La variabilità della frequenza cardiaca.

Introduzione 

Da circa dieci anni le ricerche scientifiche sull’Heart Rate Variability e sugli strumenti di biofeedback dell’HRV hanno avuto un incremento esponenziale. Il mondo accademico come quello sportivo hanno beneficiato dell’evoluzione tecnologica che ha permesso di miniaturizzare i dispositivi di bio-rilevazione creando nuove possibilità di utilizzo. I dispositivi di biofeedback sono passati dall’essere biorilevatori, con funzioni diagnostiche e di intervento di biofeedback training ortodosso, in tecnologie indossabili e facilmente utilizzabili nei diversi momenti della giornata, anche da neofiti, per ottenere dati e informazioni per modulare attività e migliorare il proprio stile di vita. 

La diffusione crescente dei dispositivi di biofeedback dell’HRV educativo/formativo sta incrementando la consapevolezza delle persone intorno alle scelte quotidiane rientranti nel novero del corretto stile di vita. La possibilità di misurare la qualità e quantità dell’attività fisica, del sonno o del proprio equilibrio neurovegetativo ha aperto le porte a un mondo di nuove applicazioni. Si pensi solo al grande vantaggio di conoscere oggettivamente sé stessi e adottare scelte per vivere coerentemente la propria vita assecondando la propria natura. Utilizzare efficacemente le proprie risorse psicofisiche, favorire azioni ad impatto epigenetico per essere maggiormente resilienti, vitali e felici, sono solo alcune delle possibili applicazioni di dati, l’HRV, e di dispositivi di biofeedback. 

A ben guardare staemergendo una “nuova scienza dell’equilibrio e delle prestazioni”  a cui interessa l’essere umano nella sua complessità e unicità, e non più quale insieme di organi e sistemi separati, in una visione riduzionistica. Questo nuovo modo di vedere la persona richiede un enorme sforzo nell’interpretazione della sua complessità, nella comprensione delle dinamiche del cambiamento e, soprattutto, nella gestione coerente dell’equilibrio. 

In questo contesto i parametri dell’Heart Rate Variability si prestano a essere impiegati quali indici per comprendere cosa accade all’equilibrio neurovegetativo del sistema persona quando viene modificato  ad esempio dallo stress, dall’esercizio fisico, da una molecola, da particolari emozioni ecc.  

Heart Rate Variability 

L’Heart Rate Variability è la variazione battito per battito in intervalli di tempo tra le contrazioni del cuore[1] ovvero la distanza fra fasi sistoliche. L’Heart Rate Variability è costituita da variazioni negli intervalli di tempo fra i battiti cardiaci consecutivi che sono chiamati intervalli interbeat (IBIs) e sono misurati in Millisecondi [2]. 

Apposito algoritmi vengono utilizzati per calcolare gli intervalli interbattito fra i picchi R-R, generando successioni numeriche, nonché per ricavare grafici, indici e rapporti.  

Contrariamente a quanto si pensava in passato un cuore sano non batte come un metronomo bensì ha delle dinamiche complesse nelle quali vi sono periodi di accelerazione del battito, con diminuzione del tempo nell’intervallo R-R, e altri di decelerazione, con aumento del tempo nell’intervallo R-R. Intervalli di tempo fra battiti cardiaci che hanno variazioni significative nella loro dinamica, durante i periodi di riposo, mostrano una elevata efficacia del tono vagale, rispecchiando grande capacità di adattamento della persona alle sfide fisiche e psicologiche.  

Un cuore sano mostra una elevata complessità nelle sue oscillazioni e si adatta rapidamente agli improvvisi cambiamenti fisici e psicologici per mezzo dell’efficacia dei suoi sistemi di regolazione cardiaca, raggiungendo la stabilità attraverso il cambiamento. Viceversa, un cuore malato mostra regolarità e scarsa complessità, rispondendo in modo inefficace a improvvisi cambiamenti a causa della rottura dei meccanismi di regolazione[3] 

Indici di Variabilità della Frequenza Cardiaca ridotti costituiscono un fattore di rischio ed è associata alla vulnerabilità, ai fattori di stress fisici e psicologici e alla malattia[4] 

Il sistema cardiovascolare integra diversi sistemi di controllo e i suoi modelli oscillatori sono imprevedibili e caotici proprio come le sfide ambientali alle quali la persona è chiamata a rispondere. Una buona modulazione del tono vagale diviene indispensabile per il mantenimento di un buon equilibrio autonomico dinamico, in quanto lo squilibrio da inibizione vagale è correlato a un aumento della morbilità e della mortalità[5] statistica, la morbilità rappresenta il numero dei casi di malattia registrati durante un periodo di tempo definito in rapporto al numero complessivo delle persone prese in esame. Il tasso di morbilità può essere determinato in due modi: mettendo in rapporto con la popolazione studiata il numero complessivo degli individui che soffrono della malattia in questione (prevalenza), oppure soltanto il numero degli individui presso i quali la malattia si è manifestata per la prima volta in un certo periodo (incidenza)[6] 

Il tasso di morbilità diviene interessante perché fa assurgere gli indici della variabilità della frequenza cardiaca individuale valore predittivo nella comprensione dell’impatto delle scelte quotidiane sul benessere della persona. In linea di massima una semplificazione della dinamica dell’HRV può derivare dall’affaticamento del sistema dovuto al sovraccarico allostatico[7] o dal danno biologico ai componenti del sistema, come quando l’insufficienza cardiaca porta a una riduzione dell’entropia nella frequenza cardiaca[8][9][10].  

