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Pagina descrittiva e scientifica sulla analisi della Variabilita' della Frequenza Cardiaca 1) INTRODUZIONE ALLA HEART RATE VARIABILITY 2) COSA E' LA HEART RATE VARIABILITY (HRV) 3) COME VIENE MISURATA LA HRV 4) RANGE DI NORMALITA' 5) INTERPRETAZIONE FINALE DEI DATI 6) RINGRAZIAMENTI 7) RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI SU INTERNET 8) RIASSUNTI PUBBLICAZIONI SCIENTIFICHE INTRODUZIONE ALLA HEART RATE VARIABILITY La frequenza cardiaca puo' essere definita come il numero medio di battiti cardiaci al minuto. Questo numero, per esempio 70 b/m, e' solo un valore medio, perche' in realta' il tempo che intercorre fra un battito cardiaco e l'altro, non e' costante, ma cambia in continuazione. La Heart Rate Variability (HRV) e' una tecnica per misurare ed analizzare la variabilita' della frequenza cardiaca, ed sta assumendo una grande importanza in quanto da queste misure e' possibile dedurre molte informazioni, per esempio si puo' valutare il rischio di aritmie cardiache e di infarto, ed anche il bilancimento dell'attivita' fra il sistema nervoso Simpatico e Parasimpatico. La HRV e' nata all'origine nell'ambito della CARDIOLOGIA, ma numerosi studi scientifici, negli ultimi anni, hanno mostrato la sua importanza come indicatore attendibile anche in altri ambiti applicativi riguardanti per es. la PSICOFISIOLOGIA, la PSICOLOGIA, la PSICHIATRIA, la PSICOTERAPIA, la MEDICINA OLISTICA, la MEDICINA DELLO SPORT ed il numero di campi applicativi sta crescendo continuamente. Gli studi clinici pubblicati sulla HRV hanno infatti riguardato i seguenti argomenti:
COSA E’ LA HEART RATE VARIABILITY La HRV e' la naturale variabilita' della frequenza cardiaca in risposta a fattori quali il ritmo del respiro, gli stati emozionali, lo stato di ansia, stress, rabbia, rilasssamento, pensieri, etc. In un cuore sano, la frequenza cardiaca risponde velocemente a tutti questi fattori, modificandosi a seconda della situazione, per meglio far adattare l'organismo alle diverse esigente che l'ambiente continuamente ci sottopone. In generale, un individuo sano mostra una buon grado di variabilita' della frequenza cardiaca, cioe' un buon grado di adattabilita' psicofisica alle diverse situazioni. La HRV e' correlata alla interazione fra il Sistema Nervoso Simpatico e Parasimpatico. In particolare, il Sistema nervoso Simpatico, quando viene attivato, produce una serie di effetti quali: accelerazioine del battito cardiaco, dilatazione dei bronchi, aumento della pressione arteriosa, vasocostrizione periferica, dilatazione pupillare, aumento della sudorazione. I mediatori chimici di queste risposte vegetative sono la noradrenalina, l'adrenalina, la corticotropina, e diversi corticosteroidi. Il sistema Simpatico e' la normale risposta dell'organismo a una situazione di allarme, lotta, stress. Al contrario, il Sistema Nervoso Parasimpatico (chiamato anche Attivita' Vagale), quando viene attivato, produce un rallentamento del ritmo cardiaco, un aumento del tono muscolare bronchiale, dilatazione dei vasi sanguinei, diminuizione della pressione, rallentamento della respirazione, aumento del rilassamento muscolare, il respiro diventa piu' calmo e profondo, i genitali, mani e piedi diventano piu' caldi. Esso agisce attraverso il tipico mediatore chimico acetilcolina. Il Sistema Parasimpatico rappresenta la normale risposta dell'organismo ad una situazione di calma, riposo, tranquillita' ed assenza di pericoli e stress. Il nostro corpo, in ogni momento, si trova in una situazione determinata dall'equilibrio o dalla predominanza di uno di questi due sistemi nervosi. La capacita' dell'organismo di modificare il proprio bilanciamento verso l'uno o l'altro sistema, e' molto importante ed e' un meccanismo fondamentale che tende all'equilibrio dinamico dell'organismo sia dal punto di vista fisiologico che psicologico. Da cio' la grande importanza di avere oggi uno strumento scientifico come la HRV in grado di valutare lo stato relativo del sistema nervoso Simpatico e Parasimpatico. COME VIENE MISURATA LA HRV In ambito cardiologico, la HRV viene misurata attraverso un apparecchio elettrocardiografico (EKG), con normali elettrodi di superficie che si applicano a livello del cuore, ed un software speciale per l'analisi dei dati. 
