从沃尔特·坎南引入了稳态的概念，生理学的研究都是基于所有的细胞、组织和器官努力保持静态或恒定的原则。然而，随着信号处理技术的引入，可以从生理过程中获得血压和神经活动的连续时间序列数据，这些观察增进了我们对健康的了解，最佳的身体状态应该在在多个神经、激素之间保持连续的、动态的、双向的相互作用。例如在音乐会上，这些生理和心理的管理系统从未真正的停止工作。我们现在知道，心脏的正常休息节奏应该是高度可变的，而非固定的频率，这是许多年来普遍存在的误区。
心脏复杂节律现在被称为心率变异性（HRV），其研究开始于20世纪60年代和70年代现代信号处理的出现，并在近期迅速扩大。HR中的这些波动源于许多不同生理系统之间复杂的非线性相互作用，HRV因此被认为是反映心脑相互作用和自主神经系统（ANS）动力学的神经心脏功能量度。
生物体内HRV反映了健康的生理机能和内在的自我调节能力。HRV过大表现为心律失常或神经系统混乱，不利于有效的生理功能和能量利用。HRV太小表明与年龄有关的系统损耗，慢性压力，病理学或各级自律控制系统的功能不足。
早在1965年就发现HRV作为生理控制系统功能状态指标的重要性。在20世纪70年代，HRV降低被证明可以在症状发作前预测糖尿病患者的自主神经病，同时心肌梗死后死亡的危险因素也比其他已知的危险因素更高。有研究清楚地显示，HRV下降应该用于风险预测，HRV已被证实是健康人未来健康问题的强有力的独立预测因子，年龄校正的HRV与所有死亡率相关。在前瞻性研究中，HRV一直是冠状动脉粥样硬化进展最有力的独立预测因子。许多研究表明，HRV降低与自主神经功能障碍，焦虑，抑郁，哮喘和婴儿突然死亡有关。HRV降低可能与疾病和死亡率相关，因为它反映了监管能力下降和适应性反应能力诸如运动等生理功能的下降。例如，在芝加哥健康、老龄化和社会关系研究中，用229名参与者的样本开发和测试了自主平衡评估和整体心脏自主调节指标。在这项研究中，总体监管能力是整体健康状况的重要预测指标。此外，心脏调节能力与心肌梗塞发生率呈负相关。作者提出，心脏调节能力反映了与独立的交感神经或副交感神经控制相关的生理状态，这些状态与健康状况相关性更高，或者这些控制之间的自主平衡可以通过不同的HRV测量指标。
尽管最常用的是频域（功率谱密度）分析和时域分析，但HRV可以用各种分析方法进行评估。自主神经活动，血压，呼吸和较高水平的控制系统之间的相互作用在HRV测量中会产生短期和长期的节律。
欧洲心脏病学会和北美起搏和电生理学工作组关于HRV的报告将心脏节律振荡分为4个主要频段：高频（HF），低频（LF），甚低频（VLF）和超低频（ULF）。尽管经常使用其他记录周期，但大多数HRV分析是在5分钟内（24小时监测）进行的。当分析其他记录长度时，应报告记录的长度，因为这对HRV频率和时域值均有较大影响。
高频 high-frequency (HF)
HF范围从0.15赫兹到0.4赫兹，这相当于节奏在2.5到7秒之间发生。该频带反映了副交感神经或迷走神经活动。因为它对应于与呼吸周期有关的HR变化，称为呼吸性窦性心律不齐。将HRV与呼吸联系起来的机制很复杂，涉及中枢和反射相互作用。吸气过程中，心肺呼吸中心抑制迷走神经，导致HR加速。相反，在呼气过程中，迷走神经恢复，导致HR减慢。虽然振荡的幅度是可变的，但在健康人群中，它可以通过缓慢深呼吸来增加。在年轻的健康个体中，常见HF波段夜间明显增加，而在白天下降。在心理调节方面，迷走神经介导的HRV降低与自身调节能力和认知功能降低有关，其涉及前额皮质的执行中心，同时低频功率与压力，恐慌，焦虑或担心有关。副交感神经活动降低似乎是老年人中HRV降低的原因，大量研究表明，总迷走神经阻滞基本上消除了HF振荡，并降低了LF范围的功率。一些研究者已经使用药物封锁（例如阿托品），发现包括LF和VLF频带在内的HRV大大减少，。因此，他们得出结论，所有HRV都是通过副交感神经机制（如呼吸）产生的。然而，这些研究没有考虑到阿托品和相关药物的作用不仅仅是阻断副交感神经活动。这些物质也针对内在的心脏神经系统，特别是局部循环神经元，这与HRV的产生有重要影响。
