La famiglia completa delle misure di HRV

Le misure della variabilità della frequenza cardiaca (HRV) ricavate direttamente dalla serie NN si 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 dividono in tre gruppi: statistiche degli intervalli e delle loro differenze, misure lette dall’istogramma e il diagramma di Poincaré diagramma di Poincaré Diagramma di Poincaré Grafico a dispersione di ogni intervallo tra due battiti rispetto al successivo, in ms su entrambi gli assi. La forma della nuvola di punti mostra subito la variabilità a breve termine e complessiva. Approfondisci: Diagramma di Poincaré . Ognuna risponde a una domanda diversa sugli stessi battiti. Questa lezione le calcola tutte sulla registrazione di esempio, cinque minuti con 341 intervalli e una media di 881 ms, e si chiude con una tabella di unità, durate minime e usi.

La lezione 6 ha trattato RMSSD 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 , SDNN 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 lnRMSSD lnRMSSD lnRMSSD Il logaritmo naturale del RMSSD, senza unità di misura. Il logaritmo riduce la dispersione dei valori del RMSSD e rende più facile confrontare e analizzare le variazioni da un giorno all'altro. Approfondisci: lnRMSSD . Tornano qui, in breve, perché il resto della famiglia si definisce rispetto a loro. Ovunque, $N$ è il numero di intervalli, $\mathrm{NN}_i$ l’$i$-esimo intervallo in millisecondi e $\Delta_i = \mathrm{NN}_{i+1} - \mathrm{NN}_i$ il salto da un intervallo al successivo.

Gruppo 1: statistiche degli intervalli

NN medio e frequenza cardiaca. L’intervallo medio, e 60.000 diviso per esso. La media della registrazione è 881 ms, ovvero 68 battiti al minuto (bpm). La frequenza cardiaca non è una misura di HRV, ma ogni misura di HRV ne dipende: un cuore più lento lascia più spazio alla variazione degli intervalli (lezione 4).

SDNN, la deviazione standard degli intervalli, in ms:

$$\mathrm{SDNN} = \sqrt{\frac{1}{N-1}\sum_{i=1}^{N}\left(\mathrm{NN}_i-\mathrm{NN}_{\mathrm{mean}}\right)^2}$$

Si sottrae la media da ogni intervallo, si eleva al quadrato, si somma, si divide per il numero di intervalli meno uno e si estrae la radice quadrata. Misura la dispersione totale, qualunque ne sia l’origine: respirazione, onde della pressione arteriosa, derive lente e tutto il resto. Il SDNN della registrazione è 28,7 ms. Su 24 ore il SDNN è la misura con le prove più solide per il rischio cardiaco, con soglie di 50 e 100 ms; su 5 minuti non ha un significato simile, perché mancano le componenti lente che determinano il valore a 24 ore (Shaffer e Ginsberg, 2017).

SDANN SDANN SDANN La deviazione standard della media degli intervalli NN di ogni segmento di 5 minuti di una registrazione di 24 ore, in millisecondi. Misura i cambiamenti lenti nell'arco della giornata e ignora tutto ciò che è più veloce. Approfondisci: SDANN e indice SDNN indice SDNN Indice SDNN La media del SDNN di ogni segmento di 5 minuti di una registrazione di 24 ore, in millisecondi. Mantiene la variabilità interna a ciascun segmento ed esclude la deriva lenta tra un segmento e l'altro. Approfondisci: Indice SDNN esistono solo per le registrazioni lunghe. Si divide una serie di 24 ore in 288 segmenti di cinque minuti. Il SDANN è la deviazione standard delle 288 medie dei segmenti: conserva le oscillazioni lente tra un segmento e l’altro (sonno, pasti, attività) ed elimina le variazioni rapide all’interno di ciascun segmento. L’indice SDNN è la media dei 288 SDNN interni ai segmenti: conserva le variazioni rapide ed elimina le oscillazioni lente. Insieme separano la parte lenta e quella rapida del SDNN. Entrambi sono misure della Task Force (1996), e la guida di Kubios li definisce allo stesso modo.

$$\mathrm{SDANN} = \mathrm{SD}\!\left(\mathrm{NN}_{\mathrm{mean},(1)}, \ldots, \mathrm{NN}_{\mathrm{mean},(288)}\right), \qquad \mathrm{SDNN\ index} = \frac{1}{288}\sum_{k=1}^{288}\mathrm{SDNN}_{(k)}$$

Leggi la prima come «la dispersione delle medie dei segmenti» e la seconda come «la media delle dispersioni dei segmenti».

Gruppo 2: statistiche dei salti

Seguono $\Delta_i$, la differenza tra intervalli adiacenti. Il vago può cambiare il