心率变异性生物反馈改善卒中后抑郁压力反应的研究①

李欣，桑德春，邢春晓，陈炘钧，5，宋鲁平

·临床研究·

心率变异性生物反馈改善卒中后抑郁压力反应的研究①

李欣1，2，3，桑德春1，2，3，邢春晓4，陈炘钧4，5，宋鲁平1，2，3

目的探讨认知压力刺激下，心率变异性生物反馈改善自主神经系统功能从而降低压力反应的机制。方法2013年5月～2015年12月，将48例脑卒中后抑郁患者随机分为反馈组（n=25）和对照组（n=23）。反馈组给予心率变异性生物反馈治疗，而对照组仅使用电脑开展放松治疗而没有反馈信号。以认知能力测试作为压力源，在治疗前后分别比较安静基线状态下、压力状态下及休息状态下心率变异性指标。结果压力刺激下，对照组低频段升高速度高于反馈组（P=0.02），反馈组心率下降而对照组升高（P= 0.05）；结束时反馈组心率下降且最终低于基线水平（P=0.02）。结论应对认知压力刺激时，心率变异性生物反馈通过降低交感神经敏感性，使个体的交感神经和副交感神经达到动态的平衡。

脑卒中；心率变异性；生物反馈；压力

［本文著录格式］李欣，桑德春，邢春晓，等.心率变异性生物反馈改善卒中后抑郁压力反应的研究［J］.中国康复理论与实践，2016，22（8）：914-920.

CITED AS：Li X，Sang DC，Xing CX，et al.Effects of heart rate variability biofeedback therapy on stress reaction in patients with post-stroke depression［J］.Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian，2016，22（8）：914-920.

20世纪70年代生物-心理-社会医学模式的提出，使得压力应激与健康和疾病的关系愈来愈受到人们的重视［1］。脑卒中给人体带来严重的危害，致死率和致残率高。脑卒中患者受心理、生理和社会等多方面因素的影响，出现心理健康问题普遍，常常伴发脑卒中后抑郁［2］。在这种社会突发事件和家庭突发事件双重压力源的作用下，如果没有及时有效地自我调节，会导致患者躯体症状加重，严重影响神经功能的恢复，延缓功能缺损恢复的时间，影响患者的生活质量，给患者个人、家庭及社会带来沉重负担。

压力所致的情绪反应与自主神经活动密切相关。自主神经分为交感神经和副交感神经两类，情绪反应发生时伴随交感和副交感等自主神经系统功能的改变。心率变异性（heart rate variability，HRV）是评价交感、副交感神经平衡性的一种简单、有效的方法。HRV的时域指标有R-R间期连续差异均方根（root mean square of successive differences，rMSSD）、R-R间期平均值的标准差（standard deviation of the averages of normal sinus to normal sinus，SDANN）、R-R间期的标准差（standard deviation of normal to normal，SDNN）、心率（heart rate，HR）。HRV各时域指标反映交感和迷走神经总的张力大小，是对自主神经系统功能整体估计的重要指标之一。频域指标是根据心跳快慢的变化情况分为不同频段，其中高频段（high frequency，HF）反映副交感神经的活动，低频段（low frequency，LF）主要反映交感神经的活动，低频与高频的比值（LF/HF）能够反映交感神经和副交感神经在情绪反应中的激活方式［3］。

自我调节是指人们改变或抑制思维、情感、冲动或外显行为的能力，与生理和心理健康指数有着非常密切的关系。近来研究者指出HRV也可以作为自我调节能力的生物指标［4-5］。自我调节能力存在个体差异，较高的静息HRV被认为和健康行为相联系，比如HRV高的人群，能够更好地进行情绪调节和更具适应性的应对策略，在认知和注意任务中有更好的成绩，更好的冲动控制能力。既然现阶段越来越多的证据表明HRV可以作为自我调节能力的生物指标，那么是否能通过提高HRV的生物反馈治疗，使卒中后抑郁患者获得较高的HRV，进而提高其自我调节能力来对抗压力刺激，还需进一步研究。

