射血分数降低的心力衰竭患者Lorenz-RR散点图特点及其与心率变异性、心功能的关系研究

李明明，康宏，姚亚丽，余飞，马正科

心率变异性（heart rate variability，HRV）是指通过记录每次心脏搏动（以下简称心搏）间期的微小变异来反映心脏自主神经系统的活性，可作为定量评估副交感神经和交感神经张力的重要指标。有研究表明，HRV是慢性心力衰竭（chronic heart failure，CHF）患者预后的独立预测因子［1］。既往临床针对HRV的分析很难消除动态心电图记录的RR间期的干扰及伪差心搏，这势必会影响HRV时域和频域的分析结果。近年临床越来越关注心律失常患者HRV、Lorenz-RR散点图情况。Lorenz-RR散点图又称心电散点图、Lorenz图或Poincare图，是由“混沌理论之父”Edward Norton Lorenz和“混沌理论奠基人”Jules Henri Poincare的姓氏进行命名［2］，其是将长程心电信息集中在二维坐标系中，对连续心搏的RR间期按时间序列迭代追踪得到的图形。本研究旨在探讨射血分数降低的心力衰竭（heart failure with reduced ejection fraction，HFrEF）患者Lorenz-RR散点图特点及其与HRV、心功能的关系，以期为Lorenz-RR散点图的临床应用提供参考。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取2019年8月—2020年10月兰州大学第一医院收治的HFrEF患者128例作为研究组，均符合《中国心力衰竭诊断和治疗指南2018》［3］中的HFrEF诊断标准，纽约心脏病协会（New York Heart Association，NYHA）分级为Ⅱ～Ⅳ级。排除标准：（1）合并心房颤动、心房扑动、窦房结综合征、心脏起搏器植入术后者；（2）近3个月内发生急性脑血管疾病、急性心肌梗死者；（3）伴发热、甲状腺功能亢进症、慢性阻塞性肺疾病、严重肝肾功能不全〔丙氨酸氨基转移酶（alanine aminotransferase，ALT）＞参考范围上限值的2倍、肌酐（creatinine，Cr）＞250 μmol/L〕等对自主神经功能有影响的疾病者；（4）临床资料不完整者。患者合并症：冠心病83例（51.56%），高血压66例（33.28%），扩张型心肌病34例（26.60%）；用药情况：β-受体阻滞剂109例（85.00%），血管紧张素转换酶抑制剂（angiotensin converting enzyme inhibitor，ACEI）/血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂（angiotensin Ⅱ receptor antagonist，ARB）91例（71.09%），利尿剂64例（50.00%）。根据NYHA分级将研究组患者分为Ⅱ级亚组49例、Ⅲ级亚组45例、Ⅳ级亚组34例。另选取本院同期收治的100例体检健康人群作为对照组，均否认高血压、糖尿病、冠心病、甲状腺功能亢进症等基础疾病，并经体格检查及相关辅助检查无明显影响HRV的疾病证据。

1.2 方法

1.2.1 临床资料收集 收集受试者的临床资料，包括年龄、性别、体质指数（body mass index，BMI）、心功能指标〔左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）、N末端脑钠肽前体（N-terminal pro-brain natriuretic peptide，NT-proBNP）〕、实验室检查指标〔天冬氨酸氨基转移酶（aspartate aminotransferase，AST）、ALT、Cr、空腹血糖（fasting blood-glucose，FBG）、总胆固醇（total cholesterol，TC）、三酰甘油（triacylglycerol，TG）、低密度脂蛋白胆固醇（low density lipoprotein cholesterol，LDL-C）、高密度脂蛋白胆固醇（high density lipoprotein cholesterol，HDL-C）〕。

1.2.2 Lorenz-RR散点图绘制及HRV指标收集 应用美国DMS公司生产的12导联Holter分析系统自动检测技术同步绘制Lorenz-RR散点图，原理是以相邻RR间期分别在二维坐标系迭代作点于坐标系的X轴、Y轴，其中长轴为沿X、Y坐标轴间45°的等分线上测量图形的长度，短轴为垂直于长轴方向的宽度，计算长轴/短轴、面积，面积=（π×长轴×短轴）/4［4］，Lorenz-RR散点图形态有棒球拍状、鱼雷状、梭状、短棒状、不规则状，见图1。

