心臟的基本功能

心臟由四個腔室所構成，分別為左右心房以及左右心室，圖2.7。心室收縮的 時候，血液進入動脈而流至全身，心室放鬆時，血液經由心房回到心室。位於心臟 上方的腔室稱為心房，分為左心房與右心房；位於下方的稱為心室，分為右心室與 左心室。右心房與上下腔靜脈相接，負責將血液送回心臟。左心房與肺靜脈相接，

右心室與動脈相連接，左心室與大動脈相連接。

在血液循環中，缺氧血經由上下腔大靜脈回到右心房，右心房將血液輸送至右 心室，就由右心室的收縮作用，再經由肺動脈送至肺部交換氣體，將新鮮帶氧血液 經由肺靜脈流入左心房，再進入左心室，最後再經由心室的收縮作用，使得血液由 主動脈送至全身各處[43]。

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圖 2.7 心臟的橫切面示意圖。

資料來源：Chung, M.K., Rich, M.W. “Introduction to the cardiovascular

system”, Alcohol Health and Research World, 14, pp. 269 – 276, 1990.

2.4 心臟的傳導系統

心臟可以自動且規律的收縮藉以將血液傳送至全身，其可以自動的收縮跳動乃 因在心臟上有特化的肌肉組織，能釋放，以及傳導電刺激，引起心房心室的收縮，

藉以啟動心搏。心臟的特化心肌組織包含了竇房節(Sinuatrial Node, SA node )，房 室節(Atrioventricular Node，AV node)，bundle branch，以及Purkinje fibers，如 圖2.8所示。

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圖 2.8 心臟傳導系統

資料來源：C. Guyton, John E. Hall, Textbook of Medical Physiology, eleventh edition, Elsevier Inc., 2006, USA.

SA node 又稱為心臟的節律點(pacemaker)，具有啟動心跳的作用。位於右心 房上方大靜脈附近。SA node去極化後，會放電並產生電流使心肌收縮，而此放電 速率就會決定了心跳速率。SA node 的去極化後，會促進心房的收縮而此電流繼 續傳導至AV node.

AV node 會接受SA傳來的電流，此AV node傳導動作電位的速度較慢(延遲0.1 秒)，使得心房與心室的收縮不會同時發生，而心房有足夠的時間收縮讓血液進入

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心室，然後心室才發生收縮將血液輸至動脈傳送到全身。電流由AV node傳至 bundle of His，然後再傳送至bundle of branch，再傳送至Purkinje fibers，電流由 心內膜向外傳送，促使整個心臟的收縮。最後負極化使得心房與心室舒張[44]。

SA node的放電作用產生電流使心肌細胞興奮產生動作電位，此電位可藉由皮 膚表面的電極而記錄下來，即是所謂的心電圖。心臟的電性傳導作用藉由心電圖的 偵測並記錄，做為評估心臟活動健康狀況的依據。

2.5 心電圖圖形的定義

Electrocardiogram 藉由 Electrocardiogrphy 紀錄心臟的電氣活動(electrical activity)。紀錄心電圖的紙捲，由交錯的平行線與垂直線繪製成許多小格子。每格 大小為 1mm × 1mm，每五格繪畫上較粗的線條，將其視為一大格。橫軸代表時間，

每小格代表 40 毫秒，每大格代表 200 毫秒。縱軸代表伏特電位，或是振幅(amplitude)，

有分正負。每小格代表 0.1mV，每大格代表 0.5mV[45]，如圖 2.9 所示。

心電圖由六個主要波形所形成，圖 2.10，以英文字母 P，Q，R，S，T，以及 U 來表示[39]。心電圖上各個波形所代表的意義如下：

P wave：為心房去極化，電流由 SA node 流至 AV node 時所記錄到的電氣活動。

PR interval：測量範圍從Ｐ開始到 QRS 的一開始。此區段代表了刺激從 SA node 傳導到心室所需的時間。正常情況下，心跳越快，PR interval 越短。