HRV生物反馈训练患者以共振频率大约每分钟呼吸6次，使LF反馈信号升高，并调整呼吸与心率波动达到同步，从而获得最大的HRV［6］。HRV反馈以LF为反馈指标，改善心理生理指标及临床症状，尤其适用于各种与HRV降低自主神经功能障碍相关的心身性疾病。HRV的生物反馈可减少创伤后应激障碍者的物质滥用［6］，降低食物成瘾等［7］。李欣等曾针对脑卒中后抑郁患者应用HRV生物反馈做了大量的研究，发现患者情绪、睡眠及HRV指标改善，但是应对压力刺激的报道较少［8］。

本研究拟采用不同认知测试项目为压力的刺激源，探讨HRV生物反馈对于压力刺激的生理唤醒方式，以期为负性突发事件的压力干预提供有力的客观依据。

1　资料与方法

1.1一般资料

选择2013年5月～2015年12月在北京博爱医院进行康复治疗的住院患者48例，均符合1995年全国第四届脑血管病学术会议制定的脑卒中诊断标准，并经颅脑CT或MRI证实。按自愿的原则，应用随机对照表将患者分为反馈组（n=25）和对照组（n=23）。

纳入标准：①年龄18～75岁，男女不限；②伴有肢体运动障碍，脑卒中首次发作；③符合国际疾病分类标准编码（International Classification of Disease，ICD-10）抑郁状态，不伴精神病性症状的诊断标准，伴或不伴焦虑症状，且汉密尔顿抑郁量表（Hamilton Depression Scale，HAMD）-24项总分大于20分；④在脑卒中发病后2～6个月内测试，各项生命体征平稳；⑤神志清楚，定向力完整，无明显记忆、理解和智力障碍；⑥小学以上文化程度；⑦能够配合完成各项测试和治疗，并签署知情同意书。

排除标准：①抑郁状态，伴精神病性症状；②既往精神障碍及情绪障碍病史；③伴发严重肺感染、中枢性呼吸衰竭、电解质紊乱、高热等影响心脏活动的疾病；④伴发其他器质性疾病，心律失常病史（房颤、频发早搏）、甲亢、晕厥史及自主神经功能紊乱，应用影响自主神经活性的药物及物质；⑤严重意识障碍、痴呆、认知障碍及失语症；⑥脑干梗死；⑦严重构音障碍和吞咽障碍；⑧近期家庭突然出现意外事件或有不良的应激性生活事件（如丧偶、丧子、下岗等）；⑨不能配合、不能依从治疗方案，反馈组开展5次训练仍无法掌握呼吸要领。

所有患者均签订知情同意书。一般资料见表1。

表1　两组患者一般资料

1.2方法

两组患者均给予常规康复治疗，包括运动疗法、作业疗法、理疗、中医疗法及心理治疗和药物治疗。反馈组在此基础上给予HRV生物反馈治疗，每次30 min，每周3次，共4～6周，10次为1个疗程。对照组仅使用电脑开展放松治疗而没有反馈信号，使其平静呼吸，保持清醒。

HRV生物反馈训练在北京博爱医院的生物反馈及认知实验室中进行。VBFB-3000多通道生物反馈诊疗系统（双屏显示）由南京伟思医疗科技有限责任公司提供。反馈组实施方案基于HRV生物反馈治疗指南［9］。患者以放松、自然方式主动调整呼吸的频率和幅度，进行有控制的深慢的腹式呼吸、噘唇呼吸，呼吸要轻松舒适又不要太费力，防止由于呼吸过深造成的过度换气。呼气时程长于吸气时程。当患者掌握呼吸频率降低的呼吸要领后，告诉患者心率和呼吸有同步变化规律，即吸气时心率上升，呼气时心率下降。把心率变异及呼吸相的模式图同时显示在屏幕上，指导患者调整呼吸而改变心率快慢波动的图像变化，使心率随同呼吸进行同步的变化，并逐步提高心率波动的幅度。患者学会这种自我锻炼的呼吸模式后，在家中模拟反馈的感受坚持训练，不断地强化这些反射。

1.3评价指标

压力实验采用《基本认知能力测验》（1.0单机版）及其软件。压力实验一共分四个阶段，按照顺序包括压力前基线（course 1）、心算压力阶段（course 2）、再认压力阶段（course 3）、压力后休息（course 4），即C1、C2、C3、C4四个阶段。应用多通道生物反馈诊疗系统分别对这4个阶段采集生理参数并对数据进行转换。每阶段采集时长为3 min。压力认知测试部分要求患者按照指导语“既快又准确”完成心算和再认回忆测试任务，压力期中间没有休息。

