HFパワー

HF（高周波）パワーは、心拍間隔の分散のうち0.15〜0.40 Hzの帯域に入る量で、単位はms²です。この帯域は毎分9〜24回の呼吸に対応するため、呼吸帯域とも呼ばれます。

この指標がある理由

安静時の心臓に見られる速い変動の大半は、呼吸性洞性不整脈（ RSA RSA 呼吸性洞性不整脈（RSA） 息を吸うと心拍数が上がり、吐くと下がる正常な変化。迷走神経が生み出し、安静時の心拍変動（HRV）の大きな部分を占めます。 呼吸性洞性不整脈（RSA）についてさらに詳しく ）です。迷走神経の働きで、息を吸うたびに心拍が少し速くなり、吐くたびに遅くなります。1996年、欧州心臓病学会と北米ペーシング・電気生理学会のタスクフォース（Task Force）は、そのリズムを一つの数値で捉えられるよう、HF帯域を通常の呼吸数の範囲に合わせて定めました。迷走神経を遮断または刺激した実験から、この帯域は迷走神経活動に追従することが示されており、研究者はHFパワーを、RMSSDと並ぶ、迷走神経トーンの周波数領域の指標として使います。

計算式

$$\mathrm{HF} = \int_{0.15}^{0.40} P(f)\,\mathrm{d}f$$

パワースペクトル密度$P(f)$（単位はms²/Hz）を、0.15〜0.40 Hzのすべての周波数$f$にわたって足し合わせます。$P(f)$は、間隔の系列をリサンプリングし、トレンドを除去した後のスペクトルで、通常はWelch法で求めます。結果は分散で、単位はms²です。

計算例

リズムを分解する

教材用の記録から5分間

周波数（Hz）ごとのパワー 呼吸

VLFLFHF

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

ULF

24時間分の記録が必要

VLF

3 ms²

LF

120 ms²

HF

635 ms²

トータルパワー

758 ms²

LF n.u.

15.9

HF n.u.

84.1

LF/HF

0.19

ピーク

0.250 Hz, HF

休息十分、1分あたり15回（0.250 Hz）、5分、Welch法（トレンド除去後）。 呼吸のピークはHF帯の0.250 Hzにあり、約0.1 Hzの血圧の波が、LF帯の小さなピークになっています。LF/HFは0.19です。

休息十分 ストレス状態 ドリフトあり 異所性拍動あり

呼吸数 1分あたり15回 記録時間 5分

Welch法（FFT） Lomb–Scargle法

先にトレンドを除去する（smoothness priors法、λ = 500）

JavaScriptをオンにすると操作できます。

0〜0.5 Hzの周波数に対するパワーの折れ線グラフです。VLF帯（0.003〜0.04 Hz）、LF帯（0.04〜0.15 Hz）、HF帯（0.15〜0.4 Hz）に色が付き、呼吸周波数の位置に印があります。表示欄には、ULF、VLF、LF、HF、トータルパワー（ms²）、正規化単位のLFとHF、LF/HF比、ピーク周波数が表示され、何が変わったかを説明する文が続きます。操作は、1分あたり5〜20回の呼吸数スライダー、記録時間スライダー、トレンド除去のチェックボックス、WelchまたはLomb–Scargleのボタン、そして休息十分、ストレス状態、ドリフトあり、異所性拍動ありの記録を選ぶ4つのプリセットボタンです。

教材用の記録の五分間は、呼吸が毎分15回で、呼吸のピークが0.250 Hzにあり、HFパワーは635 ms²、 LF LF LFパワー 心拍間隔の分散のうち0.04〜0.15 Hzの帯域に入る部分で、単位はms²。7〜25秒ごとに繰り返すリズムです。かつては交感神経の活動と読まれましたが、現在は異論があります。 LFパワーについてさらに詳しく （低周波）とHFの合計に占める割合は84.1%です。呼吸を毎分7回まで遅くすると、同じ呼吸のリズムが0.15 Hzの線を越えるため、HFは19 ms²に落ち込み、LFが大きくなります。記録時間を60秒に切り替えても、HFは読み取れます。最も遅い周期でも7秒未満だからです。

何で変わるか

迷走神経活動と、呼吸です。呼吸が深くなると、神経系に変化がなくてもリズムが大きくなってHFが上がり、呼吸が遅くなるとリズムが帯域の外へ出ます。年齢、立位、アルコール、病気、精神的ストレスで下がり、睡眠中に上がります。Labordeらのガイドラインは、記録中の呼吸をモニターするよう勧めています。Task Forceの表では、定常状態での仰臥位5分間の記録で975 ± 203 ms²とされ、この値は概算だと断っています。Nunanらがまとめた短時間記録の平均は657 ms²で、ばらつきは非常に大きくなっています。HFには約1分の記録が必要です。

誤解しやすい場面

毎分9〜24回の範囲の外では、帯域に呼吸のリズムが入りません。毎分6回で呼吸している人は、深くリラックスしていても、HFパワーはごく小さく、LFパワーは非常に大きくなります。鋭いアーチファクトはすべての帯域にパワーを加えますが、多くはここに加わります。HFの絶対値は人による分布の偏りが大きいため、論文ではその対数か正規化単位（ n.u. n.u. 正規化単位（n.u.） LFパワーまたはHFパワーを、ms²ではなく、二つの合計（LF + HF）に対する割合で表したもの。二つは足すと必ず100になるため、合わせて一つの情報しか持ちません。 正規化単位（n.u.）についてさらに詳しく ）での割合を報告します。自分のHFの日ごとの変化は、一回の値より読み取りやすいものです。時間領域の対になるRMSSDも呼吸で変わりますが、呼吸のピークが帯域の端のどこにあるかには左右されず、ほとんどのウェアラブルデバイスが報告する数値でもあります。

どこで目にするか

Task Forceの名称はHFで、ms²と正規化単位で示されます。Kubios HRVはHFピーク周波数、絶対パワー、その対数、相対パワー、n.u.を出力します。Elite HRVはHFをms²で示し、HFは60秒から測れるとしています。HRVアプリのLF、HF、VLF、nuは何を意味しますか？は、典型的なアプリの画面を読み解きます。