图1 Lorenz-RR散点图Figure 1 Lorenz-RR plot

记录受试者计算机自动HRV分析软件生成的HRV时域指标〔24 h内所有窦性RR间期标准差（standard diviation of NN intervals，SDNN）、24 h内 每 5 min窦性RR间期平均值的标准差（the standard deviation of all 5-min averaged intervals，SDANN）、24 h内所有相邻窦性RR间期的均方根差（root mean square of successive differences，rMSSD）、24 h内相邻RR间期差值超过50 ms的个数在窦性心搏总数中的百分比（percent of the number whose difference between adjacent NN interval are more than 50 ms，PNN50）、三角指数〕、频域指标〔低频功率（low frequency power，LF）、高频功率（high frequency power，HF）〕。其中三角指数为NN间期的总数目与NN间期直方图高度的比值，参考范围为（37±15）。频域的一般限值为0.15 Hz，其中频域为0.003～0.04 Hz为极低频，0.04～0.15 Hz为LF，0.15～0.40 Hz为 HF［5］。

1.3 统计学方法 应用 SPSS 26.0统计学软件进行数据处理。符合正态分布的计量资料以（±s）表示，多组间比较采用单因素方差分析，组内两两比较采用SNK-q检验，两组间比较采用独立样本t检验；计数资料以相对数表示，组间比较采用χ2检验；采用Pearson相关分析探讨HFrEF患者Lorenz-RR散点图指标与HRV指标、NYHA分级间的相关性。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 研究组和对照组临床资料比较 两组年龄、男性比例、BMI、AST、ALT、Cr、FBG、TC、TG、LDL-C、HDL-C比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；研究组NT-proBNP高于对照组，LVEF低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 研究组和对照组临床资料比较Table 1 Comparison of clinical data between the study group and the control group

2.2 研究组和对照组Lorenz-RR散点图及HRV指标比较 研究组Lorenz-RR散点图的长轴、短轴、长轴/短轴、面积及SDNN、SDANN、rMSSD、PNN50、三角指数、LF、HF小于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2 研究组与对照组Lorenz-RR散点图及HRV指标比较（±s）Table 2 Comparison of Lorenz-RR plot and HRV indexes between the study group and the control group

表2 研究组与对照组Lorenz-RR散点图及HRV指标比较（±s）Table 2 Comparison of Lorenz-RR plot and HRV indexes between the study group and the control group

注：HRV=心率变异性，SDNN=24 h内所有窦性RR间期标准差，SDANN=24 h内每5 min窦性RR间期平均值的标准差，rMSSD=24 h内所有相邻窦性RR间期的均方根差，PNN50=24 h内相邻RR间期差值超过50 ms的个数在窦性心搏总数中的百分比，LF=低频功率，HF=高频功率

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2.3 研究组和对照组Lorenz-RR散点图图形比较 研究组Lorenz-RR散点图中鱼雷状、梭状、短棒状、不规则状发生率高于对照组，棒球拍状发生率低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表3。

表3 研究组与对照组Lorenz-RR散点图图形比较〔n（%）〕Table 3 Comparison of Lorenz-RR plot shape between the study group and the control group

2.4 相关性分析 Pearson相关分析结果显示，HFrEF患者Lorenz-RR散点图的长轴与SDNN、SDANN、PNN50、三角指数、LF、HF呈正相关（P＜0.05）；短轴与rMSSD、PNN50、LF、HF呈正相关（P＜0.05）；长轴/短轴与SDANN呈正相关，与rMSSD、PNN50呈 负 相 关（P＜0.05）； 面 积 与SDNN、SDANN、rMSSD、PNN50、三角指数、LF、HF呈正相关（P＜0.05），见表4。

表4 HFrEF患者Lorenz-RR散点图指标与HRV指标间的相关性分析Table 4 Correlation analysis between Lorenz-RR plot indexes and HRV indexes of patients with HFrEF

