L’analyse de la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) a deux racines. En Occident, elle est née de la surveillance fœtale et de la médecine du cœur. En Union soviétique, elle est née de la médecine spatiale, où Vasily Parin et Roman Baevsky se servaient des variations des intervalles entre battements pour évaluer comment les cosmonautes faisaient face au stress (Baevsky et Chernikova, 2017). Les deux courants sont nés séparément. À partir des années 1990, des équipes russes, américaines et allemandes ont étudié ensemble des cosmonautes, et les revues russes citent les principaux articles occidentaux.
Le volet soviétique de cette histoire repose en bonne partie sur les écrits de Baevsky et de ses collègues eux-mêmes ; cette page indique donc qui affirme quoi.
Pourquoi les médecins de l’espace observaient les battements du cœur
Les premiers vols spatiaux ont posé une question pratique : comment la personne à bord supporte-t-elle l’épreuve, en ce moment même ? Baevsky et Chernikova (2017) écrivent que l’analyse de la VFC « a d’abord été mise au point en médecine spatiale ». Les premiers vols habités avaient besoin d’un moyen rapide de juger les réactions d’une personne et sa capacité à continuer de travailler sous stress.
Deux personnes ont mené les premiers travaux.
- Vasily Parin était l’un des grands spécialistes soviétiques de la physiologie de la circulation sanguine. Un historique publié en 2013 par Grigoriev et Baevsky le présente comme le fondateur de la cardiologie spatiale. Elle associe son nom à l’usage de l’analyse de la VFC et de la sismocardiographie dans l’espace, ainsi qu’aux premiers équipements médicaux embarqués. Son livre de 1967, écrit avec des collègues, Space cardiology, a façonné le domaine pendant des années.
- Roman Baevsky (1928–2020) a débuté comme médecin militaire de l’aviation sur l’île de Sakhaline, de 1952 à 1957. Il a été l’un des derniers doctorants de Parin. Il a construit les premiers appareils russes de balistocardiographie, qui enregistrent, grâce à des capteurs posés sur le corps, les infimes forces produites par chaque battement (Tank et ses collègues, 2020).
Des premiers chiens à Gagarine
Selon sa nécrologie, rédigée par des collègues d’Allemagne et de Russie, Baevsky a participé directement à la préparation des premiers vols spatiaux d’animaux et d’humains. Elle indique qu’il a obtenu des enregistrements de la fréquence cardiaque de la chienne Laïka et pris des mesures similaires sur Iouri Gagarine, le premier être humain dans l’espace (Tank et ses collègues, 2020). Il a aussi publié une évaluation des enregistrements de sismocardiographie (une technique qui capte les mouvements mécaniques du cœur) réalisés lors des vols Vostok 5 et Vostok 6.
Baevsky et Chernikova (2017) écrivent que les animaux en apesanteur présentaient de fortes variations du rythme cardiaque et de la respiration. 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 de Gagarine montrait lui aussi une variation marquée des intervalles entre les battements pendant son vol orbital. Ils y voient des perturbations de la rétroaction dans le système de régulation autonome de l’organisme, « où le cerveau est le commandant ».
Lire la régulation du corps dans le rythme
Au cours des années 1960, le groupe soviétique a transformé ces observations en méthodes. Baevsky et Chernikova (2017) en énumèrent les étapes :
- En 1966, au premier symposium sur l’analyse mathématique du rythme cardiaque, Parin a présenté un rapport de grande ampleur et indiqué que la méthode était issue de la cardiologie spatiale.
- En 1967, Parin, Baevsky et Nikulina ont présenté « Heart rate as an indicator of neuroendocrine regulation » (la fréquence cardiaque comme indicateur de la régulation neuroendocrinienne) au 18e congrès de la Fédération astronautique internationale à Belgrade.
- En 1968, un modèle à deux boucles de la régulation de la fréquence cardiaque a été proposé : une boucle inférieure, automatique, qui suit la respiration, et une boucle supérieure, centrale, qui intervient davantage sous stress.
- À la fin des années 1960, Nidekker et Baevsky ont proposé l’analyse spectrale de la fréquence cardiaque, pour en repérer les rythmes récurrents.
Quand le corps est calme, les intervalles entre les battements s’allongent et raccourcissent au rythme de la respiration. Quand le stress fait intervenir les centres de commande supérieurs, le rythme devient plus régulier et les intervalles plus semblables. Un rythme régulier a donc été interprété comme un signe de tension. L’indice de stress de Baevsky chiffre ce phénomène à partir d’un histogramme des intervalles.
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
En Union soviétique, la recherche sur la VFC a connu son apogée dans les années 1970 et 1980 (Baevsky et Chernikova, 2017).
Entre santé et maladie : le diagnostic prénosologique
La médecine spatiale s’occupe de personnes en bonne santé placées dans des conditions extrêmes ; sa question était donc de savoir quel effort le corps fournissait pour rester en bonne santé. Baevsky appelait l’étude de cette zone intermédiaire « diagnostic prénosologique », du grec nosos, maladie. Le but était de repérer le passage de la santé vers la maladie avant l’apparition des symptômes (Tank et ses collègues, 2020). Ses collègues écrivent que ses livres sur le sujet ont influencé la médecine préventive, sportive et de rééducation en Russie, ainsi que la politique du ministère russe de la Santé.
L’équipe de Baevsky a ensuite décrit cela comme un « feu tricolore de la santé ». La zone jaune se situe entre la santé et la maladie : le corps est sous tension sans être malade, et la prévention peut encore agir (Baevsky et ses collègues, 2015). Les mesures de VFC alimentaient des scores individuels de « risque d’adaptation » (Baevsky et Chernikova, 2016), ainsi qu’un indice d’activité des systèmes de régulation qui va de 1 à 10 (Baevsky et Chernikova, 2017).
