受试者的呼吸，采集其心电数据，从ＲＲ间期和ＲＴ间期谱分析的结果可以看到，高频峰受到呼吸频率的调制，高频峰可能与迷走神经活动有关。这一过程也检验了心电信号采集、检测和谱分析方法的可靠性。建立的方法为今后进一步深入研究打下了基础。随着心率变异和ＱＴ变异的检测和分析技术的日趋成熟，一定会在一些疾病的早期诊断、监护及预后评估等方面发挥更大的作用     

Consistency of heart rate and sympathovagal reactivity across different autonomic contexts

Theories that psychophysiological reactivity constitutes a risk factor for coronary artery disease assume that reactivity is a consistent individual characteristic. We tested this assumption by measuring reactivity to three psychologically challenging tasks performed by 22 healthy subjects across different autonomic contexts produced by positional change. Dependent variables included heart rate (HR), low-frequency (LF; 0.04–0.15 Hz) and high-frequency (HF; 0.15–0.50Hz) heart period variability, and the LF/HF ratio. HR (r= .44, p < .05) and LF/HF ratio (r= .48, p= .03) reactivity were modestly correlated across the different autonomic contexts, but HF and LF power reactivity were not. These findings suggest that HR reactivity to psychological challenge is a modestly consistent characteristic of individuals, despite differences in autonomic context. Although the same is true of cardiac sympathovagal balance, reactivity of HF and LF power were less consistent.     

Temporal stability of heart period variability during a resting baseline and in response to psychological challenge

Central to the psychophysiologic reactivity hypothesis of the etiology of coronary artery disease is the assumption that reactivity is an individual characteristic that is stable over time. Although heart rate (HR) and blood pressure reactivity appear to meet this criterion, temporal stability of cardiac autonomic control as measured by analysis of heart period variability (HPV) has not been assessed. In this study, we tested the stability of HPV, measured in both the time and frequency domain, during a quiet, resting baseline and in response to 5-min mental arithmetic and reaction time tasks, in 20 normal subjects measured in three testing sessions during a 9-month period. Stability, assessed by the intraclass correlation coefficient (ICC), was excellent for resting baseline measures of HR and HPV, with ICCs of 0.68–0.86. However, HR and HPV reactivity to either arithmetic or reaction time tasks generally was less stable, with ICCs of 0.17–0.73, in contrast to results of previous studies demonstrating long-term Stability of HR responses to psychological challenge. Stability of aggregated reactivity scores was only slightly improved. Whether for individual tasks or aggregated measures, reactivity of total and low-frequency measures of HPV was moderately stable but stability of high-frequency HPV reactivity was poor.     

Effect of low-dose endurance training on heart rate variability at rest and during an incremental maximal exercise test

We evaluated the effects of low-dose endurance training on autonomic HR control. We assessed the heart rate variability (HRV) of 11 untrained male subjects (36.8 +/- 7.2 years) at rest and during an incremental maximal aerobic exercise test prior to a 7-week preparatory period and prior to and following a 14-week endurance training period, including a low to high intensity exercise session twice a week. Total (0.04-1.2 Hz), low (0.04-0.15 Hz) and high (0.15-1.2 Hz) frequency power of HRV were computed by short-time Fourier transform. The preparatory period induced no change in aerobic power or HRV. The endurance training period increased peak aerobic power by 12% (P < 0.001), decreased the HR (P < 0.01) and increased all HRV indices (P < 0.05-0.01) at absolute submaximal exercise intensities, but not at rest. In conclusion, low-dose endurance training enhanced vagal control during exercise, but did not alter resting vagal HR control.