肌电生物反馈中HRV变化及其与脑电ApEn的相关分析

来源 :中山大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yyandmwm
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本实验借助现代多信号非线性生物反馈分析系统同步记录生物反馈放松状态中的心电、脑电、肌电等信号,选用自回归AR模型算法,以HRV的lnLF(nu)、lnHF(nu)、lnLF/lnHF为统计指标具体分析生物反馈放松中受试者自主神经系统功能活动的量化改变;同时以新的非线性复杂性测量参数—近似熵(ApEn)为观察指标,对肌电生物反馈中大脑不同导联ApEn的变化进行了比较,并将生物反馈中HRV的的变化与特定脑区脑电ApEn的变化进行了相关分析,着重探讨额叶作为意识调控的中心,在肌电生物反馈实现心脏自主神经功能调节中的作用。本课题的研究有助于为肌电生物反馈中自主神经系统功能活动的量化改变提供精细的研究,同时进一步明确肌电生物反馈实现内脏功能活动调节的中枢机制,为肌电生物反馈治疗心身疾病的机制研究提供新的研究视角。 方法:1.从中山大学中山医学院二年级本科生志愿者中,表格法随机抽取30名作为实验对象,年龄21~24岁,平均(22.3±0.6)岁,男女各半,无重大病史,体格检查未见异常。表格法随机分为实验组和对照组各15人,组间年龄、性别、体重指数及主要心理特征无明显差异。实验组和对照组分别进行一个疗程(10次)的生物反馈训练和安静状态下的数据采集。一次训练时间约30分钟。2.所记录的心电信号经过伪迹排除后,采用HRV分析软件(HRVAnalysisSoftware,version1.1SP1,Finland)选取自回归AR模型算法对HRV进行5分钟短时程频域分析。同时对频域分析指标LF(nu)和HF(nu)进行自然对数转换,以将数据转换成为正态分布。分析指标包括低频功率lnLF(nu)、高频功率lnHF(nu)和lnLF/lnHF比值。同时分析实验过程中受试者心率的变化。利用生物信号ApEn分析系统,分别对反馈前后的16导联脑电信号进行ApEn分析,求出各导联脑电信号反馈前后的ApEn。 3.选择实验组实验前后HRV的频域指标与脑电非线性参量ApEn都出现显著性变化的实验次数,即第8、9、10次实验,对两种统计量的差值进行相关分析。 4.全部数据采用SPSS11.5forwindows统计软件包和MicrosoftExcel进行统计分析。计量资料用(X)±S表示,生物反馈组和对照组的比较采用独立样本T检验,每次实验中,实验前后的横向比较采用配对T检验。连续10次实验中,不同实验次数之间的纵向比较采用方差分析。相关分析采用Pearson相关系数。有统计学意义的概率值选择P<0.05。 结果:实验前对实验组和对照组进行心率、低频功率lnLF(nu)、高频功率lnHF(nu)、低频高频功率比值(lnLF/lnHF)、近似熵ApEn进行组间比较,结果显示组间均无显著性差异,实验组和对照组具备良好的可比性。10次实验结果表述如下: 1.低频功率lnLF(nu)对比10次实验结果发现,除第3次实验外,其余各次实验中,受试者进入生物反馈状态后均观察到实验组lnLF(nu)的降低,与对照组相比,第7、8、9、10次出现了有统计学意义的变化,实验组实验前后自身配对比较在第8、9、10次出现了有统计学意义的变化。实验组实验前受试者lnLF(nu)呈逐步下降趋势,但不同实验次数之间方差分析未显示有统计学意义的变化;对照组各实验次数之间及自身前后对比lnLF(nu)或升或降,但均未出现有统计学意义的变化。 2.高频功率lnHF(nu)除第3次实验后出现lnHF(nu)的略为下降以外,其余各次实验中,受试者进入生物反馈状态后,均观察到lnHF(nu)值的升高,至第8、9、10次实验,和对照组相比以及自身配对比较都观察到lnHF(nu)显著性的升高。实验组实验前受试者lnHF(nu)随实验次数增加呈升高趋势,但方差分析未显示有统计学意义的变化;对照组各实验次数之间及自身前后的lnHF(nu)升降变化不一,但均未出现有统计学意义的变化。 3.