El análisis de frecuencia, explicado con claridad

Un espectro reparte la variabilidad de la serie de latidos según el ritmo: cuánta hay en las ondas lentas y cuánta en la onda de la respiración. Obtener uno exige cuatro decisiones, el remuestreo, la eliminación de la tendencia eliminación de la tendencia Eliminación de la tendencia Quitar la deriva lenta de una serie de intervalos entre latidos antes de calcular un espectro, para que esa deriva no se acumule como falsa potencia en las frecuencias más bajas. Más sobre Eliminación de la tendencia , la ventana y el método, y cada una hace variar los valores; por eso dos programas dan resultados distintos con el mismo registro. Esta lección recorre la cadena sobre el registro de ejemplo y después muestra el factor de confusión que más importa: la frecuencia respiratoria frecuencia respiratoria Frecuencia respiratoria Las respiraciones que haces por minuto. Hace variar la VFC por sí sola: respirar más despacio y más hondo aumenta la oscilación entre latidos, y por debajo de unas 9 por minuto esa oscilación pasa de la banda HF a la LF. Más sobre Frecuencia respiratoria .

El registro de ejemplo se construyó para esto. Sus 341 intervalos contienen una onda respiratoria a 0,25 Hz (15 respiraciones por minuto, de 35 ms de amplitud), una onda de la presión arterial a 0,10 Hz (15 ms), una deriva lenta a 0,02 Hz (10 ms) y 6 ms de variación aleatoria de un latido a otro. Un buen análisis debería encontrar esas tres ondas en esas tres bandas.

Qué es un espectro

Cualquier serie que oscila se puede escribir como una suma de ondas sinusoidales de frecuencias distintas. El espectro indica cuánta varianza aporta cada frecuencia, en ms² por Hz. Si Si Índice de estrés de Baevsky Un número, sin unidad, calculado a partir del histograma de los intervalos entre latidos. Sube cuando el ritmo se vuelve más estable y menos variable, algo que Baevsky interpretaba como tensión en la regulación del organismo. Más sobre Índice de estrés de Baevsky sumas el espectro entre dos frecuencias, obtienes la potencia de esa banda, en ms²:

$$P_{\mathrm{band}} = \int_{f_1}^{f_2} S(f)\,\mathrm{d}f$$

Léelo así: el área bajo el espectro entre los límites inferior y superior de la banda. Si sumas todas las bandas obtienes, salvo lo que se eliminó al quitar la tendencia, la varianza de la serie, el SDNN SDNN SDNN La desviación estándar de todos los intervalos NN de un registro, en milisegundos. Mide la variabilidad global, y su valor depende mucho de la duración del registro. Más sobre SDNN al cuadrado. El grupo de trabajo (Task Force) de la Sociedad Europea de Cardiología y la North American Society of Pacing and Electrophysiology (1996) fijó las bandas así: ULF ULF Potencia ULF La varianza de los intervalos entre latidos por debajo de 0,003 Hz, en ms²: ritmos más lentos que un ciclo cada 5 minutos, incluido el ciclo día-noche. Solo puede medirse en un registro de 24 horas. Más sobre Potencia ULF por debajo de 0,003 Hz, VLF VLF Potencia VLF Varianza de los intervalos RR en la banda de 0,003 a 0,04 Hz, en ms²: ritmos con ciclos de 25 segundos a 5 minutos. Necesita al menos 5 minutos de registro y se interpreta mejor en 24 horas. Más sobre Potencia VLF de 0,003 a 0,04 Hz, LF LF Potencia LF La varianza de los intervalos entre latidos que cae en la banda de 0,04 a 0,15 Hz, en ms²: ritmos que se repiten cada 7 a 25 segundos. Antes se leía como actividad simpática, una lectura hoy discutida. Más sobre Potencia LF (baja frecuencia) de 0,04 a 0,15 Hz y HF HF Potencia HF La varianza de los intervalos entre latidos que cae en la banda de 0,15 a 0,40 Hz, en ms²: el rango de la respiración normal. Refleja sobre todo la actividad vagal si se respira de 9 a 24 veces por minuto. Más sobre Potencia HF (alta frecuencia) de 0,15 a 0,4 Hz, tal como las reproducen Shaffer y Ginsberg (2017), que escriben el límite inferior de VLF como 0,0033 Hz. Kubios usa por defecto los mismos límites de LF y HF y empieza VLF en 0.