In ambito diverso dalla cardiologia, la HRV puo' essere piu'
agevolmente misurata mediante un sensore Fotopletismografico applicato
ad un dito. Il sensore fotopletismografico funziona attraverso
l'emissione e la captazione di luce infrarossa, che e' assorbita dal
sangue. Il sensore rileva le variazioni cicliche del tono pressorio
nei capillari delle dita, che rappresentano fedelmente il battito
cardiaco. Dopo essere stati digitalizzati, i dati sono analizzati da
un software molto complesso che provvede a calcolare la distanza
esatta fra un battito cardiaco e l'altro (questa distanza viene
espressa in millisecondi) ed in questo modo si puo' creare un
diagramma che esprime la distanza R-R fra un battito e l'altro, in
funzione del numero di battiti cardiaci.  Esempio di TACOGRAMMA. La distanza temporale fra un battito cardiaco ed il successivo viene chiamato tempo R-R e viene espresso in millisecondi (ms). Il tacogramma viene raccolto normalmente nell'arco di 4-5 minuti (cioe' vengono conteggiati circa 300 battiti cardiaci in tutto) A questo punto, il software esegue ulteriori analisi piu' complesse, attraverso operazioni chiamate "Resampling del tacogramma" poi segue la Trasformata di Fourier ed il calcolo dello Spettro di Potenza del tacogramma. 
Lo Spettro di Potenza rappresenta le componenti di frequenza del tacogramma, e contiene le informazioni essenziali per arrivare finalmente alla stima del bilanciamento fra Simpatico e Parasimpatico. Lo Spettro di potenza (nel dominio delle frequenze) esprime la potenza delle frequenze comprese fra 0.01 e 0.4 Hz. La potenza (Power) viene espressa in millisecondi al quadrato. Gli studi e le ricerche degli ultimi 15 anni, hanno permesso di distinguere tre sotto-bande di frequenze, chiamate rispettivamente: 1) VLF (Very Low Frequency) frequenze comprese fra 0.01 e 0.04 Hz La banda VLF e' dovuta solo in piccola parte all'attivita' del Sistema Nervoso Simpatico, inoltre dipende dai cambiamenti nella termoregolazione, ed in ambito psicologico, e' influenzata dalle preoccupazioni e dai pensieri ossessivi (worry and rumination) 2) LF (Low Frequency) frequenze comprese fra 0.04 e 0.15 Hz La banda delle LF viene considerata principalmente dovuta all'attivita' del Sistema Nervoso Simpatico + una componente del parasimpatico, e all'attivita' di regolazione dei barocettori. 3) HF (High Frequency) frequenze comprese fra 0.15 e 0.4 Hz. La banda delle HF viene considerata espressione dell'attivita' del Sistema Nervoso Parasimpatico e del Vagale. Questa zona di frequenze subisce una elevata influenza da parte del ritmo e profondita' della respirazione. 4) Infine sono importanti anche i parametri chiamati "Deviazione Standard" del tacogramma o anche il parametro "Total Power" che nel software Elemaya (ed altri software) e' posto pari al quadrato della deviazione standard (Varianza) Entrambi questi parametri esprimono il grado complessivo della variabilita' della frequenza cardiaca, quindi la attivita' complessiva del Simpatico + Parasimpatico. Il rapporto invece fra Simpatico e Parasimpatico viene invece misurato dal rapporto fra LF/HF RANGE DI RIFERIMENTO L'esperienza clinica degli ultimi 15 anni ha anche permesso di arrivare a definire dei range di valori di riferimento di tutti questi parametri: Frequenza cardiaca, Deviazione standard Tacogramma (SD), Power Totale, Power VLF, Power LF, Power HF. I valori della Power sono spesso espressi anche nella loro forma logaritmica, per es. Ln(TotPower) Benche' la definizione dei range di riferimento non sia completamente uguale fra diversi autori e fra gli standard Americani ed Europei, nel contesto di questo software sono stati adottati dei valori di riferimento derivati da una base sperimentale relativa alla popolazione Italiana. Inoltre (agosto 2011) e' stata introdotto un secondo range di riferimento relativo ad una popolazione piu' anziana (da 50 a 70 anni) che puo' essere sovrapposto visivamente a quello del range 20-50 anni. INTERPRETAZIONE FINALE DEI DATI La interpretazione finale dei dati viene effettuata utilizzando un diagramma semplice ed intuitivo, specie per l'ambito applicativo della Psicologia, che mostra sull'asse orizzontale la attivita' LF (Simpatico) e sull'asse verticale il HF (Parasimpatico): 
