使用附加心率检测日常生活中的生理应激反应：与个体特征和情感状态的关联

《Biological Psychology》：Detecting physiological stress responses in daily life using additional heart rate: association with individual characteristics and affective states

　　

日常生活中重复的生理应激反应是慢性应激与躯体疾病之间关联的主要中介。目前缺乏可扩展的方法来检测日常生活中的生理应激反应。一个潜在的解决方案是“附加心率”（additional heart rate, aHR），它通过从观测到的心率中减去基于身体活动和姿势的预期心率，来估计心理应激的心脏自主神经反应。在此，研究人员在一项健康样本（n=827）的24小时心电图和加速度计信号记录中，识别出aHR持续显著增加（>6分钟，>10 BPM）的时期（aHR时期）。研究人员通过探索性分析检验了aHR时期总持续时间和平均强度的遗传力（heritability, h²）和重测信度（test-retest reliability, r），然后检验了它们与个体特征和情感状态的关联。结果显示，aHR时期的持续时间和强度具有中等的时间重测信度（r=.42和.40）和适度的遗传力（h²=.15和.11）。aHR时期的持续时间和强度随年龄（R²=.02）和BMI（R²=.01）显著下降，男性比女性表现出更长的aHR时期（3.93 vs 3.20分钟/小时，t=3.16）。神经质和运动行为与aHR时期的持续时间或强度无关联。个体内分析显示，aHR时期与瞬时负性情感（β=0.095，p=.033）存在边缘正向关联，但与正性情感无关联。因此，对心率进行身体活动和姿势校正可以实现在日常生活中检测生理应激反应，但需要数周至数月更长时间的监测才能表征个体对应激相关疾病结局的风险。

**研究背景与问题**
慢性应激通过反复激活生理应激系统，导致躯体疾病（如心血管疾病）的风险增加。这一过程的核心中介是日常生活中的生理应激反应，但现有检测方法存在显著局限：实验室应激范式（如特里尔社会应激测试）虽能揭示个体差异，但生态效度有限；自然情境下的研究则依赖频繁的自我报告（如每小时的问卷），不仅增加参与者负担，还限制了时间分辨率，难以精确捕捉应激反应的起始和持续时间。因此，亟需一种可扩展、低负担的方法，基于连续生理记录直接量化日常生活中的生理应激反应，而不依赖主观报告。

**研究目的与意义**
研究人员提出采用“附加心率”（additional heart rate, aHR）方法，通过从观测心率中减去基于身体活动和姿势预测的心率，估计心理应激引起的心脏自主神经反应。该研究旨在验证aHR在24小时动态记录中识别生理应激反应的有效性，并探索其与个体特征（年龄、性别、BMI、神经质、运动行为）及瞬时情感状态的关联。论文发表在《Biological Psychology》。

**主要技术方法**
研究人员使用VU-AMS5fs设备同步记录心电图（ECG）和三轴加速度计信号，样本来源于荷兰双胞胎登记处（NTR）、阿姆斯特丹自由大学学生和员工及阿姆斯特丹UMC听力学门诊，共纳入827名健康参与者（18-73岁）。通过加速度计提取特征（均值、极值、方差等），结合三种机器学习模型（支持向量机、XGBoost、卷积神经网络）预测姿势和活动类型（躺、坐、站、走、慢跑、骑车、爬楼梯）。基于线性回归模型，以加速度计向量幅度（VM）和姿势/活动类型为自变量，并加入前6分钟平均VM作为延迟效应，预测每分钟心率，计算aHR（观测心率减预测心率）。通过比较8种阈值组合（最小持续时间4/6/8/10分钟，最小幅度10 BPM或1个标准差），选择重测信度（r）和遗传力（h²）最高的组合（6分钟、10 BPM）来定义aHR时期。遗传力通过双胞胎设计（112对同卵双胞胎和86对异卵双胞胎）的AE模型估算，重测信度基于120名参与者两个24小时记录日的相关性。

**研究结果**
**3.1 描述性统计**
827名参与者（526名女性，301名男性）平均年龄37.3岁（SD=12.1），平均BMI 24.8 kg/m²（SD=4.2）。神经质得分（n=524）平均41.7（SD=24.5），运动行为（n=702）平均12.6 MET-小时/周（SD=21.8）。记录平均时长23.2小时，加速度计数据缺失率0.1%，心率数据缺失率4.0%。

**3.2 生理应激反应的操作化**
通过比较8种阈值组合，发现绝对幅度阈值（>10 BPM）比相对阈值（>1 SD）产生更高的重测信度；结合最小持续时间4或6分钟时重测信度最高，而遗传力在6或8分钟时更高。最终选择最小持续时间6分钟、最小幅度10 BPM作为aHR时期的定义。该定义下，持续时间的重测信度为.420，强度的重测信度为.400；持续时间的遗传力h²=.154，强度的遗传力h²=.107。

**3.3 年龄、性别、BMI、神经质与运动行为**
- **年龄**：与aHR时期持续时间（β=-0.04, R²=.02, p<.001）和强度（β=-0.04, R²=.02, p<.001）显著负相关。
- **性别**：男性持续时间（M=3.93分钟/小时）长于女性（M=3.20分钟/小时, t=3.16, p=.002），但强度无显著差异。
- **BMI**：与持续时间（β=-0.07, R²=.01, p=.006）和强度（β=-0.09, R²=.01, p=.002）显著负相关。
- **神经质**：与持续时间（β=0.00, R²=.00, p=.597）和强度（β=-0.00, R²=.00, p=.831）无关联。
- **运动行为**：连续变量（MET-小时/周）和二元变量（是否规律运动）均与持续时间或强度无关联。

**3.4 瞬时情感状态**
多水平模型（控制年龄、性别、BMI）显示，aHR时期与瞬时负性情感（NA）存在边缘显著的正向关联（β=0.095, p=.033），与正性情感（PA）无显著关联（β=-0.120, p=.111）。对NA进行对数转换后，正向关联达到显著（β=0.050, p=.022）。

**讨论与结论**
研究人员认为，aHR方法通过校正身体活动和姿势对心率的影响，能够在日常生活中识别出具有中等重测信度和适度遗传力的生理应激反应（aHR时期）。aHR时期的持续时间与年龄、BMI负相关，男性长于女性，这与实验室研究中高龄、高BMI者应激反应迟钝的发现一致，并扩展至自然情境。神经质和运动行为未显示关联，可能因为神经质主要影响应激感知而非生理反应，而运动行为与心肺适能的关联较弱。aHR时期与负性情感的边缘关联提示该方法对情感状态有一定敏感性，但效应量小，且因问卷数量有限（平均6.6次）可能掩盖了与正性情感的关系。研究局限包括单天记录可能不足以捕捉典型应激反应，以及未校正其他影响心率因素（如昼夜节律、说话、吸烟）。结论指出，aHR方法有望作为低负担工具用于日常生理应激反应检测，但需进一步在更长监测周期（数周至数月）中验证。

**研究结论翻译**
本研究调查了日常生活中生理应激反应个体差异的影响因素。研究人员将应激反应操作化为aHR（基于身体活动和姿势校正的附加心率）的持续显著增加。这些aHR时期的持续时间和强度显示出重测信度、适度的遗传力，并与年龄、性别和BMI等稳定个体特征存在显著但较小的关联。个体内分析显示，aHR与负性情感的变化存在边缘关联，但效应量较小。研究人员得出结论，附加心率方法作为捕捉日常生活中生理应激反应的低负担方法显示出前景，但需要使用更长的日常记录周期进行进一步验证。