COMISA患者夜間自主神經功能紊亂的特征性HRV分析:揭示失眠與睡眠呼吸暫停共病的獨特病理機制

《Scientific Reports》:Heart rate variability analysis in comorbid insomnia and sleep apnea (COMISA)

【字體: 時間:2025年05月22日 來源:Scientific Reports 3.8

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  本研究首次通過心率變異性(HRV)分析揭示共病性失眠與睡眠呼吸暫停(COMISA)患者夜間自主神經功能紊亂的特征模式。研究人員對5335例SHHS數據庫的心電數據進行時域和頻域分析,發現COMISA患者表現為清醒期副交感神經活性降低及睡眠期交感神經過度激活,并首次提出BWCOMISA這一特異性頻譜特征。該研究為理解COMISA的心血管風險機制提供了新視角。

  

睡眠障礙已成為現代社會的公共衛生難題,其中阻塞性睡眠呼吸暫停(OSA)和失眠是最常見的兩種類型。有趣的是,這兩種看似相反的疾病——OSA以呼吸暫停為特征發生在睡眠期,而失眠則表現為睡眠缺失——卻常在同一個體中共存,形成共病性失眠與睡眠呼吸暫停(COMISA)。流行病學數據顯示,30-40%的失眠患者同時符合OSA診斷標準,而約半數OSA患者報告失眠癥狀。這種共病狀態不僅導致更差的睡眠質量和日間功能,還與更高的全因死亡率和心血管疾病風險相關。盡管自主神經系統(ANS)功能障礙被認為是這兩種疾病引發心血管并發癥的關鍵機制,但關于COMISA如何特異性影響夜間自主神經調節的研究仍屬空白。

針對這一科學問題,西班牙巴利亞多利德大學生物醫學工程組的研究團隊在《Scientific Reports》發表了一項開創性研究。該團隊利用美國睡眠心臟健康研究(SHHS)數據庫的5335例多導睡眠圖(PSG)數據,首次系統分析了COMISA患者的夜間心率變異性(HRV)特征。通過創新的時頻分析方法,研究人員不僅驗證了OSA和失眠各自對ANS的影響模式,更揭示了這兩種疾病共存時產生的獨特病理特征。

研究采用的關鍵技術方法包括:基于希爾伯特變換的R峰檢測算法進行心電信號預處理;連續小波變換(CWT)結合Morlet小波進行時頻分析;通過Mann-Whitney U檢驗識別特異性頻率波段;針對整夜(WN)、清醒期和睡眠期分別計算傳統時域指標(mHR、SDNNI、RMSSD、pNN50)和頻域指標(RPVLF、RPLF、RPHF等)。特別值得注意的是,研究團隊將其在兒童OSA中開發的頻譜分析方法創新性地應用于成人COMISA研究,并首次定義了BWCOMISA(0.071-0.11 Hz)這一特征頻段。

研究結果部分的重要發現包括:

"Identification of spectral band of interest"章節顯示,通過頻域分析識別出三個特征性波段:反映宏觀睡眠結構的BWMS(0.0005-0.0045 Hz)、表征呼吸暫停事件周期性的BWOSA(0.011-0.049 Hz),以及新發現的COMISA特異性波段BWCOMISA(0.071-0.11 Hz)。這些頻段的活動模式可有效區分不同患者群體。

"Differences in the CWTs between types of subjects"章節通過典型病例的時頻圖直觀展示:失眠患者表現為睡眠潛伏期延長伴BWMS區活動增強;OSA患者在睡眠期呈現BWOSA區能量集中;而COMISA患者則同時具有失眠樣和OSA樣的混合特征,且清醒期頻譜活動更為彌散。

"Descriptive analysis of the features"章節的量化分析揭示:COMISA患者在清醒期表現出顯著的副交感神經功能抑制(RMSSD降低);睡眠期則呈現特征性的心率增快(mHR升高)和BWCOMISA活動減弱。值得注意的是,mHR是唯一能在睡眠期區分COMISA與單純OSA的指標。

討論部分強調,這項研究首次系統描繪了COMISA特有的"自主神經功能指紋":清醒期副交感張力減退主要源于失眠相關的高覺醒狀態;睡眠期交感過度激活則主要由OSA的反復呼吸暫停事件驅動。新發現的BWCOMISA波段活動異常提示COMISA患者存在獨特的副交感調節缺陷,這種缺陷在非快速眼動(NREM)睡眠期尤為明顯,可能解釋其較單純OSA更高的心血管風險。

該研究的臨床意義在于:為COMISA的診斷提供了客觀的生理學標志物;揭示了共病狀態下自主神經紊亂的疊加效應;為開發針對性的治療策略提供了理論依據。研究人員特別指出,未來需要結合認知行為療法和持續氣道正壓通氣(CPAP)的干預研究,以驗證這些HRV特征能否作為治療反應的監測指標。

這項研究的創新性體現在三個方面:首次對COMISA患者進行整夜HRV分期分析;將兒科OSA的頻譜分析方法成功轉化為成人應用;發現并驗證了COMISA特異性的HRV標志物。盡管存在依賴問卷診斷失眠等局限性,但這項基于大規模人群的研究無疑為理解COMISA的病理生理機制開辟了新途徑,也為后續研究奠定了方法學基礎。

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