低频 low-frequency (LF)
低频范围介于0.04 Hz和0.15 Hz之间，相当于节奏或调制周期在7到25秒之间。这个区域之前被许多研究人员称为“压力感受器范围”或“中频带”，因为它主要反映静息时的压力感受器活性，压力感受器是位于心脏和腔静脉腔内的拉伸敏感性机械感受器，压力反射增益减少与衰老和调节能力受损有关。心血管系统共振频率是一个独特的高幅度峰值， HRV功率谱约为0.1 Hz。很久以前就已经确定，它是由于心脏和大脑之间的压力反射系统内的反馈环路延迟引起的。在人类和许多其他哺乳动物中，系统的共振频率大约为0.1Hz，这也是后面描述的相干态的特性。交感神经系统对0.1Hz以上的节律似乎没有太大影响，而副交感神经系统可以观察到影响心律至0.05Hz（20秒节律）。因此，在呼吸频率缓慢的时期，迷走神经活动很容易在心率节律中产生振荡，进入低频带。在动态24小时HRV记录中，有研究人员认为LF频带反映交感神经活动，LF / HF比值一直被有争议地用于评估交感神经和副交感神经活动之间的平衡。一些研究人员对这一观点提出质疑，并提出在静息状态下，LF频带反映压力反射活动，而不是心脏交感神经支配
甚低频 very-low-frequency (VLF)
VLF的功率范围在0.0033至0.04 Hz之间，相当于节奏或调制周期在25至300秒之间。虽然所有反映低HRV的24小时临床指标都与不良结局风险增加有关，但VLF频带与LF和HF频带的全因死亡率相关性更强，低VLF功率已显示与心律失常性死亡和创伤后应激障碍（PTSD）相关。此外，该频带的降低与炎症相关，并与低水平的睾酮有关。其他生化标志物，如由下丘脑 - 垂体 - 肾上腺轴（HPA）介导的那些标志物（如皮质醇）则没有。使用24小时HRV记录可以获得更长的时间段以提供综合评估VLF和ULF波动.历史上，生成VLF所涉及的生理学解释和机制尚未像LF和HF组件那样明确。尽管这个频段对不良后果的预测影响最大，但该频段在很大程度上被忽略了。有研究显示交感神经阻滞不影响VLF的能力，其结果支持VLF节律起源于心脏。正常的VLF能量反应出健康的生理机能，并且静息VLF能力的增加和其频率的移动可以反映出传出交感神经活动。
超低频 ultra-low-frequency(ULF)
低于0.0033赫兹(5.6分钟)，ULF反应出大于5分钟，它只能在24小时或更长的测试中观超低频带（ULF）低于0.0033 Hz（333秒或5.6分钟）。 5分钟或更长时间的心律振荡事件反映在该频带中，并且只能用24小时和更长时间的记录进行评估.HR中的昼夜节律振荡是ULF功率的主要来源，其他如核心体温调节，新陈代谢和肾素 - 血管紧张素系统可能会增加该频带的能力荡。当对整个24小时记录应用频谱分析时，在健康个体中容易检测到几个较低频率的节律，而由心脏产生的昼夜节律，核心体温，新陈代谢，激素和内在节律都有助于降低VLF和UL。在健康个体中，夜间发生的VLF功率会增加，并在醒来之前达到峰值。自主神经活动的增加似乎与早晨皮质醇峰值相关。
本期编译为大家介绍了心率变异性（HRV）及其四个主要频段的概念及作用等。今后我们还会将这篇文章的其他部分编译给大家，敬请期待。
参考文献：Mccraty R, Shaffer F. Heart Rate Variability: New Perspectives on Physiological Mechanisms, Assessment of Self-regulatory Capacity, and Health risk[J]. Global Advances in Health & Medicine, 2015, 4(1):46-61.
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