为了降低由于样本个体差异而造成的统计偏差，便于分析比较，我们以各个过程间的变化率，进行治疗前后比较及两组之间比较。以C1阶段为参考，得到各过程相比C1阶段的变化率（即C2/C1、C3/C1、C4/C1）；以C2阶段为参考，得到各过程相比C2阶段的变化率（即C3/C2、C4/C2）；以C3阶段为参考，得到过程相比C3阶段的变化率（即C4/C3）。每个过程各采集3 min HRV等生理参数数据作为分析指标，针对各个时间段变化率进行比较分析，并评价两组的疗效差异。

1.4统计学分析

2　结果

2.1压力状态LF变化情况

两组治疗前各阶段LF变化率无显著性差异（P＞0.05）。治疗后两组比较，LF从C1到C2阶段，两组LF均升高，但对照组LF升高速度是反馈组的近9倍（P＜0.05）。其他阶段变化率与对照组无显著性差异（P＞0.05）。见表2、表3。

2.2压力状态HF变化情况

两组治疗前及治疗后各个阶段HF变化率相似，两组比较无显著性差异（P＞0.05）。见表2、表3。

2.3压力状态心率变化情况

两组治疗前各阶段心率变化率比较无显著性差异（P＞0.05）。治疗后两组比较，在C3阶段，反馈组心率降低，而对照组心率仍在升高，两组之间变化率比较有显著性差异（P＜0.05）。在C4阶段，两组心率均下降，反馈组心率下降速度较对照组缓慢，最终心率低于基线水平，而对照组在相同时间里心率下降幅度大，但最终仍高于基线心率水平，两组变化率比较有差异（P=0.05），但没有达到统计学意义。其他阶段变化率与对照组无显著性差异（P＞0.05）。见表2、表3。

3　讨论

1936年Selye把压力应激定义为人体各个系统对外界需要的非特异生理反应［10］，并提出“全身适应综合征”的概念，指出压力时会伴随一系列身体反应，如心率加快、血压升高、呼吸加快、胃肠蠕动减慢等［11］。此后，压力应激概念进一步发展，Trevor在Selye基础上提出，应激是机体对难以应付的或认为难以应付的任何要求的多重系统反应，是选择性自我平衡的反应机制。

有研究发现心理压力、抑郁和焦虑与自主神经系统活动的失常相关［13-14］，不同生理疾病的患者存在着不正常的自主神经活动，如心血管疾病［15］、肠激惹综合征［16］、偏头痛［17］和心率失常［18］。因此有人提出，自主神经系统调节适应过程的微型失调对身体健康产生了不良影响［19］。

皮层下水平对生理引起的自主神经系统反应进行调节，是自下而上的控制模式；而心理压力引起的自主神经系统反应由更高级脑结构调节，比如前额叶。脑卒中患者脑部功能受损后神经传导通路受累，自主神经逐渐失去中枢的整合作用，导致交感与副交感之间的平衡严重破坏，HRV偏低，再加上躯体运动障碍，不能正常控制自己肢体，甚至生活无法自理，导致应对这些严重复杂的压力刺激的能力低下，表现为焦虑抑郁的情绪反应、睡眠障碍、失能、惰性强、容易疲劳、抵触训练，甚至诱发或加重心脑血管病等严重疾病。

表2　压力状态的HRV

表3　压力状态的HRV变化情况

HRV生物反馈后，对于外在环境压力的适应能力的变化如下。压力刺激开始，LF和HF都快速上升，在结束休息时下降。治疗后两组间比较LF变化率有显著性差异（P=0.02），反馈组LF缓慢升高，对照组LF明显升高，对照组增高的速度是反馈组的近9倍。说明认知心理压力刺激使交感和副交感神经均升高，刺激停止后同步下降。这与1991年Berntson等的研究一致，心理压力刺激过程中，自主神经系统各支的反应彼此独立，没有表现出交感神经和副交感神经系统此长彼消的交互影响模式［20-21］。心理压力能改变中枢-外周调节系统的反应性［22-23］，这些改变分别影响不同的通路，导致特定靶器官的交感或副交感神经系统活动的增强或减弱，持续时间过长或反应过度［24］，而且这些反应缺乏适应性，长时间存在会损害健康。

