성별 , 연령 , 대사증후군이 심장박동변이에 미치는 영향

1. 성별, 연령, 대사증후군이 심장박동변이에 미치는 영향 임용제*, 이상훈 인제대학교 컴퓨터응용과학과, 김해 621-749 신동구 영남대학교 의료원 순환기내과, 대구 705-035 전계록 부산대학교 의과대학 의공학교실, 부산 602-739

2. Introduction • 연구 목적 - 일반인들의 건강관리에 대한 관심이 높아지고 있는 현대에 건강진단 자동화 기술에 사용될 생체시계열의 분석방법이 요구된다. • 요구 조건 - 짧은 시간의 측정으로도 심장의 상태를 파악할 수 있어야 한다. - 잡음의 관여에 덜 민감해야 한다. - 빠른 계산을 위해 실시간 처리 알고리즘이 필요하다.

3. Data Set • Sampling frequency : 1000Hz • Acquisition time : 10 minute • Ectopic number : less than 1% of HRV length • Configuration of normal group • Configuration of normal & metabolic syndrome group

4. Metabolic Syndrome 아래 5가지 기준 중 3가지 이상을 만족하는 경우 1) BMI(Body Mass Index)가 25이상. (허리둘레 : 남자 90㎝이상, 여자 80㎝이상) 2) 중성지방 150mg/㎗이상. 3) HDL-콜레스테롤이 남자 40mg/㎗미만, 여자 50mg/㎗미만. 4) 혈압이 130/85mmHg 이상이거나 고혈압을 치료중인 경우. 5) 공복 혈당 110mg/㎗이상. 정의 기준 • 국제보건기구(WHO) • 미국의 콜레스테롤 교육프로그램(NCEP)

5. Time-domain Measure • MEAN : 전체 HRV 데이터에 대한 평균 • SD : 전체 HRV 데이터에 대한 표준편차 • RMSSD : 이웃한 R-R 차이를 제곱하여 얻은 값들의 평균의 제곱근 • NNx : 이웃한 심박주기의 차이가 x ms를 초과한 횟수 • pNNx : 이웃한 심박주기의 차이가 x ms를 초과한 비율 • pNNx • NNx

6. Frequency-domain Measure • Detrending of HRV - Method : polynomial fitting • Resampling of HRV - Method : cubic polynomial • PSD Analysis - 심장의 동력학계에 관여하는 주파수성분에 대한 정보를 제공 • Band Power of PSD

7. Cross-over point Raw HRV Detrending Slope of log-log plot of F against n Integrating Non-linear Measure • DFA(Detrended Fluctuation Analysis) - 프랙탈 상관성의 존재 또는 부재를 정량화 • Scaling range - a1(£ 11 beats) : Short-term correlation - a2(> 11 beats) : Long-term correlation - a2/ a1 : Cross-over

8. 2 symbol - ³ | t t | threshold , 1 + t n n - < | t t | threshold , 0 + t n n Symbolic Measure • CSE(Corrected Shannon Entropy) - 특정 길이의 무늬들에 대한 엔트로피 • CSE