2.5 Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级亚组Lorenz-RR散点图及HRV指标比较 Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级亚组Lorenz-RR散点图的短轴、rMSSD、PNN50比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级亚组Lorenz-RR散点图的长轴、长轴/短轴、面积及SDNN、SDANN、三角指数、LF、HF比较，差异有统计学意义（P＜0.05）；其中Ⅲ、Ⅳ级亚组Lorenz-RR散点图的长轴、面积及SDNN、SDANN、三角指数、LF、HF小于Ⅱ级亚组，Ⅳ级亚组Lorenz-RR散点图的长轴/短轴小于Ⅱ级亚组，差异有统计学意义（P＜0.05）；Ⅳ级亚组Lorenz-RR散点图的长轴、面积及SDNN、SDANN、三角指数、HF、LF小于Ⅲ级亚组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表5。

表5 Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级亚组Lorenz-RR散点图及HRV指标比较（±s）Table 5 Comparison of Lorenz-RR plot indexes and HRV indexes in the subgroups of Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ grade

表5 Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级亚组Lorenz-RR散点图及HRV指标比较（±s）Table 5 Comparison of Lorenz-RR plot indexes and HRV indexes in the subgroups of Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ grade

注：与Ⅱ级亚组比较，aP＜0.05；与Ⅲ级亚组比较，bP＜0.05

项目 Ⅱ级亚组（n=49）Ⅲ级亚组（n=45） Ⅳ级亚组（n=34） F值 P值Lorenz-RR散点图指标长轴（mm） 17.38±4.83 14.22±3.43a 10.94±3.87ab 24.657 ＜0.001短轴（mm） 3.30±1.13 3.11±1.27 2.75±1.07 2.215 0.113长轴/短轴 5.56±1.51 4.94±1.31 4.54±2.07a 4.233 0.017面积（mm2） 47.78±29.21 36.88±22.16a 24.68±16.33ab 9.431 ＜0.001 HRV指标SDNN（ms） 103.76±47.52 81.29±29.79a 61.03±18.62ab 14.69 ＜0.001 SDANN（ms） 87.10±39.31 67.02±24.85a 53.50±17.92ab 13.07 ＜0.001 rMSSD（ms） 27.32±3.90 29.89±20.86 24.15±10.38 2.754 0.068 PNN50（%） 4.96±7.12 5.09±9.12 3.41±3.56 0.625 0.537三角指数 25.51±8.53 20.68±7.28a 13.96±6.68ab 22.93 ＜0.001 LF（ms2） 296.29±92.58 193.67±132.43a 109.55±69.66ab 9.548 ＜0.001 HF（ms2） 136.80±126.71 79.38±70.29a 63.24±60.08ab 7.366 0.001

2.6 相关性分析 Pearson相关分析结果显示，HFrEF患者NYHA分级与Lorenz-RR散点图的长轴、短轴、长轴/短轴、面积呈正相关（r值分别为0.532、0.182、0.362、0.250，P值均＜0.001）。

3 讨论

HRV是临床评估自主神经张力的常用参数。据报道，HRV是心血管疾病患者预后的有力预测指标，其中心力衰竭的发生发展常伴有自主神经功能受损，而自主神经功能紊乱是导致心力衰竭患者死亡的主要原因之一［6］。有研究认为，心功能越差，HRV降低越明显［7］。HRV的分析方法包括线性分析和非线性分析，其中HRV线性分析直观但灵敏度差，受异位搏动心律、逸搏及人为因素的影响较大，难以反映交感神经与迷走神经间的均衡性，且人体HRV并不完全符合线性规律，HRV是一种看似无序实则有序可循的混沌现象，现实中更符合非线性变化过程。因此，近年非线性理论的Lorenz-RR散点图分析法应用广泛。

Lorenz-RR散点图是基于长程心电图收集的大量心电数据，运用非线性混沌理论和迭代方法描记的连续心电RR间期图，并通过计算机将所有的点汇聚在一个可视的二维坐标系中［8］。其除了可直观地展现HRV外，更能将异位搏动心律及伪差自动排除在窦性心律吸引子之外，提取窦性心搏图形，进而计算更为精准的HRV，同时还可肉眼直接观察及精确测量窦性心律图形及大小，即可在排除异位心搏的干扰下分析HRV，可在提高HRV分析精确度的同时提高工作效率［9］。目前Lorenz-RR散点图不仅被用于HRV的分析，还用于心律失常的快速诊断、呼吸模式变异性及癫痫发作情况的观察等［10-11］。正常健康人群Lorenz-RR散点图呈棒球拍状，长轴位于坐标的45°等分线上，可显示一段时间内窦性RR间期的总体变化，因此Lorenz-RR散点图的长轴可反映交感神经张力大小，短轴可反映迷走神经张力大小，面积指Lorenz-RR散点图45°等分线上分布窦性点集图形面积，可反映自主神经张力大小［12-13］。