LF受迷走神经和交感神经共同调制，但主要反映交感神经的活动性。对照组受到压力刺激时，LF上升速度快，说明患者处于较高或过高的压力水平，交感神经兴奋性增加。生物反馈训练后LF受到压力刺激时上升缓慢，说明生物反馈降低了交感神经的敏感性，减缓了交感神经激活的速度和幅度，可以防止个体受到压力刺激后交感神经过度激活。一般认为，一定的压力水平可以提高工作效率，但是交感神经的过度激活却是导致心脑血管性疾病的重要机制，生物反馈有效地控制交感神经活性，提高了反应的适应性，为患者挑战压力及适应内外环境及快速调整自主神经创造条件。

总之，HRV生物反馈可以降低交感神经功能的敏感性，提高对各种压力的阈值，提高应对外部环境压力适应的能力。

本研究中HF随压力刺激的出现而升高，测试停止而减弱，与既往研究有所不同。Nolan等的研究表明，在运动压力任务和压力恢复过程之间HF有明显的升高，认为是迷走神经张力增加所致［25］。但是本研究中没有发现生物反馈对HF的明显作用，也就是说生物反馈并不是通过单一的增强副交感神经作用而应对认知测试的压力刺激的。

压力刺激下心率变化具体如下。压力刺激时，心率上升；压力停止，心率下降。经过治疗后，当压力刺激持续存在时，反馈组的心率出现下降，而对照组心率继续上升，两组间比较有显著性差异（P=0.02）。压力结束时，两组心率均下降，反馈组心率回到基线心率之下，而对照组心率仍高于基线水平。两组此阶段心率变化率有一定差异（P=0.05）。

综上所述，患者处于压力状态，由于交感神经反应速度快，交感神经张力增加占优势，生物反馈使交感神经功能的敏感性降低，所以心率、LF上升不明显。压力刺激结束时，反馈组在相对短的时间内使心率迅速回到基线，甚至达到比基线心率更低的水平，从而缩短压力恢复的时间。由于HF变化两组差别不大，很难用单一副交感神经对抗交感神经这种交互作用来解释。这可能是复杂机制，有待进一步研究。总之，自始至终，反馈组在压力刺激下心率围绕基线振荡范围不大，说明HRV生物反馈已经使个体的交感神经和副交感神经达到动态的平衡，增强了应对各种变化的适应性能力，缩短应对外部环境压力恢复的时间。

有很多研究认为，脑卒中抑郁患者在压力源作用下，下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA轴）功能持续亢进，从而发生一系列病理生理改变。若皮质醇反复或持续升高，海马皮质醇受体下调，此下调又会同时损伤糖皮质激素负反馈调节，从而导致下丘脑-垂体-肾上腺轴功能一直活跃，使海马受到更进一步损伤，并且造成情感障碍更加严重。下丘脑-垂体-肾上腺轴功能亢进，增高糖皮质激素通过诱导肝脏色氨酸吡咯化酶，降解血浆色氨酸，导致中枢色氨酸不足和5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）合成低下［26］。在长期压力状态下，也可促使体内5-HT、去甲肾上腺素（norepinephrine，NE）长期释放，可致5-HT、NE耗竭，也最终导致中枢5-HT、NE减少，使情感障碍更进一步加重［27］。

本研究认为，HRV生物反馈在应对认知测试的压力刺激时，可能通过调节HPA轴功能，减少糖皮质激素水平，降低交感神经活性，继续延续生物反馈的自主神经功能平衡机制而产生效应。生物反馈这种良性作用，既作用在反馈实施过程中，又延续到没有反馈信号作用的治疗间期，甚至在抵抗压力状态的过程中。Lehrer认为治疗后安静状态下压力感受器反射升高具有长期疗效，这可能是与压力感受器反射促使神经细胞重塑再生有关［28-29］。当患者掌握生物反馈的技巧并领悟到对情绪改善和应激事件处理，通过不断的训练，可以提高个体应对内部生理环境的适应能力和对外部环境压力恢复能力。深入研究生物反馈的持续作用神经免疫学机制，可为卒中后抑郁的治疗提供更广阔的思路。