Figura 4: Diagramma Finale del bilanciamento fra Simpatico e Parasimpatico. Il risultato e’ il punto rosso che puo’ cadere in una delle 9 aree definite dal diagramma, che mostra il Logaritmo della Power delle bande LF e HF. E' possibile passare con un semplice comando alla rappresentazione dei valori di riferimento base (da 20 a 50 anni) a quella per gli anziani. E' possibile visualizzare la schermata completa del programma quando si arriva alla analisi finale (cliccare sulla immagine per ingrandirla):  RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI SU INTERNET Internet e’diventata al giorno d’oggi una fonte privilegiata di raccolta di Informazioni aggiornate su qualsiasi argomento. In questa sezione, forniamo un elenco parziale degli indirizzi Internet che si possono visitare riguardanti la Heart Rate Variability. (nota: gli indirizzi su Internet possono invecchiare rapidamente!) www.macses.ucsf.edu/research/allostatic/notebook/heart.rate.html www.macses.ucsf.edu/research/Allostatic/notebook/parasym.html Queste due pagine internet contengono una descrizione generale della HRV www.heartmath.org/hro/AJC1195.html Questo sito contiene un articolo molto interessante dal titolo "The effects of emotions on short-term power spectrum analysis of heart rate variability" www.heartmath.org/ro/hro/hhrv1.htm Questo sito contiene una descrizione generale della HRV www.cbi.polimi.it/glossary/home.html Questo e’ un sito italiano sulla HRV curato dal Politecnico di Milano www.freezeframer.com Questo e’ un sito commerciale su una tecnica di terapia Psicologica chiamata Freeze-Framer che utilizza la misura HRV per dimostrare l’efficacia della terapia stessa. www.tftrx.com Anche questo e’ un sito commerciale che propone una nuova terapia Psicologica chiamata Thought-Field-Therapy i cui risultati sono dimostrati tramite la misura HRV. www.cardiologix.com E’ il sito commerciale che produce lo strumento HeartScanner di cui abbiamo adottato i valori standard di riferimento per la valutazione dei dati HRV e per l’interpretazione dei risultati. RIASSUNTI PUBBLICAZIONI SCIENTIFICHE Porges W.S. "Cardiac vagal tone: a physiological index of stress" Neuroscience and Biobehavioral Reviews, Vol. 19(2) p.225-233 (1995) Riassunto: Il tono cardiaco vagale viene proposto come un nuovo indice di stress e di vulnerabilita' allo stress nei mammiferi. Viene descritto un modello che enfatizza il ruolo del sistema nervoso parasimpatico ed in particolare del nervo vago nella definizione dello stress. Il modello descrive l'importanza della branca del nervo vago che ha origine nel "nucleus ambiguus". Nei mammiferi il nucleus ambiguus coordina diverse funzioni, fra cui la respirazione, la frequenza cardiaca e la vocalizza- zione in risposta a fattori stressogeni. Nei mammiferi e' possibile quantificare l'ampiezza della Heart Rate Variability (chiamata anche Respiratory Sinus Arrhythmia) allo scopo di definire la regolazione fasica e tonica del nervo vagale che ha origine dal nucleus ambiguus. Misurazioni di questa componente sono proposte a partire dalla misura del tempo interbattito del cuore e dalle misure statistiche ad esso correlate. Per esempio, neonati aventi un basso valore della variabilita' cardiaca, sono risultati essere molto piu' a rischio di sopravvivenza rispetto a quelli aventi unn valore normale o elevato di variabilita' cardiaca. Kawachi I., Sparrow D., Vokonas P., Weiss S. "Decreased Heart Rate Variability in men with phobic anxiety (Data from the Normative Aging