9. Result 1. Sex difference • Significant : * p<0.05, ** p<0.001 (●) female, (■) male

10. Measure Sex 30 ~ 39 40 ~ 49 50 ~ 59 60 ~ 69 SD Female 47.83 ± 13.85 40.24 ± 11.34 ** 37.40 ± 9.12 ** 36.05 ± 15.01 **† Male 56.30 ± 13.83 48.06 ± 14.22 ** 42.70 ± 13.15 **† 39.38 ± 12.54 **‡ Total 52.07 ± 14.44 44.15 ± 13.42 ** 40.05 ± 11.60 **† 37.71 ± 13.89 **‡ LF Female 1059.91 ± 1056.20 535.43 ± 588.69 ** 347.91 ± 293.44 **† 309.23 ± 419.07 **† Male 1324.81 ± 901.71 867.74 ± 706.74 ** 557.30 ± 540.16 **‡ 437.69 ± 459.70 **‡ Total 1192.36 ± 988.48 701.58 ± 669.80 ** 452.61 ± 446.10 **‡ 373.46 ± 443.45 **‡ NN10 Female 463.59 ± 63.15 411.94 ± 80.66 ** 374.92 ± 83.65 **† 316.83 ± 119.28 **‡∬ Male 449.73 ± 52.61 412.71 ± 61.93 ** 370.74 ± 73.93 **‡ 332.69 ± 98.41 **‡∫ Total 456.66 ± 58.39 412.32 ± 71.73 ** 372.83 ± 78.77 **‡ 324.76 ± 109.36 **‡∬ NN20 Female 306.00 ± 82.37 240.12 ± 101.80 ** 193.38 ± 96.30 **† 158.66 ± 116.64 **‡∫ Male 292.37 ± 71.29 252.81 ± 86.84 ** 201.74 ± 87.13 **‡ 166.65 ± 98.95 **‡∫ Total 299.19 ± 77.14 246.47 ± 94.59 ** 197.56 ± 91.69 **‡ 162.66 ± 107.96 **‡∬ pNN10 Female 68.97 ± 10.31 63.00 ± 13.79 ** 57.41 ± 13.79 **† 51.04 ± 20.79 **‡∫ Male 69.83 ± 9.84 66.24 ± 12.41 * 60.13 ± 14.05 **† 54.38 ± 17.28 **‡∫ Total 69.40 ± 10.06 64.62 ± 13.19 ** 58.77 ± 13.95 **‡ 52.71 ± 19.14 **‡∬ pNN50 Female 11.65 ± 10.61 6.85 ± 10.30 * 3.54 ± 4.78 **† 4.74 ± 9.16 ** Male 11.90 ± 10.32 9.34 ± 10.59 5.55 ± 7.74 **† 4.16 ± 6.02 **‡ Total 11.77 ± 10.44 8.09 ± 10.49 ** 4.54 ± 6.50 **‡ 4.45 ± 7.74 **‡ CSE20 Female 8.42 ± 0.70 7.78 ± 1.45 ** 7.33 ± 1.72 **† 6.21 ± 2.64 **‡∬ Male 8.48 ± 0.77 8.14 ± 1.17 * 7.59 ± 1.60 **† 6.76 ± 2.25 **‡∫ Total 8.45 ± 0.74 7.96 ± 1.33 ** 7.46 ± 1.66 **‡ 6.48 ± 2.46 **‡∬ CSE30 Female 7.30 ± 1.62 5.95 ± 2.37 ** 4.93 ± 2.59 **† 4.15 ± 2.96 **‡∫ Male 7.31 ± 1.66 6.63 ± 2.19 * 5.39 ± 2.37 **‡ 4.61 ± 2.78 **‡∫ Total 7.30 ± 1.64 6.29 ± 2.30 ** 5.16 ± 2.48 **‡ 4.38 ± 2.88 **‡∫ Result 2. Aging effect (t-test) • Significance , 30~39 vs. : * p<0.05, ** p<0.001 40~49 vs. : † p<0.05, ‡ p<0.001 50~59 vs. : ∫ p<0.05, ∬ p<0.001

11. Measure Pearson 상관계수 유의확률 (양쪽) Measure Pearson 상관계수 유의확률 (양쪽) Measure Pearson 상관계수 유의확률 (양쪽) Mean 0.11 1.21e-03 VLF -0.19 3.18e-08 a1 -0.22 2.04e-10 SD -0.38 2.13e-29 LF -0.42 7.05e-36 a2 0.3 8.60e-18 RMSSD -0.29 1.04e-16 HF -0.27 1.47e-14 a2 /a1 0.27 4.38e-15 NN10 -0.52 1.86e-56 LF/HF -0.16 6.89e-06 CSE10 0.17 2.01e-06 NN20 -0.49 7.65e-50 LFnu -0.22 5.26e-10 CSE20 -0.39 3.76e-31 NN30 -0.45 1.62e-40 HFnu 0.19 5.42e-08 CSE30 -0.43 1.63e-37 pNN10 -0.41 2.82e-33 CSE40 -0.42 4.60e-35 pNN20 -0.41 7.87e-34 CSE50 -0.39 1.04e-30 pNN30 -0.38 1.44e-29 Result 2. Aging effect (correlation) • 시간영역분석 • 주파수영역분석 • 비선형분석

