科學儀器把脈新技術:從心跳檢查自律神經功能-心跳變異率

在中醫就診常會看到醫師把脈,透過脈象可以知道身體的健康狀況。而在行為醫學裡,也有類似的技術來瞭解自律神經的功能。常聽到自律神經失調,這個名詞並非疾病診斷名稱,而是描述一種現象,是身體的平衡出現了問題,導致身體有一些症狀出現,但又不到疾病的診斷,可是個體卻有主觀的不適。這時候可能就是自律神經失調的警訊。

在行為醫學裡,會透過心電圖或測量脈搏,來偵測心臟跳動的時間和頻率,並分析心臟跳動的節奏,就可以知道自律神經的平衡。連續兩次心跳之間的時間間隔,稱為心率或叫心跳,以每分鐘心跳次數 (beats per minute,BPM)表示。

心跳和心跳之間的時間間距就稱為「心跳間距(Inter-beat interval, IBI)」,間距以心電圖中每個心跳所產生的R波來計算,所以也稱為「RR間距(RR interval)」,心電圖是以毫秒為單位(千分之一秒),心電圖乍看之下好像每次心臟跳動都是一樣的,但如果仔細觀察每次的心跳都有微小的變動。

這個心率值會隨著時間不斷變化,產生有快有慢的微小差異;如果每個心跳間距固定不變,那代表心臟的功能不是很好,也意謂缺乏了彈性。這種隨著時間不斷變化的現象稱為「心率變異」或「心跳變異率(Heart Rate Variation,HRV)」,主要受身體自律神經系統所控制。

透過心電圖的R波和R波之間的時間間距,就可以知道心跳的速度。每一次心跳之間的時間不同,所以就會有不同的心率變化。

自律神經系統互相配搭,主宰我們警覺和放鬆

自律神經系統(自主神經系統)運作是不受自己意志支配的,而是按其自身之規律來運作。主要功能在控制呼吸、心跳、腺體分泌、內臟器官的收縮與擴張等。自律神經分為「交感神經系統(sympathetic nervous system)」和「副交感神經系統(parasympathetic nervous system)」, 當個體面對壓力開始緊張焦慮時,交感神經會開始作用;而當壓力事件過去,負責抑制與修復的副交感神經開始作用,讓身體開始恢復放鬆的狀態。因此,交感神經負責興奮、戰鬥、代謝,所以與「戰鬥-逃跑系統(Fight-or-Flight System)」有關。而副交感神經負責抑制、儲存、修養等功能,所以和「休息-消化系統(Rest-and-Digest System)」有關。

自律神經由交感和副交感神經系統組成,而它們就很像油門和煞車,讓我們的身體功能可以平穩的運作。

為何測量心率變動,能偵測自律神經功能?

交感神經和副交感神經連結著心臟節律器,控制著心跳變快與變慢。所以從心跳和心跳之間的變化,可以知道心跳是在踩油門(交感神經)還是踩煞車(副交感神經)。油門是持續且緩慢的作用,因為心臟不能停止跳動,所以必須要持續性地作用,而副交感神經對心臟的作用是間歇性地,既然是煞車往往都是需要快速作用,所以副交感是間歇快速的。

交感和副交感就是一搭一唱,催油門和踩煞車,然後就像在哼著「催、煞、催、煞、催、煞…」只是有時候會唱得比較快,有時候唱得比較慢,這快慢之間就譜出了不同的頻率,而交感神經作用是持續緩慢(Tonic),因此頻率比較低的區域就由交感神經來哼唱;副交感神經作用是間歇快速(Phasic),所以頻率比較高的部分,就由副交感神經來掌握。

自律神經遍佈全身,所以身體的臟器都會有油門和煞車彼此配搭,理論上只要能夠測量到臟器在交感和副交感神經作用下的變化,一樣可以推估自律神經的功能,只是心臟的電位比較明顯且好測量,自然就成了評估自律神經功能的首選。但每個人的狀態可能因為不同時間而有差別,像是檢測前如果接到一個令人震驚的消息,身體一定會偏向交感神經的反應。所以雖然自律神經檢測僅能知道檢測「當下」自律神經的功能。

分析心跳變化,專有名詞稱為心跳變異率分析。就可以知道自律神經運作是否平衡,還是已經開始出現鈍化。這些分析的指標,可以作為健康狀況的參考。

HRV指標-自律神經功能分析原理

既然HRV可以反應自律神經功能健康,那要怎麼分析呢?首先受測者會記錄一段至少3-5分鐘的心電圖,接著計算出每個心跳間距的時間,接著將這些與時間相關的參數進行計算分析。就可以取得「時域分析(Time-Domain)」的指標,像是心跳間距標準差(Standard deviation of normal to normal R-R interval, SDNN)。

若將這些隨時間變化的心律曲線,透過傅立葉分析,轉換成不同的頻譜,就可以繪製出能量光譜密度分析圖,並取得「頻域分析(Frequency-Domain)」的指標,像是「高頻功率(High Frequency power, HF)」、「低頻功率(Low Frequency power, LF)」或「低頻/高頻功率比值(LF/HF Ratio)」等數據。藉以了解交感神經和副交感神經活性的運作情形。

透過時域和頻域分析,可以知道心跳變異指標,心跳變異度越高,代表自律神經功能越好。

交感神經與副交感神經系統運作模式

透過分析出來交感神經和副交感神經的活性高低,就可以大致區分四種自律神經的運作狀況。

一.交感神經高、副交感神經高

身心狀態俱佳。交感神經會使個體維持高度集中力,副交感作用讓個體仍保持冷靜與放鬆,處於身心平衡的狀態。

二.交感神經低、副交感神經高

無精打采。交感神經作用低,使個體較無精力去因應外在的任務,注意力難以集中,而副交感作用太過活躍,就好像煞車踩得很緊,因此個體很容易疲倦或者情緒低落。

三.交感神經低、副交感神經低

自律神經無法有效運作,出現慢性疲勞或有慢性疾病患者,會出現這種狀況。

四.交感神經高、副交感神經低

煩躁焦慮;長期承受壓力會處於這種狀況,交感活性高使個體處於緊繃狀態,但副交感神經無法完全發揮作用,使個體難以放鬆。

交感神經和副交感神經的高低組合,就有四種自律神經的狀態。一般來說交感神經和副交感神經都能以高效率的方式協調運作,是自律神經最好的身心狀態。

交感神經與副交感神經在體內會自主調控,維持適當的平衡。自律神經就像是電線,經由電流控制我們的器官,當自律神經出現了失衡的狀況,就會感覺到身心不適,這時去醫院檢查可能還不會出現大問題,但若置之不理,就可能出現健康問題。心跳變異率的評估,是不是很像行為醫學的脈象分析。

您或許會想知道,萬一科學把脈,發現自己的心跳變異率很差,有沒有辦法提升?答案是有的,下次再來和大家分享,如何提升心跳變異率,讓自己的身心更健康唷!