HRV (심박변이도)
HRV(Heart rate variability)
심장 박동의 변이도를 의미한다. 즉 하나의 심장 주기로부터 다음 심장 주기 사이의 미세한 변이를 말한다.
심박수는 동방결절의 고유의 자발성에 자율신경계가 영향을 미쳐 결정되는데, 이는 교감신경과 부교감 신경 사이의 상호 작용과 관련이있으며,
이런 상호 작용은 체내, 외부 환경의 변화에 따라 시시각각으로 변하며 이로 인하여 심박수의 변화가 생기게 된다.
심박의 변화는 이런 환경의 변화에 대하여 적절하게 적응 하기 위한 인체의 반응 이라고 보면 된다. 심박동의 미세한 변화를 파형 분석하여
스트레스에 대한 인체의 자율신경 반응을 가시화 하고 현재의 건강상태 및 정신 생리학적 상태 기능상태를 확인 할 수 있다.
HRV의 역사
- 18C초, Hales와 Haller : 혈압과 심박동의 주기적인 변화에 대해 최초 언급
- 1965년 Hon & Lee : fatal distress시 심박 간격의 변화(심박동수 자체의 명백한 변화가 발생하기 전에 심박 간격의 변화가 선행)
- 1977년 Wolf등 : 심근경색 후 사망위험과 HRV 감소와의 관계
- 1981년 Akselrod : 심박 변이의 분광 분석 (PSD)
- 1985년, Ewing등 : 당뇨병 환자에게 있어 심혈관계의 자율신경계 기능의 평가
- 1987년, Kleiger등 : 급성 심근경색 후의 HRV와 사망률과의 관계 (급성 심근경색 후의 사망에 대한 독립적인 예견 지표)
- 1994년 Butler등 : 틸트 테이블을 이용한 직립부하 실험을 수행
- 1994년 Mallian와 pagani등 : HRV 스펙트럼 분석에서 신경 조절 메커니즘의 조사 수단
- 1995년, Mukai와 Hayano : 세분화된 tilt에서의 심박변동 및 혈압변동에 관한 연구
- 1996년, Naver등 : 우측 대뇌반구 병변성 뇌졸증 환자의 HRV 감소
- 1996년 Task Force publish Standards of Measurement for HRV
- 1988년, 김승현등 : 좌우측 대뇌 병변과 HRV을 이용한 자율신경계 기능과의 관계
- 기타 고혈압, 영아 돌연사 증후군(SIDS), 울혈성 심부전(congestive heart failure), 심장 돌연사(Sudden cardiac death)등의 질환과 HRV의
관계에 대한 것이 보고됨. 현재는 심장을 지배하는 교감신경과 부교감 신경의 활동을 양적으로 평가하고 자율 신경계 균형을 정량화 할 수 있는
유용한 방법이라고 소개
HRV 신호 검출 방법
심전도상의 RR Interval 을 통하여 심장박동의 미세한 간격을 그래프로 표현한다.
심전도상ECG나 PPG signal 상의 파형의 R peak가 검지 되면 peak간(RR) 간격이 측정되는데, 이렇게 측정된 심박 간격은 800msec 전후로 끊임없이 변화하게 된다. 이런 심박 간격이 실시간으로 측정되면 이는 산술식에 의해서 실시간 분당 심박동수로 표현 될 수 있는데, 측정된 심박 간격으로부터 계산된 심박동수의 변화 그래프를 HRV tachogram 이라고 한다.
HRV 장비의 특징은 아래와 같다.
- 비침습적인 검사 방식
- 자율 신경계 활동에 대한 정량 분석과 균형 정도 확인
- 교감 신경과 부교감 신경의 활동을 동시 분석
- 전반적인 건강상태 예측
- 스트레스에 의한 신체의 반응 정도 확인
- 급성 스트레스와 만성 스트레스 파악
- 육체적/정신적 스트레스 정도 파악
- 스트레스 관련 질환의 발병 위험 예측
- 피로 정도를 쉽게 확인
- 심장의 전기적 안정도 예측
- 기능성 소화 장애의 자율신경학적 해석
- 치료 전후 비교와 약물 효과 판정이 용이
- 각종 치료 요법과 연계 사용(영양처방 (IVNT), 호흡&운동 요법, music / light / aroma therapy 등)
심장의 자동성
심장이 스스로 박동 할 수 있는 능력을 자동능이라 하며, 혈액을 계속 순환시키기 위해 흥분성이 일정한 주기를 가지고 발생한다.
