心率变异性与失眠及其非药物治疗关系研究进展☆

林文婷 赵光利 胡代杰 朱天民 余思奕

全球约1/3 成年人受失眠影响，失眠不仅导致日间疲乏、情绪障碍，还可能引起自主神经系统（autonomic nerves system，ANS）紊乱，表现为体温升高、皮肤电活动增强和心率变异性（heart rate variability，HRV）降低[1-2]。现有研究已证实，HRV 降低是失眠患者的常见特征[3]，反映ANS 功能失衡，并且自主神经症状改善对失眠症的治疗有一定帮助[4]。然而，关于失眠与HRV 之间的潜在关系，以及如何通过非药物治疗手段调节HRV 以改善失眠症状，目前的理解仍然有限。本综述旨在系统回顾当前关于失眠与HRV 之间关系的文献，特别关注非药物治疗方法对HRV 的潜在调节作用，探讨HRV 在失眠诊断、治疗和预后评估中作为生物标志物的可行性。

1 HRV的概述

HRV 即逐搏心跳周期之间差异的变化情况，是评估ANS 动力学的客观标志物，能够在生理和病理条件下提供交感神经和副交感神经调节的信息[5]。HRV 由ANS 与心脏、大脑相互作用共同产生，其发生机制复杂，目前仍未完全明了。大量研究表明，失眠患者的ANS 常常处于不平衡状态，使得HRV 成为了探索失眠病因及病理机制的重要生物标志物[6]。

HRV 的测量可通过动态心电图或睡眠多导图实现。HRV的记录方式可以分为静态（时间为数分钟）和动态记录（时间可长达24 h），其分析方法则可分为线性分析和非线性分析两类[7]。线性分析法进一步细分为时域分析、频域分析和时频分析。如表1所示，常用的时域指标有全部正常窦性心律R-R 间期的标准差（standard deviation of normal R-R intervals，SDNN）、相邻R-R 间期差值的均方根（root mean square of successive R-R interval differences，RMSSD）以及相邻R-R 间期之差＞50 ms 的心搏次数占总心搏次数百分比（proportion of NN50 divided by the total number of NN intervals，pNN50）。时域指标计算简单，意义直观，但其灵敏度和特异度低，不能进一步区分交感、副交感神经的张力及其均衡性的变化。常用的频域指标包括总功率（total power，TP）、极低频功率（very low-frequency，VLF）、高频功率（high frequency，HF）、低频功率（low frequency，LF）以及低频功率与高频功率的比值（low frequency/high frequency，LF/HF）。频域指标能明确反映ANS 的兴奋性活动，但缺乏时间和频率的定位功能。时频分析则能打破前两者单一应用的局限，但分析方法较为复杂。非线性分析方法能反映心率的瞬时变化，并描述心动周期变化的复杂性，从而提高HRV的准确性，但其生理意义尚未明确，且在实际应用中存在困难，尚未得到普遍使用。

Tab.1 Physiological significance of common HRV indicators表1 常见HRV指标的生理意义

2 失眠与HRV

睡眠过程主要由快速眼动睡眠（rapid eye movement sleep，REM）和非快速眼动睡眠（non-rapid eye movement sleep，NREM）两个阶段组成。在REM 阶段，自主神经表现出不稳定性，而在NREM 阶段相对稳定，这是ANS恢复和代谢活动增强的时期[8]。副交感神经成分随着睡眠深入而增加，而交感神经成分则与觉醒相关。一方面，研究发现失眠患者的大脑皮质活动、ANS 调节、代谢率和激素分泌等方面都出现了与生理唤醒相关的变化[9-10]。另一方面，HRV 副交感神经参数与睡眠质量及睡眠阶段之间存在明显的线性相关[11-12]。例如，副交感神经指标（RMSSD、pNN50、HF）与睡眠质量存在正相关[13]。研究表明，在入睡前阶段，较高的HF 和LF/HF 与较短的睡眠潜伏期、较少的觉醒事件以及睡眠效率的增加有关[14]。这些研究提示，失眠患者的ANS 处于失衡状态。见图1A。

