心率变异性分析新技术-镇痛/伤害性刺激平衡指数（ANI）

心率变异性分析新技术-镇痛/伤害性刺激平衡指数（ANI）

杨丽娜冯艺岳云

杨丽娜冯艺岳云

北京大学人民医院100020；首都医科大学附属北京朝阳医院100020

【摘要】背景：通过分析心率变异性得到镇痛/伤害性刺激平衡指数（ANI）是评价麻醉下患者的镇痛满意程度的新技术。心率变异性可用于分析自主神经系统活性，进而评价疼痛刺激对机体影响的强度。目的：探索镇痛/伤害性平衡指数可否反应患者镇痛是否充足。趋向：目前进行临床观察的研究提示，镇痛/伤害性刺激平衡指数在评价患者镇痛水平时较血流动力学反应更加敏感。内容：此篇综述简要阐述了镇痛/伤害性刺激平衡指数评价镇痛程度的原理及相关临床研究。

关键词】麻醉深度；心率变异性分析；镇痛/伤害性刺激指数；疼痛管理

Analgesia/NociceptionIndex：evaluationfordepthofanalgesiausingHeartRateVariabilityanalysis

Abstract：Background：Analgesia/NociceptionIndex（ANI）issetuptoevaluatethedepthofanalgesiabyanalysingHeatRateVariability.HeatRateVariabilitycanmeasuretheactivityofAutonomicNervousSystem.PaincanleadtothedescentofHeatRateVariability.Purpose：TodiscusswhetherANIcanassessthedepthofanalgesia.Tendency：RecentclinicalobservationsindicatethatANIismoresensitivethanhemodynamicsevaluatingthedepthofanalgesia.Content：ThisreviewbrieflydemonstratesthetheoryofANIandseveralclinicalstudies.

Keyword：HeartRateVariabilityanalysis；Analgesia/NociceptionIndex；Painmeasurement

【中图分类号】R971+.2【文献标识码】A【文章编号】2096-0867（2016）-05-381-02

疼痛作为继血压、呼吸、脉搏、体温之后的“第五大生命体征”，目前对于疼痛的研究越来越被重视。疼痛是患者的主观感受，复杂的生理反应、社会预期值过高、焦虑情绪、慢性病史及表达能力有限等因素都在一定程度上限制了医务人员对于患者疼痛状态的客观评估。此前尚无有效的监测手段可用于监测患者的镇痛水平并在一定程度上指导镇痛药物的使用。目前有望通过心率变异性分析得到的镇痛/伤害性刺激平衡指数（ANI）成为评价疼痛刺激对机体影响强度的客观指标，完善麻醉深度的监测，保障患者安全。

一、心率变异性分析

心率变异性（HeartRateVariability，HRV）是指逐次心搏间期的微小差异，由于自主神经系统对心脏窦房结的调控作用，使得心搏间期心率变异性存在几十毫秒的差异和波动，它的变化代表了交感神经和副交感神经从中枢神经系统发出传导至心脏窦房结这一过程的水平。大量实验报道指出，心率变异性分析可用于评价自主神经系统（AutonomicNervousSystem，ANS）活性。

典型的HRV光谱图包括两个主要的光谱变量样本函数：低频部分（Low-frequency，LF）、高频部分（High-frequency，HF）[1]。有实验选择性地应用心交感神经和副交感神经受体阻滞剂进行研究，认为HRV大于0.15Hz的HF完全由副交感神经组成，而LF则由交感神经和副交感神经共同组成。心率变异性分析具有一定的临床应用价值，HRV的下降可用于预测心血管疾病或老年疾病的远期死亡率等。越来越多的证据表明，在成人，疼痛可引起HRV的下降，特别是HF能量的下降，预示着当不愉快刺激或情绪存在时，迷走神经张力出现下降趋势[2.3]。

Logier等人指出，HRV可用于表示术中镇痛和伤害性刺激的平衡情况。他们通过HRV分析编辑了一种可用于评价镇痛/伤害性刺激平衡的计算法则，并由此设计了一款检测设备（PhysioDoloris），应用镇痛/伤害性刺激平衡指数（AnalgesiaNociceptionIndex，ANI）评价患者的镇痛/伤害性刺激平衡状态。