심장은 콩닥 콩닥 신기하게도 딱딱 박자를 맞춰 수축하고 그것이 심방과 심실이 서로 번갈아 수축을 하는 순서도 어기지 않는다.
하루에 10만 번이나 수축하는 심장이 어떻게 이렇게 박자를 잘 맞춰서 움직이는 것일까?
심장세포는 스스로 시간이 되면 수축했다가 수축이 끝나면 자연스럽게 이완이 되는 성질을 가지고 있다. 팔다리의 근육은 내가 힘을 주고 싶을 때
수축하고 힘을 빼고 싶을 때 이완시킬 수 있는 내 의지대로 움직일 수 있는 수의근이다. 반면 심장이나 위장은 내 마음대로 움직일 수 없다.
대신 각자 스스로 움직일 수 있는 자동능을 가지고 있다.
이 자동능은 근육 세포 각각이 가지고 있는 능력인데, 심장 세포들은 특정 주기마다 수축과 이완을 반복하는 자동능을 가지고 있다.
심장근육은 자동능을 가진 수억 개의 세포들이 모여서 이루어져 있지만 놀랍게도 0.1초라는 빠른 시간 안에 모든 세포가 동시에
수축하고 이완하며 이것이 가능한 이유는 전도계라는 지휘 체계를 갖추고 있기 때문이다.
전도계의 가장 상부에는 심장에서 가장 빠른 주기로 수축 신호를 발생시키는 동방결절(SA-node)이 있고 여기서 나오는 신호를 통해 심방과 심실의
차례로 수축하게 되는 것이다. 특수 심근의 심장 수축을 일으키는 흥분을 자동적으로 발생하여 그 흥분을 심장 전체에 전달하는 작용을 하며,
이를 자극 전도계 라고 한다 대표적인 자극 전도계가 동방결절 (Sino-arterial Node: S-A Node )이다. 우심방에서 상대정맥이 접속되는 곳에
존재하는 특수 심근을 동방결절이라 한다.
동방결절, 방실결절, 심실근에서의 흥분 생성 능력은 각각 60-80회/분, 40-60회/분, 20-40회/분으로 동방결절의 흥분 발생능력이 가장 커서
심근의 흥분성을 주도하며, 이 부위가 심장 박동을 주제하는 곳이라고 하여 Peacemaker (향도잡이)라고 한다. 동방결절의 흥분발생능력이 가장 커서
심근의 흥분성을 주도 심장의 자동능이나 전도성은 심장근 자체의 활동이나 미주신경과 교감신경의 길항적 작용으로 조절되며 미주신경은 억제적으로, 교감신경은 촉진적으로 작용한다. 정상 심박동수는 60~90회, 동방결절을 그대로 두면 100회 이상 뛰지만 부교감신경이 지배하므로 억제가 된다.
자율신경계
자율신경계는 우리 온 몸에 지배를 하고 있다. 자율신경계는 신경계의 무의식적인 부분이다. 이것은 중추신경계(뇌와 척수)에서 분비선, 평활근 및
심근으로 신호를 전달하는 자율신경세포를 포함한다. 자율신경세포들의 여러 기능 중에서 특정한 분비선 (예: 타액선)의 분비를 조절하고 심박수와
장운동(소화관의 평활근 수축)을 조절하는 역할을 맡는다.
신경계 중에서 중추 신경계와 말초 신경계 중에서 말초 신경계에 해당하는 자율신경계는 우리 몸 전체 항상성을 조절하는 시스템으로 전신을 대변하는
기관들에서 존재한다. 자율신경계에서 하는 일들은 주로 동공 축소 확대, 소화관 소화액 증가 감소, 심장 수축과 이완, 방광 수축과 이완, 근육의 긴장과
이완 등 자율적으로 조절이 되는 활동을 한다. (스스로 자율적으로 조절된다고 해서 자율 신경계이다) 이런 자율신경계를 평가하는 도구로써 그 동안
어려움이 많았고, 객관화 하기가 어려웠다.