Study)" The American Journal of Cardiology, Vol. 75 p.882-885 (1995) Riassunto: Diversi studi suggeriscono che l'ansieta' fobica e' un grosso fattore di rischio per le malattie delle arterie coronarie,in particolare per la morte da improvviso arresto cardiaco. E' stato anche ben stabilito che una ridotta variabilita' della frequenza cardiaca HRV) puo' identifi- care i pazienti ad alto rischio per la morte da improvviso arresto cardiaco. Noi abbiamo quindi ipotizzato che le persone con sintomi di ansieta' fobica possano esibire una ridotta HRV. Noi abbiamo testato la nostra ipotesi in 581 uomini, di eta'compresa fra 47 e 86 anni, arruolati in un Normative Aging Study. I soggetti erano liberi da malattie delle arterie coronarie e da diabete. I sintomi di ansieta' fobica furono misurati utilizzando il Crown-Crisp index, uno strumento che e' stato ben dimostrato (in precedenti studi) essere un ottimo predittore del rischio di improvvisa morte cardiaca.La HRV fu misurata sotto condizioni standard con ritmo respiratorio regolare di circa 6 respiri/minuto. Due misure della HRV furono utilizzate: la SD (Deviazione Standard) della HRV ed il massimo meno il minimo HRV (MMM-HRV) nell'arco di un minuto. Dopo avere aggiustato gli indici per eta', massa corporea e HRV medio nella analisi della covarianza,abbiamo trovato che gli uomini che avevano riportato i piu' alti livelli di ansieta' fobica avevano l'indice HRV piu' basso, sia come valore misurato come SD che come MMM-HRV (P=0.03) Questi dati suggeriscono che l'ansieta' fobica e' associata con un alterato controllo cardiaco autonomo,e quindi con un piu' elevato rischio di improvvisa morte cardiaca. Yeragani V., Pohl R., Berger R., Balon R.,Ramesh C., Glitz D., Srinivasan K. and Weinberg P. "Decreased Heart Rate Variability in Panic Disorder Patients: a Study of Power-Spectral Analysis of Heart Rate" Psychiatric Research, Vol 46, p.89-103 (1993) Riassunto: In studi precedenti abbiamo trovato una diminuita SD (Deviazione Standard) della HRV in pazienti affetti da disordini da panico,rispetto a soggetti di controllo normali. Nel presente studio, noi abbiamo usato la analisi spettrale della Heart Rate Variability per esaminare la funzione autonoma del cuore in 21 pazienti affetti da disordini da panico, e 21 soggetti normali di controllo.Nei pazienti abbiamo trovato una deviazione standard (SD) significativamente piu' bassa, sia misurando la HRV nella posizione supina che in quella in piedi. Nella analisi spettrale, la potenza nella banda di frequenze 0.01-0.05 Hz (VLF) era significativa- mente piu' bassa nei pazienti nella postura in piedi. Sempre nella postura in piedi, i pazienti con disordini da panico avevano una piu' alta potenza nella banda media 0.07-0.15 Hz (LF)rispetto ai controlli. Durante la condizione in piedi con respiro profondo a circa 6 respiri al minuto,tutti i soggetti(pazienti e controlli)hanno mostrato un incremento della frequenza cardiaca,della deviazione standard della HRV e una distribuzione della power nelle varie bande diversa rispetto al respiro normale. Considerando il rapporto di potenza LF/VLF, i soggetti normali in questa specifica condizione hanno presentato un elevato rap- porto LF/VLF, mentre nei pazienti questo rapporto era significativamente piu' basso. Questi risultati suggeriscono che nei pazienti con disordini da panico ci sia una diminuita funzionalita' del sistema parasimpatico (colinergico) ed un relativo incremento del sistema simpatico (adrenalinergico). Yeragani V., Pohl R., Balon R., Ramesh C., Glitz D., Jung I.,Sherwood P., "Heart Rate Variability in patients with major depression" Psychiatric Research Vol. 37 p.35-46 (1991) Riassunto: In questa ricerca abbiamo studiato la Heart Rate Variability in pazienti affetti da depressione (19)comparati con controlli normali (20) e con pazienti affetti da disordini da panico (30). La HRV e' risultata