La cadena, decisión a decisión

Remuestreo. La serie NN tiene un valor por latido, así que sus puntos están espaciados de forma irregular en el tiempo. La transformada rápida de Fourier necesita valores en un reloj regular. La solución habitual es ajustar una spline cúbica que pase por los latidos y tomar sus valores a 4 Hz, que es el valor por defecto de Kubios (Kubios HRV User’s Guide, 2021); Quigley y colaboradores (2024) consideran que 4 Hz es «generalmente preferible» y piden que se indique el método.

Eliminación de la tendencia. Una deriva lenta, por acomodarse en una silla o por un cambio de temperatura, no es un ritmo, pero la transformada la contará como potencia de muy baja frecuencia y la repartirá entre las bandas vecinas. Un método de eliminación de la tendencia la quita. El más sencillo resta una recta. El método por defecto de Kubios es el método smoothness priors de Tarvainen y colaboradores (2002), un filtro paso alto variable en el tiempo cuya suavidad se fija con un parámetro λ; la guía dice que su ajuste por defecto elimina la mayor parte de lo que queda por debajo de 0,04 Hz, que es la banda VLF (Kubios HRV User’s Guide, 2021). La biblioteca de cálculo de este sitio usa λ = 500. Cada programa elimina la tendencia a su manera, y algunos no la eliminan.

Estacionariedad Estacionariedad Estacionariedad La suposición de que los ritmos de un registro se mantienen iguales de principio a fin. Las medidas de frecuencia como la LF y la HF la necesitan; un registro que cambia a medio camino la incumple. Más sobre Estacionariedad . Los métodos espectrales suponen que la media y la varianza de la serie no cambian durante la ventana. Los latidos nunca acaban de cumplirlo. Quigley y colaboradores (2024) afirman que la eliminación de la tendencia puede corregir una media que deriva, pero que una varianza cambiante no se puede quitar del mismo modo, y proponen los tramos cortos como posible remedio; señalan también que, para los usos habituales de LF y HF, incluso incumplimientos grandes pueden no importar mucho. Catai y colaboradores (2020) piden que se indique el criterio de estacionariedad. Laborde y colaboradores (2017) aconsejan analizar un registro de 24 horas como una sucesión de tramos de 5 minutos y no como una sola ventana, que incumpliría la hipótesis de estacionariedad.

Ventana y método. Hay tres estimadores de uso común.

• Periodograma de Welch (FFT): divide la serie remuestreada en segmentos solapados, da forma a cada uno con una ventana como la de Hann, transforma cada uno y calcula la media de los cuadrados de las magnitudes. Kubios usa por defecto una ventana de 300 segundos con un solapamiento del 50 %. La biblioteca de cálculo de este sitio usa segmentos de 64 segundos con un solapamiento del 50 %, lo que suaviza más el espectro y es uno de los pequeños motivos por los que sus valores difieren de los de Kubios. El resultado es una estimación irregular pero honesta, sin ningún modelo que elegir.
• Modelado autorregresivo (AR): ajusta un modelo que predice cada muestra a partir de las anteriores y obtiene después el espectro a partir del modelo. Da una curva suave con picos limpios, y por eso Laborde y colaboradores (2017) lo recomiendan para HF, con un orden del modelo de al menos 16 en registros cortos; el orden por defecto de Kubios es 16, y Catai y colaboradores (2020) dan de 8 a 20 como rango habitual. El orden es una elección, y el espectro depende de ella. Este sitio describe los espectros AR, pero no los calcula.
• Periodograma de Lomb-Scargle: trabaja directamente con los tiempos irregulares de los latidos, sin remuestreo ni paso de eliminación de la tendencia, a costa de otro tipo de suavizado. Kubios lo ofrece como alternativa.

