五、 實驗對象與實驗方法
5.4 HRV 分析
5.4.3 資料分析
經由適合度檢定(goodness of fit)，所有的數據呈現常態分布。因此數據都採用正常 分布和平均標準差(Mean ± SD)來表示。實驗對象依男女分為兩組，測試兩個樣本之間 的差異性是否存在，並觀察其差異性是否到達統計上的顯著差異。經由使用 Student's
test，two-tail 來進行數據分析。在姿勢變化測量中，則使用 ANOVA 檢測三種資是是否 有顯著差異。P<0.05 被視為統計上有顯著差異。此統計的方法為使用 Minitab®軟體進 行 Student's test 檢驗，並使用 Microsoft Excel®進行曲線圖的分析。
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表 5.2 HRV 的時域分析定義。
Variable Description
SDNN Standard deviation of all NN intervals.
RMSSD The square root of the mean of the sum of the squares of differences between adjacent NN intervals.
表 5.3 HRV 的頻域分析定義。
Variable Description Frequency range TP The variance of NN intervals over the
temporal segment
approximately
≦0.4 Hz VLF Power in very low frequency range ≦0.04 Hz LF Power in low frequency range 0.04‐0.15 Hz LF norm LF power in normalisedunits
LF/(Total Power‐VLF) x 100
HF Power in high frequency range 0.15‐0.4 Hz HF norm HF power in normalisedunits
HF/(Total Power‐VLF) x 100 LF/HF Ratio LF [ms2]/HF [ms2]
資料來源: Task Force of the European Society of Cardiology and North American Society of Pacing and Electrophysiology, “Heart rate variability: standards of measurement, physiological interpretation and clinical use”, European Heart Journal, 17, pp.354 – 381, March 1996.
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第六章 實驗結果分析與討論
圖 6.1 為測量 HRV 時，所截取到的 ECG 訊號之範列圖。左下角之圖示表示選 擇之單一波形之心跳，PR interval，QRS complex，QT，以及 QTc 等。右下角之 圖示為五分鐘內所有波形之平均數值，包含 PR interval，QRS complex，QT，QTc，
以及 ST segment，圖 6.2 為測量 HRV 時，Time-domain 分析之範列圖，所包含 的數值分析包含 RRI histogram，HR histogram，RRI scatter，Mean RR，SDNN，
RMSSD，NN50，pNN50 等。圖 6.3 為測量 HRV 時，Frequency- domain 分析之 範列圖，所包含的數值分析包含 VLF power，LF power，HF power，Total power，
LF norm，HF norm，以及 LF/HF。
圖 6.1 測量 HRV 時，所截取到的 ECG 訊號。以此圖為範例，此心電圖 在五鐘內的平均心跳為 76 下，且其 PR 為 144 ms，QTc 為 425 ms。
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圖 6.2 測量 HRV 時，Time-domain 分析之範列圖。
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圖 6.3 為測量 HRV 時，Frequency- domain 分析之範列圖。
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表 6.3 受測者站立時，性別與 HRV 的時域分析的關係。(NS 表示 P≧ 0.05)
mean SD P Value
mean RR male 681.96 95.6
NS female 674.99 115.32
SDNN male 37.21 16.45
NS female 34.10 14.81
RMSSD male 18.21 10.1
NS female 17.90 10.52
