LF/HF比

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 /HF比は、LF（低周波）パワーをHF（高周波）パワーで割った値です。単位はありません。

この指標がある理由

考え方はすっきりしていました。LFパワーが交感神経（「 闘争・逃走反応 闘争・逃走反応 交感神経系 自律神経系のうち「闘争・逃走反応」を担う系統です。心臓を速く、強く拍動させますが、作用が遅すぎて、拍ごとの心拍変動（HRV）を左右することはできません。 交感神経系についてさらに詳しく 」にかかわる神経）から、HFパワーが副交感神経（「 休息と消化 休息と消化 副交感神経系 自律神経系の「休息と消化」の枝。おもに迷走神経を通して心拍を遅くし、心拍変動（HRV）の拍ごとの変動の大半を生み出します。 副交感神経系についてさらに詳しく 」の神経）から生じるなら、一方をもう一方で割れば、どちらが優勢かがわかります。比が高ければストレス、低ければ落ち着いた状態という読み方です。「交感神経・迷走神経のバランス」という言い方はこの考えから来ています。1996年の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）も、LF/HFを標準的な周波数領域の指標に挙げ、定常状態での仰臥位5分間の記録の概算の正常値の表に1.5〜2.0を載せました。

この前提の前半は成り立ちません。Goldsteinらは2011年に、LFパワーは心臓の交感神経トーンではなく、圧受容器反射の機能の指標だと結論しました。Billmanの2013年のレビューは、副交感神経を遮断するとLFピークが少なくとも半分に減ることを挙げ、健康な人でも病気の人でも、この比は交感神経・迷走神経のバランスを正確に数値化できないと結論しています。ShafferとGinsbergは、管理された条件でのみ、そのバランスを推定できる可能性があると付け加えています。

計算式

$$\frac{\mathrm{LF}}{\mathrm{HF}} = \frac{\int_{0.04}^{0.15} P(f)\,\mathrm{d}f}{\int_{0.15}^{0.40} P(f)\,\mathrm{d}f}$$

0.04〜0.15 Hzの帯域のパワーを、0.15〜0.40 Hzの帯域のパワーで割ります。どちらもms²なので、単位は打ち消し合います。$P(f)$は間隔の系列のパワースペクトル密度です。

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。

教材用の記録は合成データで、設計上HFが優勢です。変動のほとんどが毎分15回の呼吸による大きな揺れで、血圧の波はわずかしかありません。そのため五分間のLF/HFは120 ÷ 635 = 0.19となり、Task Forceの表の1.5〜2.0や、Nunanらが実際の記録から統合した平均2.8を、はるかに下回ります。この数値は、基準としてではなく、どう動くかを知るために読んでください。

呼吸を毎分7回まで遅くすると、呼吸のピークがHF帯域からLF帯域へ移るため、比は186.8に跳ね上がります。これほど大きな跳ね上がりは、この合成データの特徴です。呼吸が帯域を離れると、HF帯域にほとんど何も残りません。学んでほしいのは変化の向きです。プリセット「ストレス状態」、つまり速くて安定した心拍に切り替えると、LFとHFはどちらも休息時の値の何分の一かに縮みますが、比は0.66と表示され、変動がどれほど小さくなったかは何もわかりません。比は、それを作っている数値の大きさを隠してしまいます。

何で変わるか

何よりも呼吸数です。毎分9回より遅いと、比が膨らみます。ほかに、姿勢（立つと上がる）、記録時間、解析プログラムの設定、そしてLFやHFそれぞれを動かすものが影響します。Nunanらがまとめた短時間記録の値は、平均が2.8、標準偏差が2.6で、健康な人の値の散らばりの大きさがわかります。

誤解しやすい場面

単独で読むと、ほとんどの場合で誤解します。上がったからストレスがあるとは言えず、下がったから回復したとも言えません。小さな二つの数値どうしを割ると、どちらかのわずかな変化で比が大きく振れます。呼吸が遅いときは、比が測っているのは呼吸です。LFとHFの絶対値を見るか、迷走神経活動との関係がより明確なRMSSDとHFパワーを見てください。

どこで目にするか

Task Forceの名称はLF/HFです。Kubios HRVは絶対パワーから計算して出力します。Elite HRVは表示したうえで、その「バランス」の読み方には異論があるとしています。ストレスやバランスの目安に変えているアプリもあります。レッスンHRVを生む神経系のしくみで、二つの神経がどう影響し合うかを説明しています。HRVステータスが「アンバランス」とは？は、別の種類の「バランス」表示を扱います。