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物理学报 2014年第19期63卷 426-432页

作者：刘大钊王俊李锦李瑜徐文敏赵筱陕西师范大学物理学与信息技术学院西安710062 南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京210003

心率变异性(HRV)信号能够提供心脏活动状态的重要信息.通过建立颠倒睡眠模型,联合功率谱和基本尺度熵方法分析颠倒睡眠状态下24 h的HRV信号,研究颠倒睡眠对自主神经相互作用以及HRV信号混沌强度的调制.结果表明,颠倒睡眠导致自主神经在... 详细信息

心率变异性(HRV)信号能够提供心脏活动状态的重要信息.通过建立颠倒睡眠模型,联合功率谱和基本尺度熵方法分析颠倒睡眠状态下24 h的HRV信号,研究颠倒睡眠对自主神经相互作用以及HRV信号混沌强度的调制.结果表明,颠倒睡眠导致自主神经在昼夜间的活动节律发生颠倒,基本尺度熵在昼夜的变化趋势也随之发生逆转,因此HRV信号的混沌强度与自主神经的相互作用密切相关,进一步研究两者之间的关系发现:HRV信号的混沌强度与交感神经的调制强度正相关,与迷走神经的调制强度负相关.

关键词：颠倒睡眠基本尺度熵自主神经混沌强度

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睡眠状态调制心率变异性信号研究

睡眠状态调制心率变异性信号研究

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作者：刘大钊陕西师范大学

学位级别：硕士

心血管系统是人体一个非常重要的生理系统,具有复杂的结构和生理功能,它受到自主神经、血压、体液、情绪等多种因素协同控制,呈现出复杂的变异性,即心率变异性(HRV)。对心率变异性信号进行分析和处理在评价心脏健康以及自主神经活动水... 详细信息

心血管系统是人体一个非常重要的生理系统,具有复杂的结构和生理功能,它受到自主神经、血压、体液、情绪等多种因素协同控制,呈现出复杂的变异性,即心率变异性(HRV)。对心率变异性信号进行分析和处理在评价心脏健康以及自主神经活动水平等方面有着广泛的应用。睡眠与自主神经系统的调控相关,在白天清醒状态和夜间睡眠状态下自主神经系统的活动规律并不相同,由于心率变异性信号主要受心脏交感和迷走神经双重调节和相互制约的影响,必然隐含着与睡眠密切相关的信息,通过HRV信号研究自主神经的昼夜活动规律和相互作用具有重要的意义。同时,在当今社会许多特殊行业的工作者常处于非正常的作息时间状态(晚上清醒、白天睡眠),例如护士、保安、夜班出租车司机等,随着社会的发展处于颠倒睡眠状态的人群不断增加,颠倒睡眠成为全球一个日益严重的问题,研究颠倒睡眠行为对心脏自主神经的影响也是日渐需要关注的问题。本文研究了睡眠状态以及颠倒睡眠状态下的心率变异性信号,主要得出以下结论：(1)采用非线性方法研究健康人白天清醒和夜间睡眠两种状态下的HRV信号,先通过理论上的正弦周期信号和两种不同的噪音研究m-words组合和forbidden words的物理意义,再结合功率谱探讨其生理意义。结果表明：n-words组合中(1200)、(3312)出现的几率代表了交感神经的活动水平;(1332)、(3120)出现的几率代表了副交感神经的活动水平;forbidden words个数的变化反映了相应的自主神经调控的变化,在夜间,健康人副交感神经调控加强而交感神经调控减弱,使得HRV信号中n-words组合变化减少forbidden words个数增多,HRV信号波动的无序性变小;在白天,交感神经调控占优势而副交感神经调控受抑制,使得m-words组合变化增多forbidden words个数减少,forbidden words个数能有效区分白天和夜间的HRV信号,经t检验,p颠倒睡眠模型,联合功率谱和基本尺度熵研究颠倒睡眠行为对自主神经以及HRV信号混沌特性的影响。结果显示：由于睡眠的颠倒,使得颠倒睡眠状态下自主神经的活动规律与正常昼夜节律状态下相反,自主神经调节机制的变化改变了HRV信号的混沌特性,使正常作息和颠倒睡眠两种状态下,基本尺度熵在昼夜间呈现出相反的变化趋势,这说明HRV信号的混沌强度与自主神经具有密切联系,进一步分析基本尺度熵和高频功率之间的关系发现：高频功率和基本尺度熵具有相反的变化关系,高频功率的不同反映了其混沌强度的变化,再结合高频功率的生理意义可知：HRV信号的混沌强度与交感神经调制强度正相关而与迷走神经的调制强度负相关,同时,颠倒睡眠状态下24h的基本尺度熵较正常作息状态产生了下降的趋势,表明颠倒睡眠对心血管系统的健康产生了负面影响。

关键词：心率变异性信号功率谱非线性睡眠颠倒睡眠混沌强度

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