低频高频功率比值(lnLF/lnHF)除第3次实验外,其余各次实验中,和对照组相比以及自身配对比较显示,受试者进入生物反馈状态后,均可观察到lnLF/lnHF比值的降低,说明自主神经系统功能活动向迷走神经兴奋增强的方向发生了变化。和对照组相比以及自身配对比较显示,这种变化至第7、8、9、10次实验出现了有统计学意义的差异。实验组实验前受试者lnLF/lnHF呈逐步下降趋势,但不同实验次数之间方差分析未显示有统计学意义的变化;对照组各实验次数之间及自身前后对比lnLF/lnHF或升或降,但均未出现有统计学意义的变化。 4.心率(HR)除第3次实验外,实验组每次实验后都出现心率的下降,和对照组相比,在实验的第7、9、10次出现了有统计学意义的降低。但自身配对比较未出现有统计学意义的差别。对实验组实验前的心率变化进行方差分析,结果表明,随着实验次数的递增,被试的心率均有一定的降低,但是差别未见统计学意义。对照组实验前后以及不同实验次数之间的心率变化升降不一,但均未出现有统计学意义的差别。 5.脑电近似熵ApEn从实验组每次实验前后脑电ApEn的即刻变化来看,和对照组相比以及自身配对比较显示,实验组各导联在进入生物反馈状态后出现了特定脑区ApEn的升高,在实验后期出现了有统计学意义的变化,涉及脑区为左右额极和左右颞前。具体变化描述如下:至第8次,FP1、FP2、F8导联的ApEn出现了有统计学意义的升高,第9次的FP2、F7、F8导联以及第10次的FP1、FP2、F7导联ApEn在进入生物反馈状态后也出现了有统计学意义的升高。对实验组不同实验次数之间进行方差分析结果表明,和第一次实验相比,实验组实验前的ApEn在实验后期出现了有统计学意义的升高,即肌电生物反馈随着实验次数的递增对脑电ApEn的影响产生了累积效应,涉及脑区为右颞中、左颞后、右颞后、右顶、左枕。具体为,至第4次实验前,P4、O1、T4导联的ApEn出现了有统计学意义的升高,第8次实验前的O1导联,第9次实验前的P4、T5、T6导联,第10次实验前的P4、T5、T6导联的ApEn在实验前和第一次实验相比也出现了有统计学意义的升高。 6.HRV各频域指标与脑电非线性参量ApEn变化的相关分析选择HRV频域指标和脑电导联ApEn自身前后配对比较均出现显著性变化的实验次数,即第8、9、10次实验,运行SPSS11.5中BivariateCorrelations相关分析程序,选择Pearson相关系数为观察值,对不同统计指标之间的变化趋势进行相关分析,得出:第8、9次实验中,HRV频域指标之间以及脑电不同导联ApEn的变化之间的表现出了相关关系,第8次实验中,lnLF(nu)的降低和lnLF/lnHF的降低成正相关,相关系数为0.871;FP1和FP2ApEn的升高存在正相关,相关系数为0.843。第9次实验中,lnLF(nu)的降低和lnLF/lnHF的降低存在正相关,相关系数为0.813。FP2和F8ApEn的升高存在正相关,相关系数为0.769。至第10次实验,HRV的升高和脑电ApEn的升高出现了相关关系,即:lnLF(nu)的降低和FP1、FP2、F7ApEn的升高存在正相关,相关系数分别为0.680,0.729,0.675。lnLF/lnHF的降低和FP2、F7ApEn的升高存在正相关,相关系数分别为0.825和0.834。FP1和FP2,F7ApEn的升高存在正相关,相关系数分别为:0.715和0.728。FP2和F7ApEn的升高存在正相关,相关系数为0.937。 结论:1.利用HRV可量化分析肌电生物反馈中心脏自主神经系统功能活动的变化,生物反馈可以诱导健康受试者HRV升高,即lnLF(nu)降低、lnHF(nu)升高以及lnLF/lnHF降低,和安静状态相比,机体自主神经系统功能活动平衡性增加。 2.肌电生物反馈可以引起大脑额叶、颞叶、右顶、左枕脑电ApEn增高,变化以额叶为主。 3.肌电生物反馈中HRV的升高与大脑额叶以及左颞前ApEn的升高存在正相关。推测肌电生物反馈对于HRV的调制可能与以额叶为中心的不同脑区的功能整合有关。
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