essere significativamente piu' bassa nei pazienti con disordini da panico, ma non in quelli con depressione e nei normali.Le misure sono state fatte relativamente alla frequenza cardiaca ed alla deviazione standard della HRV. Sono state anche effettuate misure nelle condizioni di riposo in piedi, di riposo supino, e di respiro profondo in piedi. In nessuna di queste differenti condizioni e'stata trovata una differenza significativa fra normali e depressi, ma solo nei pazienti affetti da disordini da panico. DeBenedittis G., Cigada M., Bianchi A., Signorini MG., Cerutti S. "Autonomic balance during Hypnosis and Heart Rate Variability Power Spectrum analysis as a marker of sympatho-vagal balance" International Journal of Clinical Experimental Hypnosis, Vol. 42(2) p.140-152 (1994) Riassunto: L'analisi spettrale della Heart Rate Variability e' un metodo semplice per analizzare la interazione simpatico-vagale. Due principali bande sono individuabili in questo spettro: le Low Frequency(LF) che sono correlate alla complesiva attivita' autonoma e le alte frequenze (HF) comprese fra 0.15 e 0.4Hz che sono correlate all'attivita' vagale. Il rapporto LF/HF e' quindi un indice della interazione simpatico-vagale. Questa tecnica e' stata applicata alo studio di 10 volontari (6 altamente ipnotizzabili e 4 poco ipnotizzabili),cosi' come determinato in base allo Stanford Hypnotic Susceptibility Scale, Form C. I soggetti furono testati in modo randomizzato in condizioni di cosciente e neutrale ipnosi. Preliminari risultati indicano che l'ipnosi influenza l'heart rate varia- bility spostando il bilanciamento dell'interazione simpatico-vagale verso un aumentata attivita' parasimpatica (vagale) in concomitanza con una riduzione del tono simpatico. E' stata trovata una positiva correlazione fra la suscettibilita' ipnotica e la risposta autonoma, con i soggetti piu' ipnotizzabili che hanno mostrato un trend verso un incremento maggiore della attivita' vagale rispetto ai soggetti poco ipnotizzabili. Rollin McCraty M.A., Atkinson M., Tiller W. "New electrophysiological correlates associated with intentional heart focus" Subtle Energies, Vol 4, p.251-262 (1995) Internet address:www.freezeframer.com Riassunto: In questo lavoro viene presentato il risultato di una ricerca in cui la heart rate variability (HRV) viene utilizzata come veicolo per dimostrare che l'applicazione di certe tecniche psicologiche porta ad un incremento del bilanciamento del sistema nervoso autonomo. In particolare la nostra tecnica, che abbiamo chiamato "Freeze-Frame", consiste in un intenzionale spostamento dell'attenzione sull'area del cuore, nel modificare la profondita' e regolarita' del respiro, e nello stesso tempo nell'invocare uno specifico sentimento quale amore e apprezzamento. Con la pratica continuata di questa tecnica, variabile fra 6 e 36 mesi, abbiamo osservato le seguenti modificazioni psicofisiologiche: 1)incremento del bilanciamento fra il sistema nervoso simpatico e para- simpatico, (2) uno spostamento della porzione High Frequency e Low Frequency dello spettro di potenza HRV verso una frequenza posta attorno a 0.1 Hz che rappresenta la naturale frequenza di oscillazione dei barorecettori,( 3)la osservazione che e' possibile raggiungere un nuovo definito stato psicofisiologico interno che abbiamo chiamato "Coherence State" caratterizzato da un valore quasi nullo della HRV. Mentre nei soggetti normali, un basso valore della HRV e' associato a rischio cardiaco elevato e ridotta capacita'd'azione del Sistema Nervoso Autonomo, nei soggetti con elevata esperienza nella Freeze-Frame questa situazione diventa associata ad una estrema regolarita' del ritmo cardiaco (High Internal Coherence) che noi interpretiamo come una eccezzionale capacita' di self-management degli stati mentali, mediante il raggiungimento di una profonda pace interiore ed armonia. Questi