La variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) a deux histoires. En Occident, elle est née de l’observation d’un ecclésiastique anglais sur la respiration, puis est passée par les laboratoires de physiologie et les services de cardiologie jusqu’à une norme de 1996 que tous les appareils connectés suivent encore. En Union soviétique, elle est née de la médecine spatiale, une histoire racontée dans VFC et médecine spatiale soviétique : brève histoire. Cette page suit la lignée occidentale, essentiellement telle que George Billman l’a exposée dans sa revue historique de 2011 (Billman, 2011).
Avant l’ECG : un pouls qui suit le souffle
Les médecins prennent le pouls depuis l’Antiquité, mais longtemps ils n’ont pas pu le chronométrer. Billman date les premiers comptages précis du pouls de 1707, année où a été mise en vente une montre dont la trotteuse pouvait être arrêtée, la « montre à pouls du médecin ». Avec elle, le révérend Stephen Hales, ecclésiastique et expérimentateur anglais, a remarqué en 1733 que le pouls changeait avec la respiration. Ce rythme, le cœur qui accélère à l’inspiration et ralentit à l’expiration, est l’ arythmie sinusale respiratoire Arythmie sinusale respiratoire Accélération normale de la fréquence cardiaque à l’inspiration et ralentissement à l’expiration. Commandée par le nerf vague, elle représente une grande part de la VFC au repos. En savoir plus sur Arythmie sinusale respiratoire (ASR), et il reste la plus grande part de la VFC à court terme.
Carl Ludwig, physiologiste allemand, l’a enregistré en 1847 avec son kymographe, un tambour rotatif qui traçait la pression artérielle et la respiration sur du papier enfumé. Dans sa revue historique, Gernot Ernst situe la découverte probable de la VFC à cet enregistrement (Ernst, 2017). L’ électrocardiogramme ECG Un enregistrement de l’activité électrique du cœur, réalisé avec des électrodes posées sur la peau. Les intervalles RR obtenus par ECG sont la méthode de référence pour mesurer la VFC. En savoir plus sur ECG a suivi en 1895 (Billman, 2011), faisant de chaque battement un pic net sur le papier. Pendant les soixante années suivantes, cependant, mesurer à la main les intervalles entre des milliers de battements demandait un travail que rien ne justifiait encore.
Les années 1960 : les ordinateurs et l’enfant à naître
Deux choses ont changé dans les années 1960. Le traitement numérique du signal a permis de mesurer chaque battement d’un long enregistrement, et les médecins ont trouvé une raison de s’y intéresser. En 1965, Hon et Lee ont rapporté que la souffrance fœtale était précédée de changements des intervalles entre les battements, avant même que la fréquence cardiaque moyenne RR moyen Durée moyenne entre deux battements dans un enregistrement, en millisecondes. La fréquence cardiaque en est l’inverse : elle vaut 60 000 divisé par le RR moyen. En savoir plus sur RR moyen ne change. Billman y voit la première utilisation clinique de la VFC. L’idée que la variation porte une information que la moyenne cache est à la racine de tout le domaine.
Dans les années 1970, la même idée a gagné les adultes. La VFC a servi à repérer une atteinte des nerfs qui commandent le cœur chez les personnes diabétiques, et elle a été reliée à la survie après un infarctus (Billman, 2011). Ces deux usages reposaient sur une lecture simple : un cœur qui ne varie plus est un cœur qui a perdu son contrôle nerveux.