12. Measure Group 40~49 50~59 60~69 total RMSSD Control 30.04 ± 12.01 26.52 ± 11.26 28.22 ± 14.14 30.31 ± 11.96 Comparison 24.54 ± 11.33 † 20.73 ± 9.1 † 22.25 ± 11.35 † 23.48 ± 10.76 ‡ HF Control 259 ± 221.42 171.41 ± 120.9 226.23 ± 271.32 258.45 ± 228.17 Comparison 183.26 ± 175.84 † 125.26 ± 100.13 † 127.67 ± 122.74 † 157.86 ± 149.67 ‡ NN20 Control 265.27 ± 90.17 191.71 ± 89.48 182.04 ± 112.83 257.28 ± 99.43 Comparison 202.23 ± 97.41 ‡ 149.82 ± 86.92 † 136.84 ± 91.29 † 178.83 ± 101.27 ‡ pNN10 Control 67.4 ± 12.15 57.77 ± 11.81 55.98 ± 18.16 65.26 ± 13.26 Comparison 58.56 ± 14.33 ‡ 50.43 ± 14.55 † 49.53 ± 16.35 † 54.84 ± 15.77 ‡ pNN20 Control 43.03 ± 16.51 30.37 ± 14.72 30.61 ± 19.31 40.67 ± 16.87 Comparison 31.97 ± 17.78 ‡ 22.95 ± 13.97 † 21.91 ± 15.21 † 27.89 ± 16.88 ‡ CSE30 Control 6.77 ± 2.02 5.04 ± 2.43 4.94 ± 2.81 6.49 ± 2.28 Comparison 5.15 ± 2.65 ‡ 3.94 ± 2.39 † 3.61 ± 2.44 † 4.62 ± 2.65 ‡ Result 3. Metabolic Syndrome effect (t-test) • Significance, † p<0.05, ‡ p<0.001

13. Measure RMSSD HF LFnu NN20 pNN10 pNN20 CSE20 BMI -0.16 -0.08 0.12 -0.2* -0.2* -0.22** -0.18* 최대혈압 -0.29** -0.27** 0.19* -0.29** -0.32** -0.29** -0.31** 최소혈압 -0.33** -0.28** 0.28** -0.28** -0.31** -0.29** -0.28** 공복혈당 -0.15 -0.14 0.06 -0.21** -0.25** -0.23** -0.27** 중성지방 -0.14 -0.12 0.16 -0.13 -0.18* -0.16 -0.17* HDL 0.15 0.16* -0.18* 0.19* 0.2* 0.18* 0.18* Measure NN20 NN30 pNN10 pNN20 pNN30 CSE20 CSE30 CSE40 BMI -0.15 -0.16 -0.16 -0.17 -0.17* -0.19* -0.18* -0.17* 최대혈압 -0.25** -0.27** -0.22** -0.26** -0.26** -0.23** -0.27** -0.26** 최소혈압 -0.31** -0.31** -0.29** -0.31** -0.3** -0.3** -0.33** -0.29** 공복혈당 -0.1 -0.14 -0.1 -0.12 -0.15 -0.11 -0.14 -0.14 중성지방 -0.2* -0.23** -0.17* -0.21* -0.23** -0.14 -0.22** -0.22** HDL 0.06 0.09 0.06 0.07 0.09 0.06 0.09 0.09 Result 3. Metabolic Syndrome : factor correlation • 50대 : Pearson 상관계수 • 60대 : Pearson 상관계수 • Significance, * p<0.05, ** p<0.001

14. Measure Comparison group Pearson 상관계수 유의확률 (양쪽) SD -0.36 1.487e-10 LF -0.34 1.365e-09 NN10 -0.48 8.481e-19 NN20 -0.47 2.226e-17 pNN10 -0.40 7.423e-13 pNN20 -0.41 1.546e-13 CSE30 -0.43 6.975e-15 CSE40 -0.43 4.226e-15 CSE50 -0.40 8.273e-13 Result 3. Metabolic Syndrome : aging effect • Aging effect in comparison group

15. Conclusions • 성별 차이 - 여자의 심박이 빠르다는 일반적 사실을 확인. [Mean] - 남자의 심박주기 변화가 여자보다 크고 고령으로 갈수록 차이가 감소.[SD] - 남자가 저주파 성분이 큼. [LFnu, HFnu] - 남자의 심박변이는 여자보다 단주기 상관성이 큼. [a1] - 단주기에서 장주기로 이어질 때 상관관계가 유지되는 정도는 여자가 큼. [a2 /a1] • 연령증가에 따른 변화 - 교감신경의 활성이 저하됨. [LF] - 심박주기의 요동(fluctuation)이 감소. [NNx, pNNx] - 심박변이 시계열에서 특정 무늬들이 단주기 상관성에 주도적인 역할을 함. [CSE]

16. Conclusions • 대사증후군 영향 - 심박주기 변화량과 요동의 감소. [RMSSD, NNx, pNNx] - 부교감신경의 활성이 저하 됨. [HF] - 단주기 상관성 복잡도의 감소. [CSE] - 대사증후군 인자 중 혈압이 분석지수들과 가장 높은 상관 관계를 가짐. • 결론 및 토의 - NNx, pNNx, CSE의 결과에서 심장의 상태변화를 나타내는 심박주기의 변화는 10~30msec의 아주 짧은 변화임. - NNx, pNNx는 계산시간이 짧아 실시간 처리가 가능하고 CSE는 잡음에 강건하므로 건강진단 자동화 기술에 유용하게 사용될 수 있음.