本研究原希望找出客观单一的HRV指标，来评价生物反馈应对压力的相关数据，但只有低频段、心率两组之间有差别，而这些指标恰恰是由交感和副交感神经双重支配的，很难由此得出有关自主神经活动模式的结论。关于压力的自主神经反应模式研究有待完善数据扩大样本，严格控制无关因素，进一步明确机制。本研究中压力刺激源采用的是认知活动带来的心理压力，主要表现为心智压力，而非常见的担忧和焦虑，即情绪压力和运动负荷压力刺激。下一步可完善压力刺激源的种类和强度，更好地模拟现实生活，明确不同类型的自主神经活动模式。

我们所得到的数据支持HRV生物反馈治疗可以使脑卒中后抑郁患者获得较高的HRV指标，并在应对压力刺激时，通过调节心率、低频段，降低交感神经功能的敏感性，快速激活并强化迷走神经活性，缩短应对外部环境压力恢复的时间，增强应对各种变化的适应性能力。生物反馈是脑卒中后抑郁患者基础治疗的一项有益辅助性治疗手段。

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Effects of Heart Rate Variability Biofeedback Therapy on Stress Reaction in Patients with Post-stroke Depression

LI Xin1，2，3，SANG De-chun1，2，3，XING Chun-xiao4，CHEN Hsinchun4，5，SONG Lu-ping1，2，3
1.Capital Medical University School of Rehabilitation Medicine，Beijing 100068，China；2.Beijing Bo'ai Hospital，China Rehabilitation Research Center，Beijing 100068，China；3.Beijing Key Laboratory of Neural Injury and Rehabilitation，Beijing 100068，China；4.Department of Computer Science and Technology，Research Institute of Information Technology，Tsinghua National Laboratory for Information Science and Technology，Tsinghua University，Beijing 100084，China；5.Department of Management Information Systems，Artificial Intelligence Laboratory，University of Arizona，Tucson，AZ，USA

Correspondence to SONG Lu-ping.E-mail：songluping882002@aliyun.com

Objective To investigate the self-regulation of the autonomic nervous system following the cognitive stress tests after heart rate variability（HRV）biofeedback therapy in patients with post-stroke depression（PSD）.Methods From May，2013 to December，2015，48 patients with PSD were randomly divided into feedback group（n=25）and control group（n=23）.The feedback group received HRV biofeedback therapy，while the control group only received relaxation therapy without feedback signal.HRV parameters were tracked during the cognitive stress test in quiet baseline state，cognitive stress state，and resting state before and after treatment.Results Under the stress condition，the low frequency of both groups increased during the first cognitive test，and the rate was higher in the control group than in the feedback group（P=0.02）.The heart rates during the second cognitive test decreased in the feedback group，while increased in the control group （P=0.05）.After rest，the heart rate of the feedback group decreased below the baseline（P=0.02）.Conclusion During the cognitive stress test，HRV biofeedback therapy can achieve a dynamic balance between sympathetic and parasympathetic nerves by reducing sympathetic sensibility，which improved patients'adaptive capacity to cope with their internal physiological environment and external environmental pressures.

stroke；heart rate variability；biofeedback；stress test

10.3969/j.issn.1006-9771.2016.08.008

R743.3

A

1006-9771（2016）08-0914-07

1.国家自然基金项目（No.81341044）；2.中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目（No.2015CZ-49）；3.国家“863”项目（No.2015AA020102）。

1.首都医科大学康复医学院，北京市100068；2.中国康复研究中心北京博爱医院，北京市100068；3.神经损伤与康复北京市重点实验室，北京市100068。4.清华大学信息技术研究院计算机系，清华信息科学与技术国家实验室，北京市100084；5.亚利桑那大学管理信息系统系人工智能实验室，美国图森。作者简介：李欣（1977-），女，汉族，北京市人，博士，主治医师，主要研究方向：神经康复。通讯作者：宋鲁平，女，医学博士，心理学博士后，主任医师，教授，博士研究生导师，主要研究方向：神经康复，脑损伤后抑郁和认知障碍。E-mail：songluping882002@aliyun.com。

（2016-06-02

2016-07-19）