Produkter
Webbutik Kampanjer Aktiviteter

Produkter  /  Fysiologiska mätsystem  /  Forskningssystem  /  Applikationsexempel  /  

Heart Rate Variability

Människokroppens homeostas är inte statisk utan en dynamisk jämvikt. I denna dynamik samverkar hjärt-kärlsystem, hormonsystem, afferenta och efferenta nerver med hjärnan. Vid den dynamiska jämvikten finns ofta karaktäristiska små variationer på olika tidsskalor som kodar information om olika delar av kroppen. Dessa kan i vissa fall användas som markörer för status på de olika regulatoriska delarna - variabler som annars är svårt att göra direktmätningar på.

Ett exempel på detta är det parasympatiska nervsystemets inverkan på hjärtvariabilitet (HRV) och dess roll i reglering i det kardiovaskulära systemet, blodtryck och syresättning. Man vet ju att det parasympatiska nervsystemet via vagusnerven lugnar ned hjärtat, medan det sympatiska nervsystemet ökar hjärtfrekvensen - men det i sig förklarar inte fluktuationer i hjärtfrekvens!

Om vi via EKG mäter RR-intervallen över 5 minuter kan det se ut ungefär som här:

Klicka för förstoring.

En spontan reaktion när man ser detta skulle kunna vara att det är något som är instabilt eller fel eftersom hjärtfrekvensen åker upp och ned. Men så är inte fallet. Tvärtom så speglar dessa variationer just att vi har en pågående dynamisk och rätt komplex fungerande reglering!

Man ser nu att det bland annat finns regelbundna variationer med en periodicitet på ca 0.12Hz, vilket korrelerar med att försökspersonen andas (långsamt). Frågan är: varför påverkar andningen hjärtregleringen?

Det finns en modulation av den efferenta parasympatiska samt sympatiska kopplingen till hjärtats pacemakerceller som moduleras av andningen. De parasympatiska receptorerna reagerar snabbare än de sympatiska, vilket gör att hjärtat i huvudsak endast hinner reagera på den parasympatiska modulationen vid normal andningsfrekvens. Detta gör att hjärtat börjar gå lite fortare vid inandning när dämpningen av vagus minskar och sen långsammare vid utandning samt att modulationens amplitud beror på den parasympatiska nivån men inte på den sympatiska nivån. En möjlig evolutionär förklaring till varför kroppen anammat denna fluktuerande reglering är att man tror att denna variabilitet också innebär ett effektivt gasutbyte och syresättning i lungorna.

Detta innebär att hjärtvariabiliteten modulerad av andningen kan användas som ett index på den parasympatiska tonen, som ju annars självklart är svår att mäta direkt på männniskor. Dvs. variabiliteten av hjärtats RR-intervall ökar kring andningsfrekvensen när den parasympatiska tonen ökar. Dock måste man som vid alla experiment, kontrollera/styra att andra parametrar som också påverkar HRV, inte ändras samtidigt under själva försöket. Detta kan vara kroppshållning, andningsmönster, mediciner etc. Förslagsvis MÄTER man också andningen för att ha helt koll på andningsmönstret.

Gör man detta nu lite mer systematiskt, och gör en spektralanalys av RR-signalen, ser man vilka frekvenser RR-signalen innehåller och att vi i detta fall har en tydlig topp kring andningen. Ett litet exempel på HRV-PowerDensitetsSpektrum från 3 st enkla 5-minuters scenarier ser vi här:

Klicka för förstoring.

RÖD = Sittande vid dator, arbetar, spontan okontrollerad andning, och förhöjd stressnivå

BLÅ = Sitter på samma stol, men försöker slappna av och andas jämnt

GRÖN = Ligger och försöker slappna av och andas jämnt

Man brukar också dela upp frekvenserna i flera band, där man definierar ett mått (tal) för varje band.

ULF

0 – 0.0033 Hz

mycket svårtolkat.. väldigt långsamma variationer av hormoner, dygnsrytmer, metabolism etc?

VLF

0.0033-0.04 Hz

mycket svårtolkat.. hormonella variationer, direkt hjärta-hjärna samverkan?

LF

0.04- 0.15 Hz

parasympatisk och sympatisk påverkan: baroreflexresonans..?

HF

0.15 -0.4 Hz

parasympatisk ton, förutsatt att andningen håller sig inom området

VHF

0.4 → Hz

svårtolkat.. kardiovaskulär autoreglering?

Man integrerar Power-spektrat i det man kallar för HF-bandet som innehåller normala andningsfrekvenser och använder detta tal som ett index för parasympatisk ton, eller i praktiken: hur denna ton varierar under ett försök eller mellan olika villkor. (Alla matematiska metoder som krävs för detta finns i AcqKnowledge, och på samma sätt får man fram mått för de övriga frekvensbanden).

Även om de exakta mekanismerna kring detta inte är klarlagda så vet man att det är inte enbart den parasympatiska tonen som påverkar storleken av dessa variationer, utan även andningsmönster, kroppshållning, mediciner etc. Om man inte andas för långsamt och ojämnt, så är toppen som orsakas av denna andning relativt väl isolerad från energi i det lägre frekvensområdet (LF), och hamnar i HF-området.

För att få ett bra parasympatiskt index är det viktigt att man under försökets gång inte ändrar någon av de övriga parametrarna som också påverkar signalen, dvs. andningsmönster eller kroppshållning. Om man gör det måste man också notera detta. Idealiskt så MÄTER man också andningen samtidigt, då kan man även genom att göra ett spektrum av andningen också se huruvida andningen är jämn eller ojämn.

