Teorie analýzy

02.12.2014 20:41

Analýza variability srdečního rytmu

 

Teoretický základ

 

Tepová frekvence (dále TF) není stálá a více či méně periodicky kolísá, zejména v klidu. Toto  kolísání je vyvoláno  interakcí minimálně 3 hlavních faktorů:

 

  • integrovaného centrálního nervového systému

  • periferního  reflexně  inhibičního (tlumícího) mechanismu (tzv. negativní feedback)

  • periferního  reflexně  excitačního (povzbuzuijícího) mechanismu(tzv. pozitivní  feedback )

     

    Variabilní fenomén, jako je TF, může být popisován nejen jako časová  funkce (v  tzv. časových dominantách), ale i jako suma elementárních oscilačních komponent, definovaných svou frekvencí a amplitudou (frekvenční spektrální analýza). Variabilita srdečního rytmu (dále TFV) je vysvětlována jako projev kolísání aktivity obou složek vegetativního nervstva (sympatiku a parasympatiku), které mají negativní a pozitivní chronotropní vliv (zrychlení nebo zpomalení TF).

    Na TFV se podílí vedle respirační periodicity i komplexní nízkofrekvenční periodicita se složkami s periodou desítek sekund až minut, které lze identifikovat právě metodami frekvenční analýzy.

    Protože TFV je ovlivněna zejména tenzí parasympatiku, bývá interpretována jako selektivní index srdeční a  parasympatikotonie. Postavení (nebo posazení, tzv. posturální manévry) je u zdravého člověka spojeno s poklesem celkové TFV. Je to způsobeno deaktivací aferentních (dostředivých) nervových impulsů ze sinoaortálních baroreceptorů (tlakových receptorů na začátku aorty). Tento podnět v důsledku dynamického negativního zpětnovazebního působení zvýší oscilační aktivitu míšních kardiálních center a tím i sympatikotonii v periferních cévách a sníží parasympatikotonickou stimulaci v srdci.

    Se zvyšující se TF se TFV snižuje. Rovněž frekvence dýchání přímo ovlivňuje velikost respirační sinusové arytmie (tedy i TFV, která je při vyšší dýchací frekvenci snížená). Podobně mentální koncentrace významně snižuje TFV i v podmínkách, kdy respirační parametry jsou konstantní. I mentální stres zvyšuje sympatikotonii, což se projeví v redukci TFV. Tyto skutečnosti by měly být zohledněny při sledování TFV, např. při posuzování prognózy pacientů se zdravotními riziky (viz dále).

    TFV se mění i během dne, vykazuje tzv. cirkadiánní rytmus: nejvyšších hodnot dosahuje u zdravého člověka v pozdních nočních hodinách, naopak nejmenší TFV zjišťujeme odpoledne.

    TFV je jakýmsi ukazatelem biologického věku: S přibývajícím věkem totiž TFV klesá (i když se rovnováha mezi sympatikem a parasympatikem příliš nemění), a to jak v klidu vleže, tak i při posturálních  manévrech.

     

    Využití TFV při  pohybové aktivitě a při sportu

     

    Zrychlení TF a pokles TFV při cvičení jsou důsledkem bifázické odpovědi, způsobené prudkým poklesem parasympatikotonie a opožděným vzestupem sympatikotonie.Tato redukce TFV se  zvyšuje exponenciálně jako funkce intenzity zatížení. Cvičení tak vykazuje signifikantní redukci indexu tonu vagu, doprovázenou signifikantním vzestupem TF. Prostá časová analýza TFV, která zůstává redukovaná během celé doby zátěže a ještě po různou dobu během zotavení, tak poskytuje dynamický neinvazivní index vagotonie.

    Rychlost návratu TFV během zotavení na úroveň před zatížením umožňuje nejen kvantifikovat rychlost regeneračních pochodů, ale může i pomoci optimalizovat trénink: nalezení optimální úrovně TFV umožní dávkování optimálních tréninkových fází. Nedostatečná regenerace, projevující se nižší úrovní TFV, svědčí o přetrvávání aktivace sympatiku, a měla by vést k prodloužení regenerační fáze, ev. vynechání jedné či několika tréninkových fází. Naopak rychlý návrat TFV na optimální úroveň umožní plasticky zvyšovat intenzitu tréninku, aniž by došlo k přetrénování nebo k jiné mu zdravotnímu  poškození organismu.