在時域分析上，Mean RR 不論仰臥，坐姿，以及站姿，都是男生大於女生，
但是並沒有達到統計上的顯著差異，如圖 6.4 所示。
圖 6.4 Mean RR interval 在各種姿勢變化上的男女差異。
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圖 6.5 SDNN 在各種姿勢變化上的男女差異。
圖 6.5 可看出 SDNN 也是男性大於女性，但是沒有達到統計上的顯著差異。由 上面可以看出，HRV 的時域分析之性別差異並無達到統計上的顯著差異。推測其 可能的原因在於，先前提到時域分析的 HRV 其測量之限制必須收集到足夠的 NN internal 進行分析，而本實驗之 HRV 以短程五分鐘為主，因此其時域分析的分析 無法明顯突出。
由實驗對象收集到的數據以性別與測量姿勢做為區分標準，表 6.4，表 6.5，表 6.6, 表 6.7，表 6.8，及表 6.9 為三種不同的姿勢中，男女性別與 HRV 的頻域分析 的差異。
50 female 1352.80 1257.44
LF(norm) male 60.86 14.60
51
52
53 female 1460.48 1558.36
LF(norm) male 63.51 16.31
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性別對於 total power 以外的 frequency-domain 分析有顯著差異。由圖 6.6 可 看出三種姿勢變化上，皆以男性之 TP 大於女性，雖然也沒有達到統計上的顯著差 異，但此結果與 time-domain 的 SDNN 相當，依其定義，time-domain 的 SDNN 與 frequency-domain 的 TP 相當，由此結果也證實此點。
圖 6.6 TP 在各種姿勢變化上的男女差異。
性別差異在 HF norm，LF norm，以及 LF/HF 比值都達到統計上的顯著差異。
HF norm，反映副交感神經活性，由圖 6.7 可以看出三種姿勢變化中，HF norm 都 以女性大於男性，且其 P value 遠小於 0.05，其代表的生理意義為女性之副交感神 經在此三種姿勢下都優於男性。
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圖 6.7 HF norm 在各種姿勢變化上的男女差異。
LF norm，反映交感神經活性，由圖 6.8 可以看出三種姿勢變化中，LF norm 都是男性大於女性，P value 遠小於 0.05，其代表的生理意義為男性之交感神經在 此三種姿勢下都優於女性。
圖 6.8 LF norm 在各種姿勢變化上的男女差異。
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由圖 6.9 可以觀察到 LF 與 HF 之比值在三種不同姿勢下，皆是男性大於女性，
其 P value 遠小於 0.05，代表的生理意義為男性之交感神經與副交感神經平衡狀態 在此三種姿勢下都優於女性。
圖 6.9 LF 與 HF 之比值在各種姿勢變化上的男女差異。
6.2 姿勢差異
圖 6.10 與圖 6.11 比較同一男性其三種不同姿勢時，頻域分析與時域分析之比 較圖。圖 6.10 為同一受測者三種不同姿勢 frequency-domain HRV 分析結果之比 較圖。查看此圖之 LF 與 HF 之比值，仰臥時其比值最小，站立時其比值最大。圖 6.11 為同一受測者三種不同姿勢 time-domain HRV 分析結果之比較圖。由此圖分 析 RR interval 之圖解可發現其站立之心率變異為最大。
male female
*** ***
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圖 6.10a 仰臥時之頻域分析圖
圖 6.10b 坐姿時之頻域分析圖
圖 6.10c 站立時之頻域分析圖
圖 6.10 同一人之三種不同姿勢 frequency-domain 分析圖示比較。
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圖 6.11 同一人之三種不同姿勢 time-domain 分析圖示比較。
圖 6.11a 仰臥
圖 6.11b 坐姿
圖 6.11c 站立
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圖 6.12 為姿勢變化與 mean RR 的變化關係圖。mean RR 反映測量時間內的 心跳速率，由此圖可看出在仰臥時 mean RR 最大，站立時 mean RR 最小，因此，
在站立的時候有最大的心跳速率，而仰臥時，心跳速率最小，三種姿勢皆已達到統 計上的顯著差異，P value 遠小於 0.01。
圖 6.12 姿勢變化與 mean RR 的變化關係圖。
圖 6.13 為姿勢變化與 SDNN 及 RMSSD 的變化關係圖。SDNN 代表測量時間 內，全部的心率變異性。由圖中觀察到 SDNN 與 RMSSD 在仰臥時最大，站立時 為最低。推測其可能原因為站立時所受到的壓力較大，而交感神經活性增強而使得 心跳加速，且密集規律，於是造成心率變異性下降。仰臥之 SDNN 與坐姿之 SDNN 比較時，並沒有達到統計上的顯著水準，而仰臥與站立，坐姿與站立之比較皆有達 到顯著水準。