二、镇痛/伤害性刺激平衡指数（ANI）基本原理

ANI是通过对RR间期的实时分析与计算得出的。监护仪根据公认数值发出256Hz采样率的数字化模拟信号用以捕捉ECG[4]。由临界值挑选法选出自主R波。将RR间期可视化后便可检测到异常R波或异位起搏波形的R波。异位起搏波形的R波通过演算可人为被替换为与R波左右相邻的正常R波[5]。此后系统再对重新定义的数据进行小波转换分析。与经典的傅里叶转换相比，小波转换可以对不稳定的信号进行分析，因此对于瞬时变化的HRV更加适用。通过对RR间期能量的每一等级的小波参数进行平方和计算，便可得到HF与LF。HF与LF之和代表信号的总能量[6]。HF、LF的绝对数值以及标准化单位（NormalizedUnits，HFnu、LFnu定义为总能量中所占比例）在经过系统分析后可用于描绘HRV的不同成分，用于解释研究对象在接受伤害性刺激之后的反应[7]。

此外小波转换也可以作为带通滤波器加以使用。在没有相对位移的情况下，小波转换可以排除信号中一个或多个频率区间，从而保留研究所需区间部分。为了实现带通滤波，实验采用了4个参数的Daubechie小波分析[6]，直接对不同能级的数据进行时时计算。每一能级相对应不同的频率区间，再对选定的能级进行小波转换的逆运算，得到相应时间区间下有相对意义的滤波信号（即高频部分）[8]。

因HRV中HF完全由副交感神经组成，故副交感神经张力可通过计算曲线下面积进行评估（图形1[9]）。检测图形的最大值及最小值，在16秒窗口中得到包围在最大值及最小值之间的曲线下面积T1、T2、T3、T4。定义：AUCmin=min（T1，T2，T3，T4）。ANI为其所示面积占总窗口面积的百分比，数值在0~100之间：

ANI=100*[α*AUCmin+β]/12.8

（当α=5.1，β=1.2时可保证呼吸对RR间期影响的有效性与ANI定量测定方法之间存在一定相关性。）

图形1：全身麻醉情况下，标准化转换后经过滤波处理的RR间期在两种不同条件下的镇痛/伤害性刺激平衡情况。灰色面积表示的A1、A2、A3、A4与副交感神经张力成比例。上图表示在镇痛充足情况下副交感神经张力相对较高。下图表示镇痛不足情况下副交感神经张力相对较低，引起心率及血压升高。

三、ANI的临床研究

目前已有多项临床研究应用ANI观察患者在全身麻醉、分娩等情况下的镇痛及伤害性刺激的平衡情况。ANI数值在50~70之间认为患者镇痛效果满意，ANI数值低于50时认为患者镇痛不足，有可能引起高血流动力学反应。1、全身麻醉2009年MathieuJeanne等人应用ANI观察了49名全凭静脉麻醉下接受手术的患者的术中情况[10]。应用丙泊酚及不同阿片类药物（舒芬太尼、阿芬太尼、瑞芬太尼）进行麻醉维持，术中在患者对手术刺激出现反应时（体动、咳嗽、HR或SBP较术前升高20%），舒芬太尼组及阿芬太尼组单次追加相应镇痛药物，瑞芬太尼组则在术中逐渐降低输注速率。作者将麻醉稳定后尚未接受手术刺激前的患者情况定义为“无疼痛刺激”（NoStimcondition），将“镇痛充足”（DeepAnalg）定义为随后的30分钟内不需要阿片类药物注射镇痛，将“镇痛不足”（LightAnalg）定义为随后的5分钟内需要阿片类药物注射镇痛，为了评价HRV是否在镇痛不足前有所变化，出现“镇痛不足”前的5分钟定义为“早期轻度镇痛”（EarlyLightAnalg），观察患者在麻醉诱导阶段、麻醉维持阶段不存在手术刺激时、手术进行过程中这三个阶段，ANI与血流动力学反应及疼痛反应之间是否存在一定关系。结论认为“早期轻度镇痛”情况下存在手术刺激时HF与HFnu可出现早期变化，而心率与“无疼痛刺激”时相比无明显变化。与心率变异性相比，HFnu变化与镇痛/伤害性平衡状态更具相关性，标准化的HF可在早期预测患者是否存在镇痛不足的情况。在另一篇全凭静脉麻醉下行止血带全膝关节置换术的观察研究中，作者应用丙泊酚维持麻醉深度，在出现高血流动力学反应时（ABP增加20%）单次输注舒芬太尼，将给药后ANI的相对反应分为低ANI组及高ANI组，试探索出现高血流动力学反应原因[11]。在低ANI组中（即认为镇痛不足时）静脉注射舒芬太尼后可见ABP下降，提示可能由于手术疼痛原因导致ABP升高故镇痛有效。在高ANI组中（即认为镇痛充足时）静脉注射舒芬太尼后ABP不变，而使用降压药后可见ABP明显下降，提示此时并非完全由手术疼痛原因引起ABP增加，镇痛无效而使用降压药物有效。结论指出ANI对于止血带下全膝关节置换术中诊断血压升高的原因具有提示作用，可减少麻醉医生的判断时间并避免使用不必要的阿片类药物。