    Za standardních okolností (dostatečná regenerace po předchozím zatížení, poloha v leže) jsou mezi sportovci a nesportujícími rozdíly v TFV, která bývá u sportovců významně větší. Tato skutečnost ukazuje na převahu parasympatiku u sportovců (projeví se i relativní bradykardií). Trénovaní sportovci mají i komplexnější nervovou interakci, která moduluje TF: sympatická srdeční excitace, přetrvávající intenzivní dynamický trénink, může u vysoce aerobně trénovaných vytrvalců vysvětlit koexistenci tréninkové bradykardie se známkami zvýšené aktivity sympatiku. Ovšem přetrénování se u těchto osob projeví poklesem TFV, který je důsledkem dalšího neadekvátního zvýšení sympatikotonie bez vyrovnávající reakce parasympatiku.

     

    Na základě teoretických i praktických poznatků lze konstatovat, že TFV je jakýsi neinvazivní ukazatel parasympatické aktivity, který se snižuje s věkem a zvyšuje na základě pravidelného optimálního tréninku. Pravidelný trénink u starších osob vede k menšímu poklesu TFV (jejich TFV odpovídá TFV výrazně mladších netrénovaných osob), což je jasný důkaz pozitivního vlivu cvičení na zdraví stárnoucího člověka.

    Rovněž byl sledován vliv aklimatizace na pobyt ve vysokohorském prostředí na autonomní regulaci TF. Výsledky posturálních vyšetření prokázaly změnu strategie regulace TF po vysokohorské aklimatizaci (redukce senzitivity srdce na adrenergní podněty u chronické hypoxie může částečně vysvětlovat pokles maximální TF u osob, které jsou aklimatizovány na vysokohorské prostředí).

    Ve zvýšené TF během časné fáze aklimatizace na vysokou nadmořskou výšku se zrcadlí jak zvýšená tenze sympatiku, tak i snížená tenze parasympatiku. Adaptace kardiovaskulárního systému na vysokohorské prostředí se zdá být realizována hlavně vzestupem parasympatické nervové aktivity:

    původně snížená TFV se v průběhu úspěšné aklimatizace zvyšuje.

     

    Využítí TFV v lékařské praxi

     

    3.1 Diabetes mellitus

    Již velmi dlouhou dobu je známo, že pacienti s cukrovkou mají redukovanou TFV. Diabetici mají vysoký výskyt poruch vegetativního systému (progresivní destrukce parasympatiku s  následnou poruchou sympatické regulace), které korelují s tzv. periferní autonomní neuropatií  (komplikace dlouhotrvající  cukrovky). Pro diabetiky v určité fázi onemocnění je rovněž typické snížení cirkadiánního rytmu (TF, krevní tlak), které je spojeno s proporcionální dominancí sympatiku v noci, což může reprezentovat rizikový faktor kardiovaskulární příhody.

     

    3.2. Metabolický kardiovaskulární syndrom

    U osob s různě rozvinutým metabolickým kardiovaskulárním syndromem nacházíme často více či méně zřetelnou redukci TFV (relativně zvýšená sympatikotonie v důsledku redukované parasympatikotonie). Tento nález je spojován s inzulinovou resistencí, hyperinzulinémií, mírným vzestupem krevního tlaku, dyslipoproteinémií a nadváhou (nebo obezitou) s centrální distribucí tuku.

     

    3.3. Onemocnění  srdce a cév

    U pacientů s ischemickou chorobou srdeční (dále ICHS) je v důsledku zeslabené vagové kontroly (dominance sympatiku) snížená TFV. Ze světového písemnictví poslední doby dokonce plyne, že závažnost (nebo velikost) postižení koronárních artérií u pacientů se stabilní anginou pectoris je v relaci s redukcí TFV. Proto nepřekvapuje, že prostou analýzou TFV lze zjistit, že redukovaná standardní odchylka rozdílů po sobě jdoucích srdečních stahů, připisovaná snížené parasympatikotonii, má prognostický význam jako nezávislý prediktor mortality na ICHS.

