《Journal of Functional Morphology and Kinesiology》：Feasibility of Wearable Heart Rate Variability Monitoring During a Military Closed-Circuit Rebreather Dive: An Exploratory Case Report
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背景： 在真实世界闭式循环呼吸器（closed-circuit rebreather，CCR）潜水过程中进行心率变异性（heart rate variability，HRV）监测在方法学上仍具挑战性。本探索性病例报告描述了在军事CCR潜水期间通过穿戴式设备获取
背景： 在真实世界闭式循环呼吸器（closed-circuit rebreather，CCR）潜水过程中进行心率变异性（heart rate variability，HRV）监测在方法学上仍具挑战性。本探索性病例报告描述了在军事CCR潜水期间通过穿戴式设备获取的与潜水阶段相关的HRV变化。方法： 一名受过训练的男性军事潜水员佩戴置于定制防水外壳中的RootiRx?单导联穿戴式设备接受连续监测。研究分析了三个连续的20分钟时段：潜水前、CCR潜水期间及潜水后即刻。潜水后时段并非在标准化静息条件下采集，且参与者在整个期间持续佩戴设备。使用Kubios HRV Scientific 4.3.0软件，采用中等阈值伪迹校正、平滑先验去趋势（λ = 500）及4 Hz插值对RR间期数据进行分析。对时域、频域及非线性HRV指标进行了描述性评估。结果： 潜水前、潜水期间及潜水后平均心率分别为88.1次/分、102.8次/分及86.4次/分。SDNN值分别为35.3、29.9及49.2 ms，RMSSD值分别为29.7、24.6及40.3 ms。三个阶段的副交感神经指数（PNS index）分别为?1.44、?2.08及?1.10，交感神经指数（SNS index）分别为1.66、2.98及1.26。LF/HF比值分别为1.77、1.46及3.92。自动校正心搏约占各阶段心搏总数的0.34%、0.54%及0.46%，三个时段的有效可分析数据比例均超过99.7%。结论： 在该个体记录中，研究人员获得了覆盖三个操作阶段的可分析RR间期序列。然而，单受试者非对照设计、非标准化记录条件、多重混杂因素以及缺乏独立的水下验证，均使得无法将观察到的差异归因于浸没、CCR暴露或自主神经适应。未来需要使用经验证的水下心电图系统开展对照研究。
论文解读
一、研究背景与目的
心率变异性（heart rate variability，HRV）描述心脏搏动间期的逐搏变化，是评估自主神经心血管调节功能的重要指标，可通过时域、频域及非线性指标加以刻画。在潜水过程中，HRV受到多种同步因素的影响，包括浸没、呼吸模式、环境压力、气体成分、水温、身体活动、心理负荷以及个体生理特征等。与常规开放回路自携式水下呼吸器（self-contained underwater breathing apparatus，SCUBA）不同，闭式循环呼吸器（closed-circuit rebreather，CCR）在去除二氧化碳并补充氧气后对呼吸气体进行循环利用，改变了呼吸与操作条件，广泛用于军事及技术潜水领域。既往现场研究虽已报告开放回路及CCR潜水期间心率与HRV指标的变化，但不同潜水条件下所观察到的模式并不一致。近年来，有研究分别考察了模拟深潜中经验丰富与新手海军潜水员在不同潜水阶段的线性和非线性HRV指标变化，以及标准化深CCR潜水后的HRV与肺功能、减压及炎症结局，但这些研究均未复现本报告所涉及的MCM100军事现场操作条件。此外，环境湿度与高压暴露可影响HRV衍生测量及其解释，穿戴式设备虽有助于在常规多导联心电图采集困难的作业环境中进行连续生理记录，但获得可分析的RR间期序列本身并不能证明穿戴式设备在水下或高压条件下的准确性。目前，军事CCR作业期间的真实世界HRV观测数据仍然有限，尤其是在同一连续记录中同时考察潜水前、浸没及潜水后即刻阶段的研究更为少见。因此，本探索性病例报告旨在确定在军事MCM100 CCR潜水期间，能否从置于定制防水外壳中的穿戴式设备获得适合描述性HRV分析的RR间期序列，并描述三个连续20分钟时段之间的阶段性变化，而不推断因果关系或CCR暴露的特征性自主神经反应。
二、主要技术方法