그러나 최근 많은 연구에 의하여 개발된 HRV는 심장 박동에서 나온 신호를 통하여 시간분석과 주파수 분석을 통하여 교감과 부교감을 정량화 하는
중요한 지표를 제시 할 수 있다. 자율신경계를 표현하는데 기타 다른 기관들은 제한점이 많다. (예 동공, 소화액, 방광, 근육 등은 표현 할 수 있는 도구가 없다) HRV 분석은 심장 박동수 변화, 명확성, R파형 사이 간격("RR 간격")의 가변성에 기초한다. 이런 RR 간격은 스팩트럼 분석 및 기타 일부 수학적
통계에 의해 분석된다. 이러한 수학적 통계는 다양한 변수, 즉 시간 영역과 주파수 영역을 생성한다. SNS-PNS 정량의 문제는 이런 다양한 변수가
SNS와 PNS사이의 정량 관계로 자율신경계 검사를 가능하게 하였다.
심장 박동 변화(HRV)는 심박수에서 심장 박동 간격의 변화를 측정하는 것으로. 심장 박동 변화 분석은 자율신경 기능을 평가하는 강력한 도구가 되었다. 이 검사는 정확하고 믿음성이 있으며 측정이 간단하고 비침습적이며 빨리 끝난다. HRV 분석은 심장과 대뇌 상호작용과 자율신경계의 역학관계를
반영하는 신경 심장 기능을 측정한다.
자율신경계는 거의 모든 장기 시스템의 기능과 대부분 질병과 관련된 자율신경 장애의 임상 징후를 대변해 주며. 결과적으로 HRV분석은 많은
질병 진행단계에 대한 검진과 관찰 도구로 쓰이며 자율신경계를 객관적으로 표현해 주는 도구이다.
1) 자율신경계의 기능 -> 체내 항상성 보전
- 교감신경과 부교감신경의 지배를 동시에 받는 많은 장기나 조직에서 두 신경계는 주로 길항작용을 가지나 때로는 협동 작용을 나타내기도 한다.
자율신경계의 기능은 이런 작용을 통하여 신체 여러 상태의 균형을 교정하여 평형을 유지하고, 여러 감정 지배하의 행동을 원활히 수행하기 위한 지원을 해주는 것이다.
2) 교감신경계
- 주로 심혈관계에 작용하여 혈압조절과 혈액공급의 원활을 기하여 물질대사에 관여하며 energy 공급에 관여한다. 또한 Stress를 받았을 때 생명체를
보호하는 emergency function에 관여하고 생활환경 변화에 따른 homeostasis에 깊이 관여한다.
3) 부교감신경계
- 식물성 기능과 밀접한 관련이 있어 기관보호 및 체내자원의 유지와 회복에 깊이 관여 (소화관의 운동, 분비, 소화, 흡수)
4) 심장과 자율신경과의 관계
- 연수와 뇌교에 있는 심장중추는 교감신경과 부교감 신경을 통해서 심장에 직접적인 영향을 미친다. 즉, 심장은 풍부한 교감신경과 부교감 신경의
지배를 받고 있으며 자율 신경계의 작용들은 다른 장기에서와 같이 교감신경계는 noradrenalin에 의해 부교감 신경계는 acetylcholine을
분비하여 나타난다.
심박동량과 심박동수는 일부 지배 신경의 영향을 받는데, 교감신경이 흥분되면 심근 수축력이 증대되어 심박동량은 늘어나고 심박동수와 심근내에서의 흥분전도 속도가 빨라지며 관상순환계의 혈류량이 많아진다. 반대로 부교감 신경이 흥분하면 심근 수축력이 감소하여 심박동량은 줄어들고 동방결절에서 시작되는 흥분발사 빈도를 느리게 하여 박동수를 감소시키며 심근 내에서의 흥분전도속도가 느려지고 관상 순환계 혈류량도 감소한다.
교감신경의 흥분은 심장활동에 촉진적으로 작용하고 부교감신경 흥분은 심장활동에 억제적으로 작용한다. 교감신경계와 부교감신경계는 서로 평형을
이루고 있으므로 일정한 박동수를 유지하지만 이 두 신경계의 흥분 빈도가 서로 달라져 평형이 깨지면 어느 신경계의 흥분 빈도가 증가하느냐에 따라서 심박동수가 결정된다.
5) 스트레스와 자율신경계
- HRV는 신경 반응 메커니즘으로 건강 상태 혹은 개인의 적절한 반응에 대한 생리적 자원을 조절하는 능력에 대한 지표일 수 있다.
HRV는 각 심장 박동(R파) 사이의 시간차에 기초한다. 예로, 박동 변화의 편차인 R파는 심장의 수축을 나타내며 맥박에 연관 된다.