    Během akutní i zotavovací fáze infarktu myokardu (dále IM) bývají přítomné známky poruchy vegetativního systému, jejichž velikost i dynamika koincidují s výskytem život ohrožujících arytmií ízké aktivity parasympatiku, a právě tento nález je spojován se zvýšeným rizikem kardiální mortality. V průběhu úspěšné rekonvalescence klesá progresivně převaha sympatiku a zvyšuje se celková TFV; to ukazuje na úpravu a normalizaci vegetativní interakce a na dobrou prognózu onemocnění (obnovený průtok artérií, jejichž obliterace vedla k IM, zvyšuje TFV a může vysvětlit redukci mortality). Z uvedeného plyne, že sledování vegetativních funkcí je nezbytnou součástí hodnocení rizika arytmie po IM. Současná snaha o racionální terapii spočívá mimo jiné i v posunutí vegetativní rovnováhy směrem k parasympatiku (zvýšení TFV).se vedle vzestupu TFV snižuje i incidence ventrikulární fibrilace během akutní ischemie myokardu. Nejpravděpodobnější mechanismus, vysvětlující striktní změnu rizikového statutu u cvičících jedinců, je posun v autonomní rovnováze, charakterizovaný zvýšenou vagovou aktivitou srdce (a tím i TFV), která má antifibrilační účinek. Z těchto výsledků plyne, že pravidelný trénink může snížit pravděpodobnost vzniku letální arytmie během akutní ischemie myokardu.

    Rovněž městnavá choroba srdeční je spojena se zvýšením sympatikotonie a s celkovou redukcí TFV, která je interpretována jako pokles parasympatikotonie. Tento pokles TFV je důležitý i pro predikci vysoké mortality u pacientů s těžkou městnavou chorobou srdeční. Ukázalo se, že čím vyšší bylo stadium nemoci (klasifikováno pomocí stupnice NYHA), tím menší byla TFV. Vyhodnocení parametrů TFV může predikovat i arytmogenní komplikace a náhlé srdeční úmrtí.

     

     

    Po centrální mozkové příhodě (dále CMP) byla zjištěná totální redukce TFV. Sledování TFV tak může detekovat autonomní důsledky CMP: vzhledem ke stupni srdeční arytmie, produkované zvýšenou tenzí sympatiku, predikuje závažnost onemocnění (zejména při pravostranné lézi). Těžké  mozkové poškození vyvolává alteraci kardiovaskulárních funkcí, nebotˇ TF vyžaduje integritu autonomního a centrálního nervového systému. Sledováním TFV lze rozlišit osoby s odumřením mozkových funkcí a osoby s normální funkcí vegetativního systému. U tepenné hypertenze je zvýšená sympatikotonie obvykle spojována s podněty v centrálním nervovém systému (emoce, stres)  nebo se sníženou účinností zpětné regulace (zvýšení baroreceptorových reflexů). U hypertoniků nacházíme často sníženou TFV a posturální manévr způsobuje menší pokles TFV než u normotoniků. Rovněž se popisuje snížení, či dokonce ztráta cirkadiální rytmicity TFV.

     

    3.4. Nezralost plodu

    Detekce  EKG plodu  z  abdominálního uterinního signálu umožňuje časovou i spektrální analýzu TFV a tím i hodnocení stability a zralosti aktivity autonomního nervového systému nebo dokonce např. i neinvazivní zjišťování fetální anémie. U fétů s intrauterinní retardací vývoje klesá TFV a v retrospektivní studii bylo prokázáno, že sledování TFV u předčasně narozených novorozenců ukázalo rozdíly mezi nezralými a zralými novorozenci, týkající se TFV, které jsou v relaci ke změnám vegetativní rovnováhy ve smyslu snížení parasympatikotonie. Jako zajímavou informaci je možno uvést, že děti, které podlehly náhlému smrtícímu dětskému syndromu měly vedle vyšší TF za všech situací i redukovanou TFV.

     

    3.5. Ostatní

    3.5.1. Za zajímavé je možno považovat skutečnost, že během anestézie pomocí různých farmak

    (např. izofluranu, thiopentalu, etomidatu nebo propofolu) dochází k různým změnám TFV v důsledku změny aktivity autonomního nervového systému. Tyto diference mohou být vysvětleny jejich specifickým vlivem na kardiovaskulární systém. Tak např. bylo prokázáno, že anestézie pomocí fentanylu, diazepamu a pancuronia snižuje celkovou aktivitu autonomního nervového systému a mění rovnováhu mezi oběma složkami vegetativního nervstva. 