QRS complex：心室去極化時所記錄到的心臟電氣活動。

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T wave：心室負極化時所產生的電氣活動。

Q-T interval：此期間反應了電力收縮的期間。為心室去極化與副極化的時間。

心率越快，Q-T interval 越短。

U wave：在正常人的心電圖上，不一定會有此波的出現。

圖 2.9 標準心電圖之規格。

資料來源：Markus Kuhn 繪製，Stannered 所修改。

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圖 2.10 心電圖之波形。

資料來源：Cathy Dockx, “ECG review: ECGs made easy, pre-reading material”, Pre-reading ECG review.

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第三章心率變異性(heart rate variability, HRV)分析

3.1 心率變異性簡介

心率變異(heart rate variability, HRV)分析是一種測量連續心跳中，心搏與心博 之間變化程度的方法。在傳統觀念裡，健康人體在測量心跳時，或者是使用心電圖，

都是有規律的節拍，因此一般人認為正常的心臟應該是完全規律而沒有任何的變異。

然而事實上，正常的心跳會因為受到自主神經系統的調控，而產生波動。當自主神 經系統的控制失調時，這種波動會因為受到影響而消失。因此研究者認為，當變異 消失或明顯降低時，會產生沒有波動而完全規律的心率，這種完全規律的心率，被 認為是心臟調節系統異常的表現。

HRV 就是在測量心率快慢差異的的規律。平均心跳則是以分鐘(per minute)為 單位，如 70 次/min，或是 120 次/min，HRV 分析的概念與平均心跳速率的差別在 於 HRV 以毫秒(ms)為單位觀察期間微小的差異，而這種微小的差異在正常心電圖 上不容易偵測出，或者是因為這種差異太微小而被忽略。但是事實上，其差異在使 用更小的單位去觀察時，就可以觀察到這種差異。

心率會因為複雜的生理狀況而有所改變。為了適應環境，體內的自主神經，荷 爾蒙，體液等會改變心率。此現象除了會反應生理狀況外，也可能是因為某些病理 狀況而造成這些調節進而改變心率，此改變的心率，即是測量出來的 HRV。

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3.2 HRV 之發展與歷史

據文獻報導，最早將 HRV 使用在臨床應用的是在 1965 年，婦科醫生 Hon 與 Lee 採用監測儀監測分娩過程時，發現胎兒的心率變異性降低，同時也偵測到胎兒 窘迫症(fetal distress)的發生[46]。較特別的是，在發現此症狀時，心率變異性雖然 有明顯的降低，卻沒有偵測到任何心率的改變，也因為此發現，而使得學者注意到 心率與心率變異的差別。1977 年，Wolf 等人發現心肌梗塞後的病人的 HRV 的降 低與高死亡率有高度的相關性[47]，他們認為，HRV 有明顯降低的病人，其死亡率 也相對的較高。其研究也在後來的實驗中，被證實其可行性，而 HRV 也因此漸漸 發展作為心肌梗塞後的病人其死亡率的預測工具[48]-[50]。在 1981 年， Akselrod 等人將功率頻譜密度(Power spectral density) 的方法更完善的引進 HRV 使用[51]，

其使用了頻譜分布的方式表現 HRV，使在分析時，對於自主神經系統調控的觀念 更加清晰明瞭。在 1984 年，Ewing 等人使用了的長程 Holter 監視器記錄無生病的 健康正常人的 24 小時 HRV, 結果發現健康的人其 HRV 會隨著自主神經系統的調 節而有日夜規律的改變[52]。因而他們確定了 HRV 與自主神經平衡狀態的高度相關 性。

在確認 HRV 的降低可作為心肌梗塞後的死亡率有力的預測指標[48]以及預測 心臟性猝死的指標後[53]，醫學界開始了對 HRV 的重視，而 HRV 也在此時被廣泛 的研究。其中最重要的是，HRV 成為了心血管疾病主要研究對象，另外還包含了