risultati sono riportati e discussi su un gruppo di 20 soggetti. Da questi dati, possiamo concludere che gli individui possono intenzio- nalmente modificare il loro sistema nervoso autonomo e quindi la HRV. Rollin McCraty MA., Atkinson M., Tiller W., Rein G., Watkins AD "The effects of emotions on short-term power spectrum analysis of heart rate variability" The American Journal of Cardiology, Vol.76 p.1089-1093 (1995) Riassunto: Questo studio ha utilizzato la HRV per esaminare un nuovo metodo di spostamento degli stati emozionali, e dimostrare che emozioni positive possono essere benefiche nel trattamento dell'ipertensione. Viceversa, le emozioni negative, e' stato trovato portano ad una significativa attivazione del sistema simpatico. I soggetti(15 donne e 9 uomini) erano volontari che in precedenza erano stati addestrati nella tecnica chiamata "Freeze-Framer" per 3-24 mesi. I soggetti sono stati suddivisi casualmente (random) in due sottogruppi. Al primo gruppo fu quindi chiesto di sperimentare uno stato positivo emozionale (apprezzamento), al secondo gruppo fu chiesto di sperimentare uno stato negativo (rabbia) per un tempo complessivo di 5 minuti.Durante questo tempo, fu misurata la HRV e calcolato quindi il relativo Power Spectrum. I risultati hanno evidenziato un aumento della attivazione complessiva (Simpatico+Parasimpatico) per entrambe le emozioni, rispetto alla baseline neutrale (P=0.01).Tuttavia le due emozioni producono differenti cambiamenti nel bilanciamento fra simpatico e parasimpatico. La "rabbia" produce un maggior aumento dei valori nella banda LF (Simpatico), mentre l'"apprezzamento" produce un aumento in entrambe le bande LF e HF. Si osserva inoltre uno spostamento di power nel range dei 0.1 Hz barorecettori) durante l'apprezzamento ed anche nella banda HF (parasimpatico). I due stati emozionali possono quindi essere distinti in base allo spostamento dello spettro di potenza, rispetto ai valori di base. Bigger T., Fleiss J., Steinman R., Rolnitzky L., Kleiger R., Jeffrey N. "Frequency domain measures of heart period variability and mortality after myocardial infarction" Circulation, Vol. 85, p.164-171 (1992) Riassunto: In questo studio sono stati seguiti 715 pazienti due settimane dopo un infarto miocardico, allo scopo di stabilire la relazione fra diverse misure relative alla Heart Rate Variability e la mortalita' durante i seguenti 4 anni di follow-up. Sono state trovate relazioni molto significative fra diverse misure della HRV e diverse cause di mortalita', fra cui: morte per qualsiasi causa, morte cardiaca, e morte per aritmie. Una forte correlazione e' stata trovata fra la power della banda VLF della HRV e tutte e tre le cause di morte precedenti. In particolare, la mortalita' aumenta notevolmente per valori bassi della power VLF e in modo piu' forte per le aritmie cardiache. Le bande LF ed HF della Power invece sono poco correlate con le cause di morte. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology, "Heart Rate Variability: standards of measurement, physiological interpretation and clinical use" Circulation, Vol. 93 p.1043-1065 (1996) Riassunto: In questo articolo, un gruppo di ricerca internazionale ha esaminato la letteratura sulla Heart Rate Variability ed ha proposto le linee-guida per effettuare la corretta registrazione, analisi ed interpretazione (in ambito cardiologico) della Heart Rate Variability. Commento: queste line-guida sono oggi riconosciute come uno standard assodato di riferimento per la registrazione dei dati della Heart Rate Variability e per la loro interpretazione in ambito cardiologico. Questo articolo tuttavia non fornisce dati sufficentemente utili per definire gli intervalli di variabilita' normali e neppure per utiliz- zare la HRV in ambito psicologico, una applicazione questa che e' in fase di notevole sviluppo ed accentuato interesse attuale. |