MathieuJeanne等人又利用ANI对全凭静脉麻醉下行气腹手术的15名患者在麻醉诱导前、麻醉维持阶段无手术刺激时、尺神经强直刺激、切皮、气腹、出现高血流动力学反应时（HemodReact：HR和/或SBP较基础值增加20%）、手术结束时进行观察[9]。丙泊酚维持适当麻醉深度，根据血流动力学反应调节瑞芬太尼效应室浓度。结论指出，所有的15名患者都至少在人工气腹建立后的8分钟内出现了一次高血流动力学反应，麻醉诱导后可见血流动力学数值下降伴随ANI数值升高。在尺神经强直刺激时患者血流动力学并无明显改变，但在刺激结束后的30s内可见ANI出现明显下降，提示ANI在反应患者镇痛/伤害性刺激平衡时可能较血流动力学反应更加敏感。此后该作者又对9名丙泊酚-瑞芬太尼全凭静脉麻醉下行胆囊切除术的患者在麻醉诱导机械通气后、术中维持阶段、出现高血流动力学反应及术后机械通气时患者生命体征及ANI进行观察[12]。结论提示麻醉诱导后无手术刺激时副交感神经张力最高，手术开始后副交感神经张力下降且在出现高血流动力学反应时副交感神经张力进一步下降。但以上观察数量偏少也给实验研究带来了一定的局限性。

2、分娩

M.LeGuen等人对45名需要硬膜外镇痛的临产妇进行临床观察[13]，不论宫缩与否每5分钟进行一次VAS评分，并将ANI与VAS评分进行对比，结论指出ANI与VAS评分成负性相关，宫缩时可见ANI显著下降。L.Ursulet进一步应用ANI对28名择期剖宫产孕妇进行了床旁研究，试讨论ANI可否用来预测脊髓麻醉后出现的低血压[14]。术前瞩临产妇模拟“倾斜试验（tilttest）”，仰卧位平卧5分钟后直立端坐5分钟，记录血流动力学反应及ANI数值，随后常规行脊髓麻醉，并根据麻醉后血压变化进行分组，定义低血压组为SBP<100mmHg或收缩压降低20%以上，对照组则血流动力学较为平稳。结果显示，与对照组相比，低血压组中ANI数值在该临产妇仰卧位及直立端坐位时更高。ANI数值较原有基础值增加5时，观察临产妇“倾斜试验”预测脊髓麻醉后低血压的敏感性为80%，特异度为76.5%，提示术前床旁心率变异性分析有助于预测择期剖宫产患者脊髓麻醉后出现的低血压。

3、小儿麻醉有应用ANI对24例七氟醚吸入麻醉下行骨科或泌尿系统等手术的2~18岁儿童进行观察，对比术前及术中切皮反应时血流动力学指标、最大瞳孔放大直径及ANI反应。切皮开始60s后可见患儿瞳孔直径最大且ANI数值最低。实验观察了疼痛刺激的产生对交感神经及副交感神经张力的变化，提示在疼痛刺激后可见交感神经张力增加，即反应为ANI数值下降及瞳孔直径增加。

B.Champigneulle等人对30例1~3岁术后伴随急性疼痛（儿童疼痛行为量表FLACC>4），进入恢复室后需要进行阿片类药物注射的患儿进行研究，观察给药前及给药后间隔5分钟的心率、FLACC及ANI反应。结果显示ANI数值增加与滴定剂量相关，ANI与FLACC成负性相关，提示ANI对于衡量患儿术后疼痛程度尤其对不能使用VAS评分的患儿有较好的指导作用。M.Arnaout等人应用皮肤电导（skinconductance和外周神经张力相关）与ANI进行比较，观察对比13名青春期患儿地氟烷-瑞芬太尼麻醉下鼓室成形术中非侵入性疼痛评估设备的表现。结论提示评价伤害性刺激时监测心副交感神经张力比监测心率变化或外周交感神经张力更加敏感。

综上所述，术中应用ANI可在早期预测患者是否存在镇痛不足的情况，可能较血流动力学反应更加敏感。对于诊断术中血压升高的原因具有一定提示作用，可减少麻醉医生的判断时间并避免使用不必要的阿片类药物。术前床旁应用ANI分析有助于预测择期剖宫产患者脊髓麻醉后出现的低血压。此外，对于衡量患儿术后疼痛程度尤其对不能使用VAS评分的患儿有较好的指导作用。但以上临床观察由于患者数量相对较少也给实验研究的结论带来了一定的局限性，仍需要进行大量临床研究论证ANI是否可以反应患者镇痛是否充足。

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