L’analisi della variabilità della frequenza cardiaca (HRV) ha due radici. In Occidente nasce dal monitoraggio fetale e dalla medicina del cuore. In Unione Sovietica nasce dalla medicina spaziale, dove Vasily Parin e Roman Baevsky usarono gli intervalli variabili tra i battiti per valutare come i cosmonauti affrontavano lo stress (Baevsky e Chernikova, 2017). Le due linee sono partite separatamente. Dagli anni 1990 squadre russe, americane e tedesche hanno studiato insieme i cosmonauti, e le revisioni russe citano i principali lavori occidentali.
Gran parte della storia sovietica viene da Baevsky e dai suoi colleghi, quindi in questa pagina diciamo chi afferma che cosa.
Perché i medici spaziali osservavano il battito
I primi voli spaziali posero una domanda pratica: come sta affrontando la situazione, in questo momento, la persona a bordo? Baevsky e Chernikova (2017) scrivono che l’analisi della HRV «fu sviluppata per la prima volta nella medicina spaziale». I primi voli con equipaggio avevano bisogno di un modo rapido per valutare le reazioni di una persona e la sua capacità di continuare a lavorare sotto stress.
Due persone guidarono il lavoro iniziale.
- Vasily Parin fu un importante fisiologo sovietico della circolazione del sangue. Una storia del 2013 di Grigoriev e Baevsky lo definisce il fondatore della cardiologia spaziale. Ne collega il nome all’uso dell’analisi della HRV e della sismocardiografia nello spazio, e alle prime apparecchiature mediche a bordo. Il suo libro del 1967 con alcuni colleghi, Space cardiology, ha influenzato il settore per anni.
- Roman Baevsky (1928–2020) iniziò come medico militare dell’aviazione sull’isola di Sachalin, dal 1952 al 1957. Fu uno degli ultimi dottorandi di Parin. Costruì i primi dispositivi russi per la balistocardiografia, che rilevano le minime forze di ogni battito tramite sensori sul corpo (Tank e colleghi, 2020).
Dai primi cani a Gagarin
Secondo il suo necrologio, scritto da colleghi in Germania e in Russia, Baevsky partecipò direttamente alla preparazione dei primi voli spaziali di animali e di esseri umani. Vi si Indice di stress di Baevsky Un valore senza unità di misura, ricavato dall'istogramma degli intervalli tra i battiti. Sale quando il ritmo diventa più regolare e meno variabile, cosa che Baevsky leggeva come tensione nella regolazione dell'organismo. Approfondisci: Indice di stress di Baevsky legge che ottenne le registrazioni della frequenza cardiaca della cagnetta Laika e fece misurazioni simili su Jurij Gagarin, la prima persona nello spazio (Tank e colleghi, 2020). Pubblicò anche una valutazione delle registrazioni sismocardiografiche dei voli Vostok 5 e Vostok 6 (la sismocardiografia rileva i movimenti meccanici del cuore).
Baevsky e Chernikova (2017) scrivono che gli animali in assenza di peso mostravano forti oscillazioni di battito e respiro. Anche l’ elettrocardiogramma ECG Una registrazione dell'attività elettrica del cuore, ottenuta con elettrodi sulla pelle. Gli intervalli RR ricavati dall'ECG sono il metodo di riferimento per misurare la HRV. Approfondisci: ECG di Gagarin mostrò durante il volo orbitale una marcata variazione degli intervalli tra i battiti. Interpretarono questi cambiamenti come disturbi del feedback del sistema di controllo autonomo dell’organismo, «dove il cervello è il comandante».
Leggere la regolazione dell’organismo dal ritmo
Nel corso degli anni 1960 il gruppo sovietico trasformò queste osservazioni in metodi. Baevsky e Chernikova (2017) elencano le tappe:
- Nel 1966, al primo simposio sull’analisi matematica del ritmo del cuore, Parin presentò un’ampia relazione e disse che il metodo derivava dalla cardiologia spaziale.
- Nel 1967 Parin, Baevsky e Nikulina presentarono «Heart rate as an indicator of neuroendocrine regulation» (la frequenza cardiaca come indicatore della regolazione neuroendocrina) al 18º congresso della Federazione Astronautica Internazionale a Belgrado.
- Nel 1968 fu proposto un modello a due circuiti del controllo della frequenza cardiaca: un circuito inferiore, automatico, che segue la respirazione, e un circuito superiore, centrale, che interviene di più sotto stress.