Fig.1 Schematic diagram of the hypothetical mechanism of HRV in insomnia and its non pharmacological therapy for insomnia treatment图1 HRV 在失眠及其非药物疗法治疗失眠中的机制假设示意图失眠患者交感神经兴奋性增加，副交感神经兴奋性降低，通过非药物疗法可以平衡交感和副交感神经的兴奋性。注：CBT-I，认知行为疗法治疗失眠；HRV-BF，心率变异性生物反馈；ta VNS，经皮耳穴迷走神经刺激；LF，低频功率；VLF，极低频功率；LFnu，低频的归一化值；SDNN，正常R-R 间期的标准差；RMSSD，相邻R-R 间期差值的均方根；pNN50，相邻R-R 间期之差＞50 ms 的心搏次数占总心搏次数的百分比；HF，高频功率；LF/HF，低频功率与高频功率比值。

2.1 失眠患者相较于健康对照的 HRV 变化 BONNET 等[15]采用频域分析比较12 例失眠患者和相匹配的正常睡眠者，发现失眠患者在所有睡眠阶段的LF 增加，而HF 显著降低。类似地，SPIEGELHALDER 等[16]比较58 例失眠患者与46 名健康对照者，失眠患者的心率、时域指标（SDNN、RMSSD 以及pNN50）和频域指标中HF 均降低。这些结果提示失眠患者的交感神经兴奋性增强，副交感神经兴奋性降低。DE ZAMBOTTI 等[17]研究报道，失眠患者的LH/HF 降低，高频的归一化值（HF normalized units，HFnu）增加，且整夜持续存在交感神经过度激活状态。COSGRAVE 等[18]的研究发现，夜间觉醒次数多或觉醒指数高的失眠患者SDNN明显降低，提示自主神经活性降低。JARRIN 等[19]的研究表明，相较于正常睡眠持续时间（≥6 h）的对照组，客观睡眠时间短的失眠患者HF降低，LF/HF和心率升高。

如表2 所示，失眠患者的HRV 表现为时域指标（如SDNN、RMSSD 和pNN50）和频域指标（如HF）呈下降趋势，且与睡眠质量较差呈正相关。这表明失眠患者的ANS平衡被破坏，副交感神经调节作用减弱，自主神经活性下降，进而影响睡眠质量及其调节机制。该病理过程在未来的研究和临床工作中值得进一步关注和探索。

Tab.2 Relationship between HRV and insomnia and non pharmacological treatment表2 HRV与失眠及非药物治疗关系

2.2 失眠患者在不同睡眠阶段的HRV 变化 目前，许多研究已经开始探索失眠患者在睡眠不同阶段的HRV 变化。研究表明，正常REM 期间，交感神经活动增强，副交感神经活动减弱，而在NREM 期间观察到相反的趋势[20-21]。FARINA 等[22]研究指出，失眠患者（85例）相较于健康对照者（55 名），在睡前清醒阶段和NREM 第2 阶段（N2）表现出心率、LF 和LF/HF 增加，提示交感神经兴奋性增加。MIKOTEIT 等[23-24]的两项研究指出，失眠患者在REM 期间HRV由HF向VLF偏移[23]，并且在第1个REM 睡眠阶段和相邻的NREM 阶段，其HRV 均显著降低[24]。JARRIN 等[19]的研究强调在N2 阶段观察到总睡眠时间与HF 降低和LF/HF 升高有关，在REM 阶段失眠严重程度量表改善与HF 的增加相关。总的来说，失眠患者在NREM 及REM 期间HRV 水平降低，表示ANS的平衡性受到破坏，交感和副交感神经调节失衡。

以上结果表明，失眠患者在REM 阶段交感神经通常表现出异常亢奋，这可能导致入睡困难，而在NREM 期间副交感神经兴奋性较低（例如，HF 降低，LF/HF 增加），这与较差的睡眠质量有关。更重要的是，这些异常的HRV 变化不仅有潜力作为失眠的早期诊断指标，还有望为失眠的治疗和预后提供评估价值。

3 失眠的非药物治疗与HRV

常见的失眠非药物疗法包括认知行为治疗和物理治疗等，这些非药物治疗方法可能通过调节HRV 来改善失眠症状，从而提高睡眠质量。

3.1 认知行为疗法与HRV 改变 目前，认知行为疗法治疗失眠（cognitive behavioral therapy for insomnia，CBT-I）被广泛认为是失眠的首选治疗策略[25]。CBT-I包括睡眠卫生、刺激控制、睡眠限制、认知疗法和放松训练等[26]。JARRIN等[27]对65 例失眠患者进行6 周的CBT-I 后发现，总睡眠时间增加与LF/HF 升高之间存在关联趋势，并且在REM 期间失眠严重程度指数降低和HF 增加也呈现出关联趋势。一项针对57 例急性失眠患者的随机对照研究证实，一次性CBT-I可有效缓解失眠症状，在HRV 方面表现为LF 降低，HF 及HFnu 增高[28]。上述研究提示，CBT-I 可以通过抑制交感神经过度活跃和提高副交感神经活性来调节HRV，进而恢复自主神经功能的平衡。