Ces scores décrivent un risque et une tension. Ce ne sont pas des diagnostics, et ils ont été conçus pour surveiller des personnes au travail, notamment en médecine aéronautique et spatiale (Baevsky et Chernikova, 2016).
Longs vols, Mir et l’ISS
Les travaux se sont poursuivis à mesure que les vols s’allongeaient.
- Mir. En 1994, une équipe de la Harvard Medical School, du Johnson Space Center de la NASA et de l’institut moscovite de Baevsky a rendu compte de la dynamique de la fréquence cardiaque de cosmonautes lors de longs vols à bord de la station Mir (Goldberger et ses collègues, 1994).
- Un vol de 14 mois. Le groupe de Baevsky a suivi le médecin-cosmonaute V. V. Polyakov pendant un vol de 438 jours, le plus long à la date de la publication. À partir d’enregistrements cardiaques de 24 heures et d’autres méthodes, ils ont conclu que l’adaptation à l’apesanteur se fait par étapes, des niveaux de contrôle plus élevés entrant en jeu avec le temps (Baevsky et ses collègues, 1998).
- L’ISS. Des chercheurs russes, allemands et américains ont suivi huit cosmonautes, tous des hommes, lors de vols de 162 à 196 jours. La fréquence cardiaque et la VFC sont restées stables en vol, tandis que la pression artérielle et la fréquence respiratoire Fréquence respiratoire Nombre de respirations par minute. Elle fait varier la VFC à elle seule : une respiration plus lente et plus profonde accroît l’oscillation d’un battement à l’autre, et sous environ 9 respirations par minute, celle-ci passe de la bande HF à la bande LF. En savoir plus sur Fréquence respiratoire diminuaient. Les auteurs y voient une adaptation saine. Pendant une respiration lente à rythme imposé, la VFC a baissé chez six d’entre eux. Les auteurs y voient une réserve plus faible de contrôle vagal, le mode « repos et digestion 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 » (Baevsky et ses collègues, 2007).
- Pneumocard. Cette expérience menée sur l’ISS a porté sur 25 membres d’équipage russes et 226 séances d’enregistrement, dont 130 à bord de la station, avec des capteurs cardiaques, respiratoires et de pouls. Les auteurs indiquent que l’influence vagale augmentait en général au début d’une mission, et soutiennent que l’analyse de la VFC associée à une évaluation prénosologique pourrait appuyer la prise en charge médicale lors des longues missions (Baevsky et ses collègues, 2014).
Comment la recherche occidentale sur la VFC s’est développée
Le courant occidental a sa propre page, Brève histoire de la VFC en Occident, de Hales et Ludwig aux normes de 1996 et aux appareils connectés. En bref : la revue de Billman (2011) sur l’histoire de la VFC ne mentionne pas le programme spatial. Elle date le premier usage clinique de 1965. Hon et Lee avaient remarqué que la souffrance fœtale était précédée de modifications 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. Dans les années 1970, la VFC a servi à repérer des lésions nerveuses chez des personnes diabétiques et a été associée à la survie après un infarctus (Billman, 2011).
En 1981, Akselrod et ses collègues ont utilisé l’analyse spectrale pour montrer que les systèmes nerveux 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 laissent chacun leur empreinte à des fréquences différentes des variations de la fréquence cardiaque. Billman range cette étude parmi les travaux pionniers après lesquels le domaine a pris son essor. En 1996, une Task Force européenne et nord-américaine (Société européenne de cardiologie et Société nord-américaine de stimulation et d’électrophysiologie) a publié des normes communes pour mesurer la VFC, l’interpréter et l’utiliser en clinique (Task Force, 1996). Des recommandations méthodologiques russes ont suivi en 2001 (Baevsky et Chernikova, 2017).
Où les deux courants diffèrent, et où ils se rejoignent
| Médecine spatiale soviétique et russe | Cardiologie et physiologie occidentales | |
|---|---|---|
| Point de départ | Cosmonautes en bonne santé sous stress, début des années 1960 | Souffrance fœtale (1965), puis personnes ayant eu un infarctus et patients diabétiques |
| Question principale | À quel point la régulation de l’organisme est-elle sous tension, et s’adapte-t-il bien ? | Qui court un risque plus élevé de maladie ou de décès ? |
| Mesures typiques | Mesures fondées sur l’histogramme, 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 , et analyse spectrale | Mesures du domaine temporel comme 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 et le 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 , et puissance spectrale |
| Référence principale | Les méthodes de Baevsky et les recommandations russes de 2001 | Les normes de la Task Force de 1996 |
Les deux courants se sont bel et bien nourris l’un de l’autre. Baevsky et Chernikova (2017) citent Hon et Lee, Akselrod et la Task Force, et comparent leur histogramme à l’« indice triangulaire Indice triangulaire de la VFC Nombre d’intervalles NN d’un enregistrement divisé par la hauteur de la barre la plus haute de leur histogramme. Mesure géométrique, sans unité, de la variabilité globale, que quelques battements erronés déplacent à peine. En savoir plus sur Indice triangulaire de la VFC » occidental, lui aussi construit à partir d’un histogramme des intervalles entre battements. Les études sur Mir et l’ISS étaient des travaux conjoints entre équipes russes, allemandes et américaines.
Les deux traditions sont présentes sur ce site. La plupart des appareils connectés indiquent le RMSSD, une mesure issue des normes occidentales (voir Comment mesurer la VFC : capteurs, moment, précision). Le test avec ceinture thoracique affiche aussi l’indice de stress de Baevsky lorsque l’enregistrement est assez long.