De 1981 à 1987 : le spectre et les survivants
1981, le spectre. Solange Akselrod et ses collègues, au MIT, ont publié dans Science un court article montrant que l’analyse du spectre de puissance des fluctuations de la fréquence cardiaque permettait de séparer, par fréquence, les contributions du système nerveux. Les systèmes sympathique Système nerveux sympathique La branche « combat ou fuite » du système nerveux autonome. Elle accélère le cœur et le fait battre plus fort, mais agit trop lentement pour piloter la VFC d’un battement à l’autre. En savoir plus sur Système nerveux sympathique et parasympathique Système nerveux parasympathique La branche « repos et digestion » du système nerveux autonome. Elle ralentit le cœur, surtout par le nerf vague, et produit l’essentiel de la variation de la VFC d’un battement à l’autre. En savoir plus sur Système nerveux parasympathique apportaient au spectre des contributions propres à certaines fréquences, et le système rénine-angiotensine, un système hormonal qui règle la pression artérielle, façonnait le pic lent proche de 0,04 Hz (Akselrod et coll., 1981). Billman range cette étude parmi les travaux pionniers à la suite desquels le domaine s’est développé rapidement. C’est l’origine des bandes LF Puissance LF Variance des intervalles entre battements dans la bande de 0,04 à 0,15 Hz, en ms² : des rythmes qui se répètent toutes les 7 à 25 secondes. Autrefois interprétée comme un reflet de l’activité sympathique, une lecture aujourd’hui contestée. En savoir plus sur Puissance LF (basses fréquences), HF Puissance HF La variance des intervalles entre battements dans la bande de 0,15 à 0,40 Hz (en ms²), celle de la respiration normale. Elle reflète surtout l’activité vagale quand on respire de 9 à 24 fois par minute. En savoir plus sur Puissance HF et VLF Puissance VLF Variance des intervalles entre battements dans la bande de 0,003 à 0,04 Hz, en ms² : des rythmes dont la période va de 25 secondes à 5 minutes. Elle demande au moins 5 minutes d’enregistrement et se lit mieux sur 24 heures. En savoir plus sur Puissance VLF de l’écran avancé de votre application.
1986, le rapport. Massimo Pagani et ses collègues, à Milan, ont étudié 57 personnes en bonne santé en position allongée, sur table inclinée à la verticale, en respirant au rythme d’un métronome et sous bêtabloquants, ainsi que des chiens éveillés dont les nerfs sympathiques cardiaques avaient été sectionnés. Ils ont trouvé deux pics principaux, l’un en haute fréquence vers 0,25 Hz, l’autre en basse fréquence vers 0,1 Hz, et proposé le rapport des deux comme indicateur de la balance sympathovagale Rapport LF/HF Puissance LF divisée par la puissance HF, sans unité. Proposé comme indicateur de l’équilibre entre les systèmes sympathique et parasympathique, il ne permet pas, selon la recherche, de le mesurer de façon fiable. En savoir plus sur Rapport LF/HF : environ 3,6 au repos, environ 21 lors de l’inclinaison à la verticale (Pagani et coll., 1986). Le rapport LF/HF est devenu le chiffre le plus cité de la VFC et, plus tard, le plus contesté ; l’entrée du glossaire sur LF/HF explique pourquoi.
1987, les survivants. Robert Kleiger et ses collègues ont analysé des enregistrements Holter de 24 heures de 808 survivants d’un infarctus, réalisés environ 11 jours après celui-ci. De toutes les mesures, la VFC, définie comme l’écart type de tous les intervalles entre battements normaux, avait le lien le plus fort avec le décès dans les 31 mois suivants. Les personnes dont le SDNN SDNN Écart type de tous les intervalles NN d’un enregistrement, en millisecondes. Il mesure la variabilité globale, et sa valeur dépend fortement de la durée de l’enregistrement. En savoir plus sur SDNN était inférieur à 50 ms avaient 5,3 fois plus de risques de mourir que celles dont il dépassait 100 ms, et ce lien persistait après ajustement sur la fonction de pompe du cœur (Kleiger et coll., 1987). Cette étude a fait de la VFC un outil de cardiologie, et son résultat reste le chiffre que l’on cite en premier ; la page VFC et longévité : les études de mortalité le replace dans son contexte.
1996 : les normes
Au milieu des années 1990, des centaines d’articles utilisaient des dizaines de définitions. En 1996, un groupe de travail (Task Force) de la Société européenne de cardiologie et de la Société nord-américaine de stimulation et d’électrophysiologie a publié des normes communes : les mesures du domaine temporel (SDNN, RMSSD RMSSD Racine carrée de la moyenne des carrés des différences successives : mesure de VFC calculée à partir de l’écart entre chaque intervalle entre battements et le suivant, en millisecondes. Elle reflète surtout l’activité vagale. En savoir plus sur RMSSD , pNN50 pNN50 Le pourcentage d'intervalles NN voisins qui diffèrent de plus de 50 millisecondes. Comme le RMSSD, il suit les variations rapides d'origine vagale, mais sous forme de part et non d'amplitude. En savoir plus sur pNN50 et autres), les bandes de fréquences ( ULF Puissance ULF Variance des intervalles entre battements en dessous de 0,003 Hz, en ms² : rythmes plus lents qu’un cycle toutes les 5 minutes, dont le cycle jour-nuit. Ne se mesure que sur un enregistrement de 24 heures. En savoir plus sur Puissance ULF , VLF, LF, HF), des durées d’enregistrement de 5 minutes et de 24 heures, et la règle selon laquelle seuls les intervalles entre battements normaux comptent, après retrait des battements ectopiques Battement ectopique Battement qui naît hors du stimulateur naturel du cœur et arrive en général trop tôt. Ces battements sont courants, mais ils faussent la VFC s’ils ne sont pas retirés ou corrigés. En savoir plus sur Battement ectopique (Task Force, 1996). Ernst note que, depuis 1996, la plupart des mesures et des calculs les suivent. Quand votre bague indique le RMSSD de la nuit, elle utilise une définition écrite pour des enregistrements hospitaliers de 24 heures.
