トータルパワー（TP）

トータルパワーは、心拍変動（HRV）スペクトルのすべての帯域のパワーを合計したもので、単位はms²です。周波数の側から見た、間隔の時系列の分散です。

この指標がある理由

スペクトルは、一つの総量を各周波数に分け与えます。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）は、その総量を独立した指標として挙げました。0.4 Hzまでの、記録全体にわたるNN間隔の分散です。SDNNは分散の平方根なので、トータルパワーは周波数領域でのSDNNの対にあたります。Shaffer、McCraty、Zerrは、24時間ではSDNNがULFパワーおよびトータルパワーと高い相関を示すと述べています。おもな役割は分母です。相対パワーは各帯域をこれで割り、 正規化単位 正規化単位 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 （n.u.）は、トータルパワーからVLFを引いた値でLFとHFを割ります。

計算式

$$\mathrm{TP} = \mathrm{ULF} + \mathrm{VLF} + \mathrm{LF} + \mathrm{HF} = \int_{0}^{0.40} P(f)\,\mathrm{d}f$$

四つの帯域のパワーを足し合わせるか、0.40 Hzまでのすべての周波数$f$にわたってパワースペクトル密度$P(f)$を足し合わせます。短い記録にはULF帯域がないので、トータルパワーはVLF + 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5分間からは、3 + 120 + 635 = 758 ms²が得られます。同じ間隔のSDNNは28.7 msで、28.7²は約826 ms²です。大きさはほぼ同じですが、ぴったりとは一致しません。スペクトルではトレンド除去と窓かけをしていて、SDNNではしていないからです。ドリフトありのプリセットでトレンド除去をオフにすると、VLF帯域とともにトータルパワーが膨らむのがわかります。

何が値を動かすか

どの帯域でも動かすものすべてです。呼吸、 圧受容器反射 圧受容器反射 圧受容器反射 拍ごとに心拍数を変えて血圧を安定させる反射。もともと遅れがあるため、心拍数は約10秒ごとに上下します。これがLFパワーに現れる0.1 Hzのリズムです。 圧受容器反射についてさらに詳しく 、ゆっくりしたドリフトがあり、一日では活動と睡眠も加わります。Task Forceの表では、安静仰臥位の定常な5分間の記録で3,466 ± 1,018 ms²とされています。ただし、この正常値は一部が小規模な研究に由来し、概算にすぎないと注意が添えられています。絶対パワーはどれも歪んだ分布をもつため、論文ではその対数が報告されることもよくあります。

誤解しやすい場面

SDNNと同じく記録時間に左右され、プログラムのトレンド除去にも左右されます。ゆっくりしたトレンドを多く取り除けば、トータルパワーは下がります。同じ拍でもプログラムが違えば、トータルパワーは違ってきます。また、パワーがどの帯域にあるかは示しません。それこそが、帯域に分ける理由です。

どこで見かけるか

Task Forceの名称がトータルパワーで、単位はms²です。Kubios HRVは、「相対パワー」の列の分母として使い、手法ごとに報告します。典型的なアプリの画面の読み方は、HRVアプリのLF、HF、VLF、nuは何を意味しますか？で説明しています。