Variabiliteten i det lägre frekvensområdet är minst lika intressant, men dessvärre ännu mer komplicerad att förstå. Ibland har man historiskt använt LF-området (0.04-0.15 Hz) som ett index för sympatiska tonen, och därmed LF/HF som mått på sympato-vagal balans då detta under vissa omständigheter visat sig vara användbart, men man vet idag att detta inte stämmer rent generellt, och extra försiktighet krävs när man ska tolka övriga delar av spektrumet. Det finns också indikationer på att HRV inom de lägre frekvenserna också kan agera riskmarkörer för olika sjukdomar, men detta är också mycket komplext och involverar inte bara autonoma nervsystemet utan även hormonella variationer och är föremål för pågående forskning. Energi i detta område tror man beror på flera saker, t.ex.

  • Ojämn andning eller för långsam andning gör att man kan få andningsrelaterade effekter som spiller över i detta frekvensområde och som varierar med parasympatiska tonen.
  • Långsamma effekter från både hormonella variationer samt effekter från resonanser i hjärta-hjärna system där afferent feedback från hjärtats mekano och kemoreceptorer, återkopplar direkt till hjärnan som styr de efferenta nerverna.
  • Vid ca 0.1Hz uppvisar kroppen också en resonans mellan blodtrycksvariationer, baroreflexen och vaskulär resistans. Baroreflexen är också EN av de mekanismer som tros vara mekanismen även för andningsvariationerna, även om effekten blir starkare ju närmare resonansfrekvensen man andas.

Det som motiverar att man försöker förstå finstrukturen i denna komplicerade dynamiska homeostas trots att det kan förefalla finnas alldeles för många variabler inblandade är att det vore fantastiskt användbart med fler HRV-mått som kan användas för olika psykologiska, neurologiska eller medicinska index, eftersom det är så enkelt att mäta med ett vanligt EKG! Relaterade parametrar i det sammanhanget kan då också vara att mäta och korrelera med baroreflexkänsligheten om man också har möjlighet till kontinuerliga blodtrycksmätningar. Man kan mäta både spontana fluktuerande baroreflex-sekvenser samt provocerade responser. Kompletterande mätningar kan också vara hudkonduktans som är ett mycket känsligt index för sympatikus aktivering. Även om man oftast i tillämpad forskning använder sig av dessa index för att stödja eller omkullkasta teser, så motiverar jakten efter användbara mått på egen hand mer forskning. I vissa fall kan denna forskning gå hand i hand med tillämpad forskning genom att man ”utforskar” olika oprövade mått med insikten om att det har ett värde i sig att utveckla och förstå dessa komplexa index. Inom dessa områden är det också intressant med invasiva metoder för att korrelera dessa index med invasiva eller farmakologiska metoder för att blockera hjärtats respons på nervsystmet (atropin, betablockerare etc.) och se vilka olika faktorer som påverkar eller inte påverkar.

För att mäta HRV behöver du ett EKG-mätsystem samt en programvara för analysen.

Med programvaran AcqKnowledge från BIOPAC gör du enkelt HRV-analys med de inbyggda färdiga rutinerna. I videon nedan visas hur enkelt du utför HRV-analysen i AcqKnowledge.

HRV BIOPAC:

Det finns färdiga rutiner för att givet en EKG signal ta fram såväl spektralbaserade som statistiska mått på HRV i AcqKnowledge. Men för den som kan hantera script, kan man genom att använda script-optionen i AcqKnowledge t.ex.

  • Automatisera artifakthantering (rörelseartifakter eller diverse ektopiska hjärtslag)
  • Automatisera analys av en katalog med flera olika mätfiler
  • Anpassa den matematiska analysen för att definiera egna anpassade mått på HRV-index

HRV-script:

Översikt över hur en scriptbaserad lösning kan fungera: Automatisk artifakt-korrigering av av RR-intervall, samt automatiserad HRV-analys och batch-behandling av katalog med acq-filer med hjälp av BIOPAC scripting. Slutligen skickas resultaten till en excelfil.

Missa inte dessa två inspelade webinarier i ämnet:

Torsdag, 14 juli, 2016 ECG Webinar | Recording Great ECG Länk »

Torsdag, 28 juli, 2016 ECG Webinar | HRV & RSA Länk »

Att skriva egna script ligger på en lite mer teknisk nivå, men när man väl lärt sig det kan det spara mycket tid!

Själva EKG-signalen mäter man antingen på konventionellt vis eller trådlöst, sen är det mycket enkelt att göra HRV-analysen i AcqKnowledge. På bilden ovan ser du MP160/MP150-systemet samt en sändare för trådlöst EKG samt ett andningsbälte.

Välkommen att kontakta produktansvarig fredrik@jor.se om du vill veta mer!

(1) A healthy heart is not a metronome: an integrative review of the heart's anatomy and heart rate variability. See here »

(2) Guidelines Heart Rate Variabilty, Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use. See here »

(3) The interpretation of very high frequency band of instantaneous pulse rate variability during paced respiration. See here »

 (4) Application Note 233 Heart Rate Variability »

Preparing Data for Analysis Using AcqKnowledge

 (5) Application Note 129 Heart Rate Variability »

 (6) AcqKnowledge Manual – Heart Rate Variability, sidan 334 – 342 »

 (7) AcqKnowledge Manual – HRV Poincare plot, sidan 363 – 366 »

HRV Analysis: Fully-automated Routine in AcqKnowledge:

Sök

Skriv in det du vill söka efter här