Quigley y colaboradores (2024) señalan que los espectros FFT y AR «suelen dar resultados esencialmente equivalentes», que las distintas estimaciones de la variabilidad ligada a la respiración se correlacionan entre sí por encima de 0,80, y que la elección se basa en motivos prácticos y teóricos. Este es el registro de ejemplo analizado con cuatro cadenas de la biblioteca de cálculo de este sitio:

La primera fila es la cadena por defecto, con eliminación de la tendencia por smoothness priors antes de Welch; la fila de Lomb-Scargle se salta por completo el remuestreo y la eliminación de la tendencia. Las cuatro encuentran el pico de la respiración en 0,25 Hz y la onda de la presión arterial cerca de 0,10 Hz. LF y HF apenas difieren en un pequeño porcentaje, así que los cocientes tampoco: el LF/HF LF/HF Cociente LF/HF Potencia LF dividida entre potencia HF, sin unidad. Se propuso como indicador del equilibrio entre los sistemas simpático y parasimpático, pero la investigación muestra que no puede medirlo de forma fiable. Más sobre Cociente LF/HF es 0,19 en las tres cadenas de Welch y 0,20 en Lomb-Scargle, y las unidades normalizadas unidades normalizadas Unidades normalizadas La potencia LF o HF como porcentaje de su suma (LF + HF), en lugar de en ms². Las dos suman siempre 100, así que entre ambas aportan un solo dato. Más sobre Unidades normalizadas salen igual en todas las cadenas, LF n.u. 16 % y HF n.u. 84 %. En VLF es donde las cadenas divergen: el método de smoothness priors elimina casi toda la VLF, y la recta y el método de Lomb la conservan. En un registro corto y estable como este, el método importa menos que los ajustes; en uno que deriva, la eliminación de la tendencia y la ventana deciden las bandas lentas. Esa es, sencillamente, la razón por la que dos programas no coinciden.

Descompón el ritmo

Cinco minutos del registro de ejemplo

Potencia en cada frecuencia, Hz Respiración

VLFLFHF

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

ULF

necesita 24 h

VLF

3 ms²

LF

120 ms²

HF

635 ms²

Total

758 ms²

LF n.u.

15,9

HF n.u.

84,1

LF/HF

0,19

Pico

0,250 Hz, HF

En reposo, 15 respiraciones por minuto (0,250 Hz), 5 minutos, Método de Welch tras eliminar la tendencia. El pico de la respiración está en 0,250 Hz, dentro de la banda HF, y la onda de presión arterial de unos 0,1 Hz aparece como un pico LF más pequeño. El LF/HF es 0,19.

En reposo Con estrés Con deriva Latidos ectópicos

Frecuencia respiratoria 15 respiraciones por minuto Duración del registro 5 minutos

Welch (FFT) Lomb–Scargle

Eliminar antes la tendencia (smoothness priors, λ = 500)

Los controles funcionan cuando JavaScript está activado.

Un gráfico de líneas de la potencia frente a la frecuencia, de 0 a 0,5 Hz, con las bandas VLF (0,003–0,04 Hz), LF (0,04–0,15 Hz) y HF (0,15–0,4 Hz) sombreadas y una marca en la frecuencia respiratoria. Unos indicadores dan la potencia ULF, VLF, LF, HF y total en ms al cuadrado, LF y HF en unidades normalizadas, el cociente LF/HF y la frecuencia pico, seguidos de una frase que explica qué ha cambiado. Controles: un control deslizante de la frecuencia respiratoria de 5 a 20 respiraciones por minuto, otro de la duración del registro, una casilla para eliminar la tendencia, botones de Welch o Lomb–Scargle y cuatro botones predefinidos para un registro en reposo, con estrés, con deriva o con latidos ectópicos.