本研究为单受试者探索性病例报告。研究对象为一名32岁意大利海军男性军事潜水员，身高1.75 m，体重80 kg，身体质量指数26.1 kg/m2。潜水采用MCM100军事混合气体闭式循环呼吸器（Avon Protection，英国威尔特郡），在海洋环境中进行，持续约20分钟，最大深度12 m。数据采集使用RootiRx?（版本1.3.33）穿戴式胸贴传感器，置于研究团队开发的定制防水外壳内，在整个潜水前、潜水期间及潜水后持续佩戴。RR间期序列由RootiRx?专有软件识别并导出为CSV格式，随后导入Kubios HRV Scientific 4.3.0软件进行分析。分析采用中等阈值自动伪迹校正、平滑先验去趋势（λ = 500）及4 Hz插值；频域分析采用快速傅里叶变换，窗口300 s，重叠50%；时变分析采用300 s窗口及60 s时间网格。从连续记录中选取三个连续不重叠的20分钟时段：潜水前（约11:55–12:15）、CCR潜水期间（12:15–12:35）及潜水后即刻（约12:35–12:55）。研究经Pegaso远程大学伦理委员会批准（方案编号PROT./E 002193，2025年4月2日批准），参与者签署知情同意书。
三、研究结果
3.1 时域指标： 平均心率在潜水前为88.1次/分，CCR潜水期间升至102.8次/分，潜水后即刻为86.4次/分。SDNN在潜水前、潜水期间及潜水后分别为35.3、29.9及49.2 ms；RMSSD分别为29.7、24.6及40.3 ms；pNN50分别为6.08%、4.20%及10.38%。CCR潜水期间平均心率升高，所选时域HRV指标低于潜水前；潜水后即刻时段的SDNN、RMSSD及pNN50均高于浸没及潜水前时段，但因该时段并非在标准化静息条件下采集，不应解释为生理恢复的证据。
3.2 频域分析： VLF功率在潜水前、CCR潜水期间及潜水后即刻分别为126.6、113.7及147.0 ms2；LF功率分别为808.5、549.5及1987.8 ms2；HF功率分别为457.2、377.1及507.2 ms2。总功率从潜水前的1392.5 ms2降至浸没期间的1040.5 ms2，潜水后即刻升至2643.1 ms2。LF/HF比值分别为1.77、1.46及3.92。LF/HF未作为交感迷走平衡的直接度量加以解释。
3.3 非线性指标： SD1在三个时段分别为21.0、17.4及28.5 ms；SD2分别为45.2、38.4及63.5 ms；SD2/SD1比值分别为2.15、2.21及2.23。近似熵分别为1.40、1.21及1.07；样本熵分别为1.53、1.19及0.95。DFA α1分别为1.16、1.27及1.24；DFA α2分别为0.50、0.71及0.56。PNS指数分别为?1.44、?2.08及?1.10；SNS指数分别为1.66、2.98及1.26。上述变化仅作为描述性观察呈现。
3.4 描述性数据分析： 因属单受试者病例报告，未进行推断性统计分析。采用连续时间分辨监测数据对时域趋势及阶段性变化进行可视化探索。从同一记录中提取的重复时间窗口不被视为独立的生物学观测。
3.5 主观负荷评估： 上浮后立即采用完整加权版NASA任务负荷指数（NASA-TLX）评估主观负荷。挫败感评分及权重最高（评分50/100，权重5，调整得分250）；绩效评分为10/100，权重4；体力需求评分为15/100，权重3。应用计算的整体加权NASA-TLX得分为25.33。因仅潜水后评估一次且无潜水前测量或对照，该结果仅作描述性报告。
四、讨论与结论
本探索性病例报告表明，在军事CCR潜水期间，使用置于定制防水外壳中的穿戴式单导联心电图设备可获得可分析的RR间期序列，并在三个连续20分钟阶段观察到心率及HRV指标的阶段性差异。潜水期间平均心率最高，SDNN和RMSSD低于潜水前及潜水后时段。潜水后时段RMSSD与HF功率之间呈现表观分歧，但RMSSD与HF功率反映RR间期变异的不同属性，且呼吸未测量或控制，该模式无法区分真正的生理分歧与呼吸、方法学或情境影响。研究存在多重重要局限：单受试者非对照设计、潜水前及潜水后时段均非标准化静息条件、多种混杂因素并存、设备—防水外壳配置未在水下或高压条件下经参考心电图系统独立验证、未进行逐搏人工复核标注、时变窗口重叠导致相邻估计非独立、NASA-TLX仅基于单一个体的主观报告。因此，观察到的HRV差异不能归因于浸没、CCR暴露或自主神经适应。研究结论为：在该个体记录中，使用RootiRx?穿戴式设备置于定制防水外壳中获得的RR间期序列可跨三个连续20分钟操作阶段（潜水前、CCR潜水及潜水后即刻）进行分析，并观察到心率及时域、频域和非线性HRV指标的阶段性差异。然而，非对照设计、缺乏标准化静息条件、多重混杂因素及缺乏独立水下验证，均阻止将上述差异归因于浸没、CCR暴露或自主神经适应。这些发现仅支持在该个体记录中获得可分析RR间期数据的技术性与描述性可行性，不能确立设备在水下或高压条件下的准确性，也不能定义CCR潜水的特征性生理反应。未来研究应使用经验证的水下心电图系统、标准化记录条件、重复潜水、适当对照条件及更大样本量。