本研究结果显示，研究组Lorenz-RR散点图的长轴、短轴、长轴/短轴、面积及SDNN、SDANN、rMSSD、PNN50、三角指数、LF、HF小于对照组，且Ⅲ、Ⅳ级亚组Lorenz-RR散点图长轴、面积及SDNN、SDANN、三角指数、LF、HF小于Ⅱ级亚组，Ⅳ级亚组Lorenz-RR散点图长轴/短轴小于Ⅱ级亚组；Ⅳ级亚组Lorenz-RR散点图长轴、面积及SDNN、SDANN、三角指数、LF、HF小于Ⅲ级亚组，可见HFrEF患者Lorenz-RR散点图的量化指标均下降，且随着心功能恶化，其SDNN、SDANN、三角指数、LF、HF下降更明显。但HFrEF患者rMSSD和PNN50随心功能恶化虽有下降趋势但无统计学意义，与既往文献报道不符［14］，考虑可能与本研究患者基础疾病、样本量小有关。

本研究Pearson相关分析结果显示，HFrEF患者Lorenz-RR散点图的长轴与SDNN、SDANN、PNN50、三角指数、LF、HF呈正相关，提示若Lorenz-RR散点图长轴降低即可表明HFrEF患者24 h心率波动减少，总体HRV减小，提示自主神经调节功能受损。另外，Lorenz-RR散点图的短轴与rMSSD、PNN50、LF、HF呈正相关，提示HFrEF患者交感神经作用亢进，迷走神经的抑制性保护作用减弱，与既往文献报道一致［15-16］。同时笔者还发现，Lorenz-RR散点图的长轴/短轴与SDANN呈正相关，与rMSSD、PNN50呈负相关，可见Lorenz-RR散点图的长轴/短轴可用于衡量自主神经张力对心率的调控作用。

本研究结果还显示，研究组Lorenz-RR散点图中鱼雷状、梭状、短棒状、不规则状发生率高于对照组，棒球拍状发生率低于对照组，表明HFrEF患者Lorenz-RR散点图以鱼雷状为主，部分呈梭状或短棒状。本研究结果亦显示，HFrEF患者NYHA分级与Lorenz-RR散点图的长轴、短轴、长轴/短轴、面积呈正相关，与冀晓冲［17］研究结果一致，可见Lorenz-RR散点图的量化指标可用于评价HFrEF患者的心功能。

《中国心力衰竭诊断和治疗指南2018》［3］推荐，β-受体阻滞剂可降低HFrEF患者全因死亡、心血管死亡、心源性猝死及心力衰竭住院风险，故推荐除具有禁忌证或不耐受以外的HFrEF患者选用β-受体阻滞剂。本文研究组患者在行24 h动态心电图检查前已给予β-受体阻滞剂，其可通过直接或间接抑制肾素-血管紧张素-醛固酮系统来上调心肌细胞的β受体，并恢复其对交感神经刺激的敏感性，使心脏交感神经活性降低，迷走神经活性增强，进而改善心脏自主神经调节能力，故β-受体阻滞剂可能会对本研究结果造成一定影响。

综上所述，HFrEF患者Lorenz-RR散点图的量化指标均下降，形状多呈鱼雷状、梭状、短棒状、不规则状，与HRV指标、心功能均具有一定相关性。因此，Lorenz-RR散点图能直观且定量地分析HFrEF患者HRV，也可为患者心功能不全评估提供参考。

但本研究为小样本量的单中心研究，且β-受体阻滞剂可能会对本研究结果造成一定影响，故需在后续研究中扩大样本量、联合多中心进一步探讨Lorenz-RR散点图所隐藏的心电生理信息。

作者贡献：李明明进行文章的构思与设计；康宏、姚亚丽进行研究的实施与可行性分析；李明明、余飞、马正科进行数据收集、整理、分析，结果分析与解释，撰写并修订论文；康宏、姚亚丽负责文章的质量控制及审校，并对文章整体负责、监督管理。

本文无利益冲突。