而 RMSSD 相當於 frequency-domain 中的 HF，反映副交感神經的活性，在站
***
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Posture and frequency domain
FFT之Total power AR之total power ms2
***
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圖 6.15 及圖 6.16 為姿勢變化與 LF norm，HF norm，以及 LF/HF 的關係圖。
圖 6.15 姿勢變化與 FFT 之 frequency-domain 變化關係圖。
圖 6.16 為姿勢變化與 AR 之 frequency-domain 的變化關係圖。
圖 6.15 與圖 6.16 分別為 FFT 及 AR 之 frequency-domain 之趨勢圖，其大致 呈現相同的趨勢。HF norm 反映副交感神經活性，在仰臥時，數值最高，代表三種
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姿勢中，以仰臥時的副交感神經活性最高；而在站立時的數值最低，顯示站立時副 交感神經活性最低。LF norm，在仰臥時最低，站立時最高，代表在三種姿勢中，
仰臥時交感神經活性最低，站立時的交感神經活性最高，與副交感神經剛好相反。
LF/HF 的比值也是以仰臥時最低，站立時最高。其代表的生理意義為站立時交感神 經與副交感神經的調控以交感神經為主。
6.3 結果討論
本研究之實驗對象為二十至三十歲之健康年輕學生，可以從結果中發現 HRV 確實存在性別之顯著差異。由於各國，甚至各地區所使用的測量機器與分析軟體皆 不相同，造成其所表現出的數據也會有所差異，因此並無具有權威性的正常值，本 研究之目的就是為了建立可提供臨床上使用的 HRV 之正常值範圍。且為了證實建 立此數據時，須依性別分組的必要性，比較男女之性別差異。
有文獻指出短程HRV紀錄較適合頻域分析[7，58-63]，其中HF反映迷走神經對 心跳速率的控制，LF主要代表了交感神經的活性，而LF與HF的比值則被認為是反 映交感與副交感神經調控的平衡性，因此比二十四小時長程記錄更適合使用在評估 自主神經活動。
另外有研究指出，自主神經系統會受到雌性荷爾蒙的影響而有所改變，交感神 經會因為雌性荷爾蒙作用而降低活性，迷走神經活性會因此增加活性[64-65]，並且 在男女會有顯著的差異。本實驗之實驗對象皆為二十至三十歲之間，因此女性之賀
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爾蒙已達到成熟且足以影響自主神經之調控。因此實驗結果與前人之研究有相同的 趨勢，女性的HF明顯高於男性且已達到顯著之差異。另有文獻報導男性相較於女 性，會有較高的交感神經活性，因此他們的LF與LF/HF會高於女性[1]，此結果也與 本研究之結論相近。
然而，影響心率變異性的因素有很多，其中最重要的因素為年紀與性別[66]。
性別差異主要是受到賀爾蒙的影響。在青春期之前，女性荷爾蒙並不成熟因此無法 影響到心率變異性；在更年期後的女性其荷爾蒙大量減少也會造成副交感神經調控 的改變[66]，因此在此兩時期，男女心率變異性之差異並不顯著[3]。
Yasuaki Noguchi 等人曾經發表他們的研究，內容表示 LF/HF 的比值會隨著姿 勢的不同而改變[67]。一般認為姿勢的改變會造成自主神經系統調控的改變，進而 影響心率變異性的大小，為此本實驗設計了三個不同的姿勢，仰臥，坐姿，以及站 立三種姿勢測量心率變異性，用以查看心率變異的狀態與情形。
實驗結果顯示不論男女在不同的姿勢的變化間，time-domain與frequency- domain分析上，都有著顯著差異性。在仰臥的時候，由於受測者較放鬆，且無壓力，
因此會有較高的RR interval，而站立時，RR interval 最小。因為在仰臥時副交感 神經的活性增強，而交感神經的活性在站立時較大，換句話說，在仰臥時有較慢的 心跳速率，而站立時的心跳速率最快。此結果與2006年Gamelin FX等人所做的實 驗結果相吻合[68]。
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Total power與SDNN，分別代表頻域分析與時域分析的總變異。由本研究我們 發現在仰臥時的心率變異性最大，站立時的變異性最小。推測其原因RR interval 的下降，心跳速率的上升且規律，因此變異度有下降的趨勢。
本實驗之結果顯示，使用短程HRV測量時，性別與姿勢都對頻域分析有很大的 影響。在仰臥時，HF的數值最大，代表著此時副交感神經的高活性。而站立時，
LF，與LF/HF的數值最大，代表著此時交感神經有最高活性，且在此時交感神經活 性大於副交感神經。
本研究結果之建立的正常台灣學生族群心率變異性之正常範圍的數據，與前人
本研究結果之建立的正常台灣學生族群心率變異性之正常範圍的數據，與前人