Las bandas y lo que se afirma que significan

Las duraciones mínimas y los orígenes atribuidos siguen a Shaffer y Ginsberg (2017). Detrás de las duraciones está la regla de la Task Force (1996) según la cual un registro debe contener unos diez ciclos de la frecuencia más lenta de la banda, que Laborde y colaboradores (2017) y Quigley y colaboradores (2024) repiten. Quigley y colaboradores añaden que los adultos típicos, con intervalos de 1000 ms o menos, pueden obtener un HF utilizable a partir de 30 segundos. Heathers (2014) es más estricto con LF: diez ciclos de 0,04 Hz duran 250 segundos, así que sostiene que todo lo que se calcula a partir de LF, incluidas las unidades normalizadas y el LF/HF, necesita al menos 5 minutos, y señala que la propia regla de los diez ciclos parece no haberse deducido nunca de forma analítica.

Las unidades normalizadas dividen LF y HF entre su suma, de modo que cada una pasa a ser una proporción de las dos bandas juntas:

$$\mathrm{LF\,nu} = \frac{\mathrm{LF}}{\mathrm{LF}+\mathrm{HF}}\times 100, \qquad \mathrm{HF\,nu} = \frac{\mathrm{HF}}{\mathrm{LF}+\mathrm{HF}}\times 100, \qquad \frac{\mathrm{LF}}{\mathrm{HF}} = \frac{\mathrm{LF\,nu}}{\mathrm{HF\,nu}}$$

Léelo así: la proporción de LF en LF más HF, la proporción de HF y el cociente entre ambas. Las tres son un solo dato: LF n.u. es 100 menos HF n.u., y LF/HF = 0,6 equivale a LF n.u. = 37,5 % (Heathers, 2014). Un artículo que da dos de ellas como hallazgos separados ha publicado un hallazgo dos veces. De los estudios de 2012 que Heathers revisó y que usaban unidades normalizadas o LF/HF, el 59 % hacía exactamente eso, y el cociente LF/HF tenía peor precisión que cualquiera de las dos unidades normalizadas. Algunos programas, entre ellos Kubios, definen las unidades normalizadas respecto a la potencia total potencia total Potencia total La suma de la potencia de todas las bandas del espectro, en ms²: la varianza de los intervalos entre latidos. En un registro de 5 minutos es VLF + LF + HF; en 24 horas se suma la ULF. Más sobre Potencia total menos VLF, lo que da valores distintos; un informe debe indicar cuál se usó. El LF n.u. del registro es 16 % y su LF/HF es 0,19, lo que indica que domina la onda respiratoria, pero no dice nada sobre qué nervio hizo qué.

La lección 14 explicó por qué el LF/HF no es una medida del «equilibrio simpaticovagal» (Billman, 2013). Quigley y colaboradores (2024) van más allá: el concepto de un equilibrio bipolar «ya no es sostenible», y ni el LF/HF ni la potencia LF deben usarse como medida de la actividad simpática. Indica las potencias absolutas y, si usas el cociente, que sea solo para describir la forma del espectro.

El factor de confusión de la respiración

La banda HF da por hecho que se respira entre 9 y 24 veces por minuto, porque de 0,15 a 0,4 Hz son de 9 a 24 ciclos por minuto (Shaffer y Ginsberg, 2017). Si respiras más despacio que 9 por minuto, la onda respiratoria pasa a LF. La actividad vagal no ha cambiado; sí la banda en la que cae.

El registro de ejemplo permite verlo con exactitud. El gráfico interactivo de arriba lo reconstruye con la onda respiratoria a la frecuencia que elijas, sin cambiar los demás componentes ni la variación aleatoria. Su modelo también hace lo que hace la respiración lenta en una persona real: la oscilación respiratoria crece a medida que el ritmo se acerca a 6 por minuto, de 35 ms con 15 respiraciones por minuto a 91 ms con 6. Si ajustas el gráfico a 15 y luego a 6, muestra estos valores:

Ahora la onda respiratoria cuenta como LF, HF casi ha desaparecido, HF n.u. ha bajado del 84 % al 0,4 %, y el LF/HF ha pasado de 0,19 a 252,7, un valor que cualquier puntuación de «equilibrio» llamaría dominancia simpática extrema. No es la oscilación mayor lo que invierte el cociente. Si mantienes la oscilación en 35 ms y respiras a 6 por minuto, el LF/HF sigue llegando a 69,3 mientras el RMSSD baja a 19,5 ms, porque una onda lenta cambia poco de un latido al siguiente. La banda en la que cae la onda es lo que hace cambiar el cociente; el tamaño de la oscilación solo decide cuánto cambia.