    3.5.2 .U alkoholiků a osob s chronickou alkoholickou hepatopatií  dochází k redukované TFV, která přetrvávala po různě dlouhou dobu i po třicetidenní abstinenci v závislosti na přítomnosti Wernicke-Korsakoffova syndromu, na parestézií  dolních končetin,hypertenzi a na diabetes mellitus.

    3.5.3. Rovněž u pacientů s Parkinsonovou nemocí  byly zjištěny signifikantní změny v TFV, které korelovaly s trváním a závažností  extrapyramidální symptomatologie.

    3.5.4. Je zajímavé, že i během septického syndromu bývá celková TFV signifikantně nižší než během následné ozdravovací fáze. Tato redukce je inverzně proporcionální k závažnosti zdravotního stavu.

    3.5.5. Kokain, který je silným  sympatikomimetikem, může provokovat letální srdeční příhodu. Na TFV se tato skutečnost projeví výrazným poklesem, což svědčí o tom, že kokain nejen provokuje vzestup adrenergní aktivity, ale také redukuje vagotonii. Výsledná vegetativní  dysbalance by mohla zvýšit sklon k maligníim arytmiím.

    3.5.6. U  Chagasovy nemoci nacházíme jak redukovanou  parasympatikotonii, tak zvýšenou sympatikotonii. Avšak u pacientů s pozitivním sérologickým nálezem, ale bez onemocnění  srdce, se TFV v klidu neliší od normálního nálezu. Jestliže však použijeme posturální manénr, k obvyklé změně (k poklesu) TFV. Tyto výsledky podporují názor, že u Chagasovy nemoci dochází ke změně vegetativní kontroly i bez onemocnění srdce.

 

 

 

3.5.7.  V podmínkách transplantovaného srdce, které reprezentuje klinický model denervovaného orgánu, TFV zjištěná byla.Vzhledem k tomu, že tato TFV reaguje na manévr hlubokého dýchání , zatímco na farmakologickou blokádu parasympatiku atropinem nereaguje, je možno  soudit na přítomnost  intrakardiálního mechanismu modulace TF. Pozitivní dynamika TFV během rekonvalescence po transplantaci srdce naznačila, že sledování tohoto ukazatele (zejména metodikou spektrální analýzy TFV) by mohlo nabídnout unikátní metodu pro zjišťování postupu reinervace transplantovaného srdce.

Stručná interpretace teoretického základu - praktické využití variability ve sporttesterech Polar

 

Vedle hodnot SF také rytmicita srdečních impulsů informuje o aktuálním stavu našeho organismu. Tato rytmicita se odborně nazývá Variabilita srdeční frekvence (VSF) a její hodnoty se udávají v milisekundách (ms). Variabilita SF je typickou vlastností zdravého srdce a její hodnoty jsou vysoce individuální. Znamená to, že je vhodné porovnávat především hodnoty pouze téhož jedince.  VSF vyjadřuje rovnováhu autonomního nervového systému, neboli poměr sympatiku a parasympatiku, jinými slovy celkové uvolnění organismu, úroveň relaxace nervového i podpůrného (zejména svalového) systému.

 

Úroveň relaxace je nejlépe měřitelná v klidu, kdy dosahuje nejvyšších hodnot nebo při běžných denních činnostech a lehkém cvičení. Když je klidová SF 60 tepů/min, neznamená to, že srdce tepe v pravidelných vteřinových intervalech. Rozdíly mezi jednotlivými srdečními ozvami mohou být od 0,5 – 2 vteřiny.  

 

Pro snazší pochopení problematiky změn hodnot variability SF v průběhu zvyšujícího se zatížení nám poslouží následující ilustrační obrázek, z něhož je patrné, že se zvyšujícím se zatížením VSF klesá kolem 65% SFmax až k minimálním hodnotám – srdce bije v podstatě pravidelně.