심장박동의 편차는 자율신경계 활동의 영향을 받는다. 정상적인 상황에서 심장 박동은 SNS(교감신경)와 PNS(부교감신경)의 직접 조절하의
박동에서 벗어나야 한다. (SNS는 심장 박동을 빠르게 하고 PNS(부교감신경)는 느리게 한다).
HRV는 이 두 시스템의 상호교섭의 결과이다. 과학자들은 심장에 대한 이 교섭이 일반적인 신체 ANS(자율신경계)의 균형 혹은 불균형의 반영임을
인정하였다. 예를 들면, 심장에서 SNS(교감신경)의 지배는 곧 자율신경 시스템 중 교감신경의 일반적인 지배를 표시한다. 이는 시스템이 만성 스트레스 또는 가중된 스트레스에 대해 취약한 상태에 있음을 표시한다.
ANS의 과도흥분은 시스템이 현재 스트레스를 받고 있으며 균형을 이룬 ANS가 효과적인 스트레스 해결에 중요함을 표시한다. 스트레스와 항상성은
상호의존적이다. 항상성은 생체 내 장기의 조절을 반영하고 스트레스는 생체 내외의 수요와 압력을 반영한다. 이것은 PNS(부교감) 톤의 측정이
스트레스와 스트레스 취약성을 정의하는 지표이다. 임상적으로 그들은 만성적인 스트레스를 받았으며 생리적으로 불안정하다고 설명할 수 있다.
따라서 SNS와 연관된 PNS 톤 퇴화는 스트레스로 정의되고 스트레스 원인 이전의 높은 PNS 톤은 스트레스에 잘 대처 할 수 있으며
반대로 낮은 PNS 톤은 스트레스에 매우 취약하다. 따라서 항상성의 문제를 가진 개인은 최악의 스트레스 상태에 놓여 있을 수 있다.
결론적으로 스트레스와 자율신경계는 상호 직접적인 영향을 주고, 받고 있다. 육체적, 정신적 스트레스는 전신에 영향을 미치고, 특히 교감신경을
항진시키고, 부교감을 감소하게 하여 인체 밸런스를 파괴하며, 지속적인 스트레스는 결국 인체의 전반적인 기능을 저하 시키며, 자율신경상태가
저하되면 다양한 질환을 유발하고, 모든 만병의 근원이 된다.
HRV 측정 시 주의사항
정확한 검사를 위하여 아래와 같이 검사실 환경 및 주의 사항을 지키도록 한다.
1) 검사실 환경
– 최대한 소음이 없고 안정적인 공간에서 실시한다.
– 최적의 실내 온도: 22-26도 쾌적한 상태에서 검사 한다.
2) 측정 시 주의사항
– 측정 중에 움직이거나 말하지 않는다. 측정 중에 움직임을 방지하기 위하여 처음부터 최대한 편안한 자세를 취한 후 측정한다.
– 평소 호흡대로 측정한다. 걷거나 운동 후에는 10분 정도 안정을 취한 후 평소와 같은 상태에서 측정한다.
– 검사 3시간 전에는 커피, 흡연, 약물 섭취를 금한다.
– 측정 시 센서는 심장 높이를 유지한다,
– 손톱에 진한 색깔이 있는 매니큐어는 제거한 후 검사한다.
– 식사 후 바로 측정 할 경우 결과값을 영향을 줄 수 있다.
– 측정 시 심호흡, 재채기, 기침, 한숨, 하품 등은 최대한 배재한 상태에서 측정한다.
– 눈을 뜬 상태에서 측정을 진행한다
– 오전에 측정하는 것을 권장한다. 대부분의 검사는 오전 기상 후에 상태가 안정적이기도 하다. 오후에는 피로가 누적되어 있거나 리듬의 변화가
많으므로, 가능하면 오전에 하는 것을 권유한다.
– 처음 검사 시간과 동일한 시간대에 검사 할 것을 권장 한다.
– 부정맥, 천식, 심장질환이 있는 환자는 검사 대상에서 제외한다.
– 인위적으로 복식 호흡을 하게 되면 건강한 사람의 HRV Tachogram으로 나타나기 때문에, 측정 결과를 신뢰 할 수 없다
– 임산부의 경우 검사는 가능하나 태아의 심박이 미약하게 섞여서 나오기 때문에 정확한 측정자의 결과값으로 보기 어렵다고 호르몬 변화로
나타나는 자율신경 상태를 반영하므로 연령별 레퍼런스에 맞추기 힘들다.