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非心血管疾病的神經病變之疾病，皆可使用 HRV 作為研究工具。HRV 在學術研究 或是臨床上的使用也越來越普遍。

然而，雖然這些研究對 HRV 的在臨床上的發展越來越普及，卻也產生了新的 問題，其中包含了分析方法的不同，指標的錯誤選擇，或者是儀器品質的低劣，這 些問題可能會造成醫生在評估 HRV 時的錯誤結論，或者是每家醫院所使用的指標 皆不同，因此無法進行比較或統整，或是在評估某一病人是否有降低的 HRV 而易 造成其死亡時，無明確的指標可以指出此降低的 HRV 是因為自然產生，或者是病 變而產生，又或者是因為使用不同的儀器所造成的，這些問題，都造成了醫生在診 斷評估時的問題。因此，為了提高 HRV 在臨床使用上，作為心肌梗塞後的死亡率 預測指標及早期的糖尿病經病變的預測指標，1996 年歐洲心臟病學會和北美電氣 生理學會聯合發表了一篇報導，其內容包含了測量標準化，確立生理與病生理之間 的相關性，以及確認目前在臨床上正確的使用等等目標[7]。

因為簡單，準確，以及非侵入性的優點，HRV 成為預測心肌梗塞後死亡率非 常有力的預測工具。希望可以藉由 HRV 的研究與應用，使得可以找出心肌梗塞後 死亡率與心臟性猝死的早期預兆，作為評估病人的預後狀況，治療的監測，更希望 藉由早期預兆而找出相對應的治療方法，而預防死亡的發生。

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3.3 HRV 的背景知識與生理基礎 3.3.1 神經系統

人體的神經系統由中樞神經系統(Central nervous system, CNS)及週邊神經系 統(Peripheral nervous, PNS)所組成。其中，中樞神經系統由腦及脊髓組成，週邊 神經系統由 12 對顱神經(Cranial Nerve)及 31 對脊髓(Spinal Nerve)所延伸出來。

其中周邊神經系統可依其作用細分為可控制著隨意肌運動的體神經系統(Somatic nervous system)，與控制不隨意肌肉運動的自主神經系統(Autonomic nervous system)，如心肌，平滑肌等。

自主神經系统之主要為調節不隨意肌的運動，包含心肌、平滑肌和腺體(消化 腺、汗腺、部分内分泌腺)的活性。依照生理功能的不同，將自主神經系統分為交 感(Sympathetic)與副交感(Parasympathetic)兩個分支。通常一個器官會同時被兩個 神經系統調控。兩個分支的作用往往是相互抗結，當一作用活性增加時，另一作用 之活性就會降低。

交感神經經由脊神經的作用將內部器官與腦相連，可讓身裡準備應付緊急狀況，

經由加情交感神經的活性，可加速心跳，增高血壓，抑制腸道的蠕動等。副交感經 由腦神經和腰脊神經組成的作用目的為保留和儲存能量，活性上升時，會增加消化 液的分泌，增加腸胃的蠕動並使心跳減慢等。自主神經間的作用是同時發生作用，

利用其相互抗結作用而保持體內的恆定性。

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3.3.2 心跳速率與自主神經的關係

人類的心率，會因為不同的個體，不同的生理健康狀況，心理壓力，或者是規 律的運動而有所不同。心跳速率通常是由 cardiac pacemaker 的極化速率所決定的。

在沒有其他因素的影響下，稱為 intrinsic HR，心率會因為心肌的極化與負極化而 產生 110~120 次/min 的搏動。正常情況下，人體無法承受如此快速之心率，在正

在沒有其他因素的影響下，稱為 intrinsic HR，心率會因為心肌的極化與負極化而 產生 110~120 次/min 的搏動。正常情況下，人體無法承受如此快速之心率，在正