Pour aller plus loin Ce que les normes ont réglé, et ce qu’elles n’ont pas réglé
La Task Force a réglé les définitions, les unités et les règles d’enregistrement, et elle a proposé des lectures prudentes de ce que signifie chaque mesure : le RMSSD et la HF comme surtout vagaux, la LF comme un mélange avec une contribution du baroréflexe, et le rapport LF/HF comme un indice approximatif d’équilibre. Elle n’a pas fixé de valeurs normales pour la population générale, ni tranché le sens de la VLF, ni même la question de savoir si la LF mesure tant soit peu l’activité sympathique. Ces débats ont traversé les deux décennies suivantes, et les entrées du glossaire du site sur la puissance LF et la puissance HF indiquent où ils en sont.
Après 1996 : mesures non linéaires, sportifs et appareils connectés
Mesures non linéaires. Des chercheurs ont emprunté des outils à la physique pour décrire la forme de la série de battements plutôt que sa dispersion : analyse des fluctuations redressées DFA α1 L'exposant d'échelle à court terme de l'analyse des fluctuations redressées. Près de 1, les battements ont une mémoire à toutes les échelles ; près de 0,5, ils se comportent comme du bruit. L'α2 est la même pente sur des durées plus longues. En savoir plus sur DFA α1 , entropie, diagrammes de Poincaré. En 2015, une prise de position conjointe de groupes de cardiologie européens et de la région Asie-Pacifique les a passées en revue et a conclu que ces mesures avaient approfondi la compréhension technique du signal, mais n’avaient eu qu’un succès limité pour produire de nouveaux outils cliniques (Sassi et coll., 2015).
Entraînement guidé par la VFC. Dans les années 2000, des spécialistes du sport utilisaient la VFC pour observer comment les sportifs supportaient la charge. En 2007, un essai finlandais a fait de la mesure du matin un outil de décision : 26 hommes modérément entraînés ont été répartis en un groupe à plan fixe, un groupe guidé par la VFC qui ne s’entraînait intensément que lorsque la VFC du matin était normale ou en hausse, et des témoins. Les deux groupes d’entraînement sont devenus plus rapides, et le groupe guidé par la VFC a fait passer son pic de consommation d’oxygène de 56 à 60 ml/kg/min (Kiviniemi et coll., 2007). La page VFC et entraînement : guider ses séances avec la VFC prolonge ce fil.
Appareils connectés. Les caméras de téléphone, les ceintures thoraciques associées à des applications, puis les bagues et les montres ont mis un chiffre de VFC nocturne à la portée de millions de personnes à partir des années 2010. Leur précision varie : face à un ECG médical, l’association d’une ceinture et d’une application se situait à moins d’environ 4 % de l’ECG sur le RMSSD et une bague à moins d’environ 7 %, tandis qu’une application utilisant la caméra du téléphone s’en écartait de plus de 100 % (Stone et coll., 2021). Les mesures sont celles de la Task Force ; ce sont les capteurs qui sont nouveaux. Leurs différences font l’objet de la page Comment mesurer la VFC : capteurs, moment, précision.
Les deux lignées se rejoignent
La lignée soviétique a démarré séparément au début des années 1960, avec Parin et Baevsky qui utilisaient les intervalles entre battements pour juger comment les cosmonautes supportaient le stress, et elle a produit ses propres mesures, comme l’ indice de stress Indice de stress de Baevsky Un nombre sans unité tiré de l’histogramme des intervalles entre battements. Il monte quand le rythme devient plus stable et moins variable, ce que Baevsky interprétait comme une régulation de l’organisme sous tension. En savoir plus sur Indice de stress de Baevsky . À partir des années 1990, des études conjointes russes, américaines et allemandes sur Mir et la Station spatiale internationale ont rapproché les deux traditions, et les revues russes citent les articles occidentaux ci-dessus. Cette histoire est racontée dans VFC et médecine spatiale soviétique : brève histoire.