La perdita di variabilità dell’HRV può essere causata ad esempio dall’eccesso di stress lavorativo o dall’adozione di uno stile di vita scorretto.  

Tuttavia, non solo la semplicità è un segno distintivo di scarso adattamento ma anche le variazioni casuali a stimoli specifici suggeriscono una mancanza di controllo modulatorio delle risposte. Entrambe le condizioni non sono favorevoli a una conduzione di vita piena e soddisfacente e denotano uno scadimento della resilienza psicofisiologica e un aumento della vulnerabilità sistemica della persona.  

In un mondo complesso come quello attuale nel quale il cambiamento è divenuto l’unica vera costante, sistemi psicofisiologici con scarse capacità di adattamento divengono particolarmente vulnerabili allo stress lavorativo, familiare e sociale, ed anche a patologie.  

Indici dell’Heart Rate Variability 

I dati relativi all’andamento delle dinamiche cardiache permettono di acquisire una serie di informazioni quantitative e qualitative dalle quali è possibile comprendere lo stato del Sistema Nervoso Autonomo. 

Le misure sotto il dominio del tempo e quelle sotto il dominio delle frequenze cardiache forniscono indicatori specifici a valenza multipla. Gli indici sotto il dominio del tempo definiscono la quantità di variabilità nelle misurazioni dell’intervallo interbattito. Fra questi indici si distinguono per essere utilizzati nei diversi dispositivi sia medici che formativi:  

SDNN – deviazione standard dell’intervallo interbattito dei battiti normali del seno misurati in millisecondi, espressione numerica dell’azione dei meccanismi dei rami Simpatico e Parasimpatico del Sistema Nervoso Autonomo; 

 RMSSD – la radice quadrata della media della differenza al quadrato di intervalli NN adiacenti, espressione numerica dell’azione del sistema parasimpatico. 

Quest’ultimo indice viene utilizzato dagli sportivi e da coloro che debbono mantenere elevate prestazioni intellettive perché un indice basso è sinonimo, fra gli altri, di scarsa attività parasimpatica frutto di mancanza di recupero ovvero di elevato stress intellettivo/emotivo. 

Come per l’elettroencefalogramma (EEG), èpossibile utilizzare l’analisi spettrale di potenza per separare l’Heart rateVariability nei suoi ritmi costituenti che operano all’interno di diversiintervalli di frequenza.  

Nel dominio delle frequenze il dato di maggiore interesse è quello relativo alle 3 zone di oscillazione cardiaca, ognuna delle quali riflette specifiche attività del Sistema Nervoso Autonomo: 

fascia Very Low Frequency – VLF, comprende le oscillazioni fra 0,0033 e 0,03 Hz, rappresenta i cambiamenti più lenti del battito cardiaco ed è direttamente correlata con le attività di termoregolazione corporea e al ciclo ormonale; 

fascia Low Frequency – LF, comprende le oscillazioni fra 0,03 e 0,15 Hz, rappresenta i cambiamenti lenti del battito cardiaco ed è un indice di attività simpatica, e dell’efficacia del loop barocettoriale, fra i sistemi cardiovascolare e respiratorio, nella fascia di Hz; 

fascia High Frequency – HF, comprende le oscillazioni fra 0,15 a 0,40 Hz, rappresenta i cambiamenti più veloci dovuti all’attività parasimpatica. 

E’ stato dimostrato che periodi di stress cronico generano un incremento delle frequenze cardiache nella fascia di bassa frequenza con una perdita di attività in quella elevata, riportando il naturale incremento dell’attività del sistema simpatico a scapito di quello parasimpatico. 

La conoscenza di questi dati può conferire un grande vantaggio per modulare le attività quotidiane in vista di un obiettivo specifico come il miglioramento del proprio stato di benesse, una competizione, un particolare impegno lavorativo, o solo recuperare adeguatamente dopo un forte stress o una malattia. 

Un buon equilibrio neurovegetativo è denotato da valori dell’HRV coerenti con l’età, il sesso e lo stile di vita adottato dalla persona. 