3.2 物理疗法与HRV 改变 生物反馈是一种简单、便捷的物理治疗手段，已成为失眠的重要治疗方法。其中，心率变异性生物反馈（heart rate variability biofeedback，HRV-BF）是以HRV 为训练指标，借助生物反馈设备帮助改善交感和副交感系统反射的调节功能，增强两个系统之间的平衡调节，该方法在改善失眠方面取得了一定疗效[29-30]。LIN 等[31]研究发现，失眠患者进行6 周的HRV-BF 训练后，总睡眠时间增加、睡眠质量提高，并伴有HRV 指数（SDNN、LF 和TP）的升高。SDNN 和TP 升高的机制涉及压力感受器或压力反射敏感性的稳态改善、自主神经调节以及副交感神经传出的刺激。同样的，HERHAUS 等[32]的研究指出，HRV-BF 训练后患者睡眠质量改善与SDNN、TP 和LF 的增加有关。总的来说，HRV-BF 作为一种非药物、非侵入性的干预手段，可以显著提高HRV，调节交感与副交感神经平衡，从而提高ANS的稳定性。

近年来，经皮耳穴迷走神经刺激（transcutaneous auricular vagus nerve stimulation，ta VNS）已成为一种治疗失眠的新型方法[33]。赵亚楠等[34]对21 例失眠患者进行ta VNS 治疗，结果显示治疗后患者LF、HF、LF/HF、SDNN、RMSSD指标均有所增加。提示ta VNS可能通过调节自主神经功能起效，使ANS 偏向以副交感神经为主，从而间接减轻失眠症状。WU 等[35]的研究报道在持续ta VNS 状态下，HRV 与ta VNS疗效相关，ANS 对刺激更敏感的患者，其ta VNS 效果更佳，并且对比安慰剂组，治疗组的HF 和pNN50 明显增加，以及RMSSD 指标呈增长趋势。综上，通过调节HRV 的时域指标（SDNN、RMSSD）和频域指标（LF、HF、LF/HF），ta VNS 可以有效调节失眠患者的自主神经功能。

除此之外，研究发现失眠患者经香薰治疗后平均心率显著降低，光谱功率分析显示其SDNN、RMSDD 和HF 显著增加[36]，这提示香薰治疗可以调节失眠患者的ANS 活动。HRV指标改善反映了香薰治疗与副交感神经系统的相互作用，有助于调节焦虑并改善自我报告的睡眠质量。

非药物治疗失眠的机制可能涉及增强副交感神经活动以平衡ANS功能（图1B）。综上，CBT-I、HRV-BF训练、ta VNS等多种非药物治疗方法可以通过调节心脏ANS 的活动，提高SDNN、LF 和HF 等HRV 指标，HRV 指标升高反映了ANS的平衡和稳定，从而可促进失眠患者睡眠质量的改善。

4 总结与展望

HRV 能作为与失眠密切相关的生物标志物，在失眠的诊断和治疗中颇具潜力。纵览现有研究，失眠患者HRV 的异常模式主要表现为副交感神经兴奋性降低和交感神经兴奋性增加，而非药物治疗可能通过调节HRV 进而恢复ANS的动态平衡（图1）。然而，需要指出的是，HRV 受到多种因素的影响，例如研究对象的异质性、生理信号的捕获质量及数据处理方法等，这些因素均可能影响HRV 与失眠及其治疗之间的关系。

未来的研究应优先关注提升HRV 指标的可靠性和特异性，探索HRV 与其他生物标志物结合的可能性，以促进HRV 在临床筛查和诊断中的应用。其次，有必要提高HRV监测失眠的准确性，可以从时域、频域，特别是非线性分析中开发新的分析技术来实现。此外，研究显示HRV 的改变是失眠和其他精神疾病的共通之处，表明ANS 失调可能影响了睡眠与情绪或焦虑相关疾病之间的双向关系[37]。未来的研究有必要进行纵向设计和因果分析，以进一步阐明睡眠紊乱、HRV失调与情绪障碍之间的关系。最后，增加非药物治疗对失眠影响的前瞻性研究，有可能为HRV 作为预测治疗效应的生物标志物提供证据。