- Alla fine degli anni 1960 Nidekker e Baevsky proposero l’analisi spettrale della frequenza cardiaca, per trovarne i ritmi che si ripetono.
Quando il corpo è calmo, gli intervalli tra i battiti si allungano e si accorciano a ogni respiro. Quando lo stress coinvolge i centri di controllo superiori, il ritmo diventa più regolare e gli intervalli più simili. Un ritmo regolare veniva quindi letto come segno di tensione. L’indice di stress di Baevsky dà un valore numerico a questo fenomeno a partire da un istogramma degli intervalli.
Indice di stress di Baevsky: Un valore senza unità di misura, ricavato dall'istogramma degli intervalli tra i battiti. Sale quando il ritmo diventa più regolare e meno variabile, cosa che Baevsky leggeva come tensione nella regolazione dell'organismo. Approfondisci: Indice di stress di Baevsky
In Unione Sovietica la ricerca sulla HRV ebbe il suo culmine negli anni 1970 e 1980 (Baevsky e Chernikova, 2017).
Tra salute e malattia: la diagnosi prenosologica
La medicina spaziale si occupa di persone sane in condizioni estreme, quindi la sua domanda era quanto l’organismo dovesse lavorare per restare in salute. Baevsky chiamò lo studio di questa zona intermedia «diagnosi prenosologica», dal greco nosos, malattia. Lo scopo era cogliere il passaggio dalla salute verso la malattia prima che compaiano i sintomi (Tank e colleghi, 2020). I suoi colleghi scrivono che i suoi libri sull’argomento hanno influenzato la medicina preventiva, sportiva e riabilitativa in Russia e le politiche sanitarie del Ministero della Salute russo.
La squadra di Baevsky descrisse poi questo concetto come un «semaforo della salute». La zona gialla sta tra salute e malattia: l’organismo è sotto tensione ma non malato, e la prevenzione può ancora aiutare (Baevsky e colleghi, 2015). Le misure di HRV alimentavano punteggi di «rischio di adattamento» per ogni persona (Baevsky e Chernikova, 2016) e un indice dell’attività dei sistemi di regolazione che va da 1 a 10 (Baevsky e Chernikova, 2017).
Questi punteggi descrivono rischio e tensione. Non sono diagnosi, e furono costruiti per monitorare le persone al lavoro, in particolare nella medicina aeronautica e spaziale (Baevsky e Chernikova, 2016).
Voli lunghi, Mir e ISS
Il lavoro è proseguito man mano che i voli si facevano più lunghi.
- Mir. Nel 1994 un gruppo della Harvard Medical School, del Johnson Space Center della NASA e dell’istituto moscovita di Baevsky riferì sulla dinamica della frequenza cardiaca nei cosmonauti in voli lunghi a bordo della stazione Mir (Goldberger e colleghi, 1994).
- Un volo di 14 mesi. Il gruppo di Baevsky seguì il medico cosmonauta V. V. Polyakov durante un volo di 438 giorni, il più lungo al momento della pubblicazione. Con registrazioni del cuore di 24 ore e altri metodi, concluse che l’adattamento all’assenza di peso avviene per tappe, con livelli di controllo più alti che entrano in gioco col tempo (Baevsky e colleghi, 1998).
- La ISS. Ricercatori russi, tedeschi e americani registrarono otto cosmonauti uomini in voli da 162 a 196 giorni. Frequenza cardiaca e HRV rimasero stabili in volo, mentre pressione arteriosa e frequenza respiratoria Frequenza respiratoria Quanti respiri fai al minuto. Da sola fa variare la HRV: un respiro più lento e profondo amplia l'oscillazione tra i battiti, che sotto circa 9 respiri al minuto passa dalla banda HF alla LF. Approfondisci: Frequenza respiratoria calarono. Gli autori lo interpretarono come un adattamento sano. La HRV durante la respirazione lenta e guidata calò in sei casi su otto. Gli autori videro in questo calo il segno di una riserva minore di controllo vagale (« riposo e digestione Sistema nervoso parasimpatico Il ramo «riposo e digestione» del sistema nervoso autonomo. Rallenta il cuore, soprattutto tramite il nervo vago, e determina gran parte della variazione battito a battito della HRV. Approfondisci: Sistema nervoso parasimpatico ») (Baevsky e colleghi, 2007).