 

 

Při tělesné aktivitě intenzity 60 – 65% SFmax je VSF téměř nulová, v klidu jsou její hodnoty nejvyšší. Grafické znázornění ukazuje jak nejvyšší hodnotu VSF, což znamená největší tělesné a duševní uvolnění, tak hodnotu nejnižší, která vyjadřuje malou variabilitu, což svědčí o vyšší úrovni fyzického resp. psychického stresu.

 

Zdůrazněme, že variabilita SF klesá s věkem. Uvědomělým nácvikem relaxace, např. při dechových cvičeních, meditaci apod. lze dosáhnout snížení SF a zvýšení její variability. Zatímco údaje týkající se SF informují velmi podrobně o reakci organizmu na probíhající zatížení, parametry variability SF mají významnou výpovědní hodnotu v průběhu uklidnění (ve fázi odpočinku) a informují o aktuálním zotavení.

 

Veškeré testy, které jsou obsaženy v „F“ modelech firmy Polar, ať už jsou to testy pracující s klidovou SF (Test Kondice, Test Vlastní Relaxace) nebo se stupňovanou intenzitou pohybu (Test Stanovení Vlastní Zóny) akceptují a ve výsledku zohledňují nejen proměnlivost hodnot SF, ale zejména také variabilitu SF!

 

Při testu kondice (Fitness test) sporttester čeká na 256 srdečních úderů – pak vyhodí výsledek testu kondice

 

(tedy čím nižší je klidová TF, tím delší dobu test trvá – člověk s horší kondicí tedy udělá test rychleji)

 

  • Vyšší kondice jedince = delší interval mezi tepy

  • Vyšší intenzita zatížení = zkracuje se interval mezi tepy

RLX, Úroveň relaxace

 

Sporttester umožňuje měřit stav uvolnění na základě variability TF, která vyjadřuje rovnováhu autonomního nervového systému neboli poměr sympatiku a parasympatiku . Tato úroveň relaxace je znázorněna graficky vůči individuálně nastavené Základní úrovni. Nejvyšší grafické znázornění představuje nejvyšší variabilitu TF, což znamená největší tělesné a duševní uvolnění. Nejnižší hodnota grafu vyjadřuje malou variabilitu, což svědčí o vysoké úrovni fyzického resp. psychického stresu. Variabilita tepové frekvence je typickou vlastností zdravého srdce a její hodnoty jsou vysoce individuální. Znamená to, že je vhodné porovnávat především hodnoty pouze téhož jedince. Úroveň relaxace je nejlépe měřitelná v klidu, při běžných denních činnostech a lehkém cvičení. Při tělesné aktivitě náročnější intenzity, kdy dosahuje TF vyšší úrovně, je variabilita TF je tak malá, že z displeje zcela zmizí. Po tréninku či např. následující ráno je možné na základě hodnot TF a její variability stanovit stupeň fyzického zotavení. Vyšší klidová TF a nižší variabilita než je běžné mohou být signálem přetrvávající únavy organismu, nastupujícího onemocnění apod.Z těchto důvodů je vhodné zařadit mírnější pohybové zatížení než původně plánované. Psychické příznaky jako strach, nepřiměřené napětí, nervozita, zlost, poraženecká nálada, apod. způsobují zvýšení TF a snížení variability. Stejný efekt přináší také zvýšená koncentrace na řešení určitého problému. Základní úroveň variability TF zjistíte způsobem popsaným v příslušné kapitole. Tyto výchozí údaje porovnejte s hodnotami, které  naměříte např. v případě značné únavy, při nachlazení či po nedostatečném spánku. Je nutno také připomenout, že variabilita TF klesá také s věkem. Uvědomělým nácvikem relaxace, např. při dechových cvičeních, meditaci apod. lze dosáhnout snížení TF a zvýšení její variability. Tuto skutečnost si můžete např.ověřit následujícím způsobem: Posaďte se v klidném prostředí, zavřete oči, na všechno zapomeňte a zcela se uvolněte. Dýchejte zhluboka volně přibližně 6x za minutu. Po chvíli se pohledem na displej přístroje přesvědčte o účincích této činnosti na hodnoty TF a její variabilitu. MZTF může prostřednictvím této funkce pomoci při odhalení stresové situace a umožní snadnější vypořádání s příznaky tohoto stavu. Tím přispívá ke zvýšení odolnosti vůči vlivu stresových situací, což napomůže snížení jejich nepříznivého působení prohloubením schopností uvolnění formou "autorelaxace". Zatímco údaje týkající se tepové frekvence informují velice podrobně o reakci organizmu na probíhající zatížení, mají parametry variability TF významnou výpovědní hodnotu v průběhu uklidnění, resp. ve fázi odpočinku a informují o aktuálním stavu zotavení.