Equilibrio neurovegetativo 

La vita si fonda sulla ricerca di un continuo equilibrio dinamico frutto delle risposte alle sfide ambientali mediante l’utilizzo delle risorse psicofisiche. Maggiori sono queste ultime, migliore sarà il livello di salute e benessere della persona, in quanto il sistema riuscirà a rispondere efficacemente alle sfide ambientali ed a ritornare in equilibrio. 

Quando una persona è chiamata ad affrontare un compito (es. lavorativo o sportivo), all’interno del suo sistema, si mobiliteranno risorse del Sistema Simpatico che, al raggiungimento dell’obiettivo, si ritrarranno per lasciare il posto alle attività del Sistema Parasimpatico. Nel caso non vi fosse una sufficiente tonicità dell’uno o dell’altro sistema, ovvero la prevalenza di uno, l’esecuzione dei compiti potrebbe risultare inefficace e risultare inadeguati al mantenimento di una condizione dei salute e benessere. 

L’eccessiva attività Simpatica, dovuta a uno scorretto stile di vita adottato da un’ampia fascia della popolazione delle zone maggiormente urbanizzate, è una delle cause di tanti disturbi correlati alla mancanza di un’equilibrata azione parasimpatica (es. insonnia da eccesso di stress lavorativo) ovvero al depauperamento di risorse (carenza micronutrienti).Vi è un range di oscillazione delle 

frequenze cardiache di grande complessità e interesse per il mantenimento del benessere psicofisico corrispondente alla fascia dello spettro di potenza dell’Heart Rate Variability compresa fra i 0,10 e i 0,12 Hz, utilizzato nel training di biofeedback per come range di riferimento nel quale allenarsi per ottenere benefici nell’incremento dell’altezza di questo parametro. 

La particolare combinazione di attività simpatica e parasimpatica altamente funzionale al raggiungimento della risonanza e sincronizzazione dei sistemi oscillatori interni, permette di ottenere elevati benefici fisici e psicologici in quanto ottimizza le funzioni dei sistemi respiratorio, cardiovascolare, ormonale e immunitario, oltre ad assicurare un notevole risparmio energetico. 

Il biofeedback dell’Heart Rate Variability ripristina il controllo autonomico se questo viene  stato represso in modo acuto dall’esposizione sperimentale alle citochine infiammatorie”[11] e sembra migliorare una serie di disturbi caratterizzati da disregolazione autonomica e / o emotiva”[12], tra cui ipertensione, asma, ansia / stress, depressione e dolore cronico, mentre migliorano l’atletica performance[13]. 

[1] Shaffer F. & Venner J. (2013) Heart Rate Variability anatomy and physiology. Biofeedback. 

[2] Task Force of the European Society of Cardiology and the North America Society of Pacing and Electrophysiology (1996). Heart rate variability: standards of measurement, physiological interpretation, and clinic use. Circulation. 

[3] Lehrer P., Eddie D. (2013). Dynamic processes in regulation for biofeedback an biobehavioral interventions. Biofeedback.  

[4] Lehrer P.M. (2007). Biofeedback training to increase heart rate variability. Principles and practice of stress management. The Guilford press. 

[5] Thayer F., Yamamoto S., Brosschot J.F. (2010). The relationship of autonomic imbalance, heart rate variability cardiovascular disease risk factors. 

[6] “http://www.treccani.it/enciclopedia/morbilita/”>http://www.treccani.it/enciclopedia/morbilita/ 

[7] Juster RP, McEwen BS, Lupien SJ. (2010) Allostatic load biomarkers of chronic stress and impact on health and cognition. Neuroscience and biobehavioral reviews. 

[8] Ho Y-L, Lin C, Lin Y-H, Lo M-T (2011). The prognostic value of non-linear analysis of heart rate variability in patients with congestive heart failure–a pilot study of multiscale entropy. PLoS ONE. 

[9] Isler Y, Kuntalp M (2007). Combining classical HRV indices with wavelet entropy measures improves to performance in diagnosing congestive heart failure. Computers in Biology & Medicine.  

[10] Liu Chengyu, Liu Changchun, Shao P, Li L, Sun X, Wang X, Liu F (2011). Comparison of different threshold values r for approximate entropy: application to investigate the heart rate variability between heart failure and healthy control groups. Physiological Measurement.  

[11] Lehrer PM, Karavidas MK, Lu S-E, Coyle SM, Oikawa LO, Macor M, Calvano SE, Lowry SF (2010). Voluntarily produced increases in heart rate variability modulate autonomic effects of endotoxin induced systemic inflammation: An exploratory study. Applied Psychophysiology and Biofeedback. 

[12] Lehrer PM. (2007). Principles and practice of stress management. 3rd ed. New York, NY: Guilford Press; US. 

[13] Paul Maman, Garg Kanupriya (2012). The effect of heart rate variability biofeedback on performance psychology of basketball players. Applied Psychophysiology and Biofeedback.