- Pneumocard. Questo esperimento sulla ISS ha coinvolto 25 membri dell’equipaggio russo e 226 sessioni di registrazione, 130 delle quali a bordo della stazione, con sensori di cuore, respiro e polso. Gli autori riferiscono che l’influenza vagale in genere saliva all’inizio di una missione, e ritengono che l’analisi della HRV insieme alla valutazione prenosologica potrebbe aiutare l’assistenza medica nelle missioni lunghe (Baevsky e colleghi, 2014).
Come è cresciuta la linea occidentale della ricerca sulla HRV
La linea occidentale ha una pagina a sé, breve storia della HRV in Occidente, da Hales e Ludwig agli standard del 1996 e ai dispositivi indossabili. In breve: la revisione di Billman del 2011 sulla storia della HRV non cita il programma spaziale. Colloca il primo uso clinico nel 1965. Hon e Lee notarono che la sofferenza dei feti era preceduta da cambiamenti negli intervalli tra i battiti, prima che cambiasse la frequenza cardiaca media RR medio Il tempo medio tra i battiti in una registrazione, in millisecondi. La frequenza cardiaca è lo stesso valore capovolto: 60.000 diviso per l'RR medio. Approfondisci: RR medio . Negli anni 1970 la HRV fu usata per individuare il danno ai nervi nelle persone con diabete e fu collegata alla sopravvivenza dopo un infarto (Billman, 2011).
Nel 1981 Akselrod e colleghi usarono l’analisi spettrale per mostrare che il sistema nervoso simpatico Sistema nervoso simpatico Il ramo «attacco o fuga» del sistema nervoso autonomo. Accelera il cuore e lo fa pompare con più forza, ma agisce troppo lentamente per determinare le variazioni della HRV da un battito all'altro. Approfondisci: Sistema nervoso simpatico e quello parasimpatico lasciano ciascuno la propria impronta a frequenze diverse delle variazioni della frequenza cardiaca. Billman lo conta tra gli studi pionieristici dopo i quali il campo è cresciuto rapidamente. Nel 1996 un gruppo di lavoro (Task Force) europeo e nordamericano pubblicò standard condivisi per misurare la HRV, interpretarla e usarla in clinica (Task Force, 1996). Seguirono nel 2001 le raccomandazioni metodologiche russe (Baevsky e Chernikova, 2017).
Dove le due linee differiscono e dove si incontrano
| Medicina spaziale sovietica e russa | Cardiologia e fisiologia occidentali | |
|---|---|---|
| Punto di partenza | Cosmonauti sani sotto stress, inizio anni 1960 | Sofferenza fetale (1965), poi persone con infarto e diabete |
| Domanda principale | Quanto è sotto tensione la regolazione dell’organismo, e quanto si sta adattando bene? | Chi ha un rischio più alto di malattia o di morte? |
| Misure tipiche | Misure da istogramma come l’indice di stress, più l’analisi spettrale | Misure nel dominio del tempo come SDNN SDNN La deviazione standard di tutti gli intervalli NN di una registrazione, in millisecondi. Misura la variabilità complessiva e il suo valore dipende molto dalla durata della registrazione. Approfondisci: SDNN e RMSSD RMSSD Radice quadrata della media dei quadrati delle differenze successive: misura della HRV, in ms, di quanto ogni intervallo tra battiti differisce dal successivo. Riflette soprattutto l'attività vagale. Approfondisci: RMSSD , e potenza spettrale |
| Riferimento principale | I metodi di Baevsky e le raccomandazioni russe del 2001 | Gli standard della Task Force del 1996 |
Le due linee si sono davvero influenzate a vicenda. Baevsky e Chernikova (2017) citano Hon e Lee, Akselrod e la Task Force, e confrontano il loro istogramma con l’« indice triangolare Indice triangolare della HRV Numero di intervalli NN di una registrazione diviso per l'altezza della colonna più alta del loro istogramma. Misura geometrica adimensionale della variabilità complessiva, che pochi battiti errati modificano pochissimo. Approfondisci: Indice triangolare della HRV » occidentale, anch’esso costruito da un istogramma degli intervalli tra i battiti. Gli studi su Mir e ISS sono stati un lavoro congiunto di squadre russe, tedesche e americane.
Su questo sito puoi vedere entrambe le tradizioni. La maggior parte dei dispositivi indossabili riporta il RMSSD, una misura degli standard occidentali (leggi come si misura la HRV). Il test con fascia toracica mostra anche l’indice di stress di Baevsky quando la registrazione è abbastanza lunga.