 

RR - interval

 

Režim záznamu tep po tepu, kdy je doba mezi dvěma po sobě následujícími údery srdce znázorněna v milisekundách. Tato informace se také zobrazuje jako okamžitá TF v počtu tepů za minutu v dílčích zaznamenaných hodnotách. Přesné ukládání každého intervalu mezi jednotlivými tepy je mnohem obtížnější než údaje získané průměrováním, neboť režim RR záznam není chráněn před rušením v průběhu měření. V případě potřeby je proto doporučeno používat gel pod snímací elektrody obdobně jako při měření EKG, aby byl zajištěn dostatečný  kontakt mezi pokožkou a vysílačem. Dále je vhodné vyloučit používání funkce přepínání pomocí signálu TF přiblížením přijímače k vysílači a osvětlení displeje, neboť při této příležitosti nemůže přijímač zjistit další nové intervaly mezi tepy. Stejně tak může občas působit rušivě v případě, je-li zapnut, zvukový signál při stisknutí tlačítek, který eliminuje zaznamenání  jednoho RR intervalu. Získané hodnoty jsou pak interpretovány jako nepřesné údaje TF, které lze opravit v rámci SW Polar Přesné Posuzování Výkonnosti / ProTrainer5.  

 

 

 

Anglické vysvětlivky interpretace variability v SW Polar

 

 

 

General Information

 

Duration

sec.

Duration for the entire measuring

Sampling Rate

-

Sampling rate in the measuring (R-R intervals)

 


Measures of Heart Rate or Heart Beat Intervals

 

Number of Heart Beats

beats

How many heart beats there are in the selected period

Minimum R-R Interval

ms

Shortest heart beat interval in the selected period

Average R-R Interval

ms

Average heart beat interval in the selected period

Maximum R-R Interval

ms

Longest heart beat interval in the selected period

 


Measures of Heart Rate Variability / Time Domain

 

RLX baseline

ms

RLX value determined from the selected area as defined in the manual of S810. If the area selected is representative to you and you would like to compare your future values with this data, you can update this value to your S810.

Standard Deviation

ms

Standard Deviation of all R-R intervals in the selected area

Max/min ratio

-

Relation of minimum and maximum heart beat intervals

Weighted R-R average

-

In the calculation of weighted R-R average, every heart beat interval is weighted according to it’s length. Weighted average of [500, 750, 1000] is 806, whereas average is 750

SD1

ms

Deviation of the scatterogram plot in the "short" direction

SD2

ms

Deviation of the scatterogram plot in the "long" direction

RMSSD

ms

Root Mean Square Successive Differences: the square root of the mean of the sum of the squares of differences between adjacent normal R-R intervals over the selected area. This parameter measures the beat-to-beat variability of heart rate.

pNN50

%

Percent of heart beats where difference between new R-R interval and previous RR interval is greater than 50 ms, calculated over the selected area. You can also adjust the millisecond limit between 10 and 100.

 


Measures of Heart Rate Variability / Frequency Domain

Power Spectral Density is calculated using autoregressive modelling,
and the spectral power in the selected area is calculated over various frequency bands.

 

Total Power

ms2

Total Spectral Power over frequencies between DC and 0.40 Hz.

VLF

ms2

Spectral power of the R-R intervals in the selected area in the Very Low-Frequency range between DC and 0.04 Hz.

LF

ms2

Spectral power in the Low-Frequency range between 0.04 and 0.15 Hz.

HF

ms2

Spectral power in the High-Fequency range between 0.15 and 0.40 Hz. This frequency band usually includes the respiratory frequency.

LF/HF

%

Relation of low-frequency power to high-frequency power.

 

 

 

 

 

 

  1. Zdroj: www.polarczech.cz/polar/podpora/odborne/variabilita_vysvetlivky.doc