Este es el mecanismo que hay detrás de la regla de la lección 13 de no marcar el ritmo de la respiración durante una medición para el valor de referencia valor de referencia Valor de referencia Tu nivel y tu rango habituales de VFC, obtenidos de semanas de mediciones tomadas siempre del mismo modo. Comparar una medición con tu valor de referencia dice más que compararla con otras personas. Más sobre Valor de referencia , y detrás de la respiración en resonancia respiración en resonancia Biofeedback de VFC Práctica en la que ves tu frecuencia cardiaca en directo y respiras despacio, a menudo a unas 6 respiraciones por minuto, para que la subida y la bajada de la frecuencia cardiaca con cada respiración sean lo más amplias posible. Más sobre Biofeedback de VFC que verás en el biofeedback: una onda de unos 0,1 Hz es justo lo que la banda LF está pensada para captar. Pruébalo abajo; el control deslizante fija el ritmo, la tira muestra la oscilación y el indicador da el RMSSD de los últimos 30 segundos.

Respira y observa el corazón

Un modelo didáctico, no una medición

Fin de la inhalación

Frecuencia cardiaca

60 lpm

RMSSD

46 ms

Últimos 30 segundos

Avanzar

Latidos Inhalación

Intervalo antes de cada latido 0,85–1,15 s; más largo es más alto

Ritmo de respiración 6 respiraciones por minuto

Esta imagen se mueve cuando JavaScript está activado.

Un círculo de respiración crece con cada inhalación y se encoge con cada exhalación. Una tira de latidos debajo muestra los latidos más juntos durante la inhalación, que aparece sombreada, y más separados durante la exhalación. Una línea bajo la tira representa el intervalo anterior a cada latido: baja al inhalar y sube al exhalar. Un control deslizante ajusta el ritmo de 4 a 15 respiraciones por minuto, y unos indicadores dan la frecuencia cardiaca y el RMSSD de los últimos 30 segundos. La oscilación es mayor a unas 6 respiraciones por minuto.

Laborde y colaboradores (2017) recomiendan medir la respiración en lugar de marcarle el ritmo, y comprobar que la frecuencia se mantiene entre 9 y 24 por minuto siempre que se saque una conclusión sobre la actividad vagal. Quigley y colaboradores (2024) van más allá en los diseños intraindividuales y piden presentar juntos los resultados ajustados y sin ajustar por la respiración. Muchos relojes y anillos estiman ya la frecuencia respiratoria a partir de la propia serie de latidos, lo que equivale a leer al revés la frecuencia pico frecuencia pico Frecuencia pico La frecuencia, en Hz, a la que una banda del espectro de la VFC tiene su mayor potencia. El pico HF suele ser la frecuencia respiratoria; el pico LF suele estar cerca de 0,1 Hz. Más sobre Frecuencia pico de HF: en el registro, 0,25 Hz son 15 respiraciones por minuto.

Para saber más Qué indica un informe de espectro reproducible

Quigley y colaboradores (2024), Catai y colaboradores (2020) y la lista de comprobación GRAPH (lección 20) coinciden en una misma lista: el método y la frecuencia de remuestreo; el método de eliminación de la tendencia; el tipo, la longitud y el solapamiento de la ventana en los espectros de Welch, o el orden y el ajuste del modelo en los espectros AR; los límites de las bandas; si las unidades normalizadas usan LF + HF o la potencia total menos VLF; las unidades (ms², o su logaritmo, que a menudo hace falta porque las potencias tienen una distribución sesgada); la duración del tramo y cómo se trató la estacionariedad; y la frecuencia respiratoria, medida o estimada. Con todo eso, dos analistas deberían obtener el mismo LF a partir de los mismos latidos. Sin estos datos, una diferencia entre dos artículos puede ser una diferencia entre dos ajustes.

La lección 19 plantea otra pregunta sobre los mismos latidos: no cuánta variabilidad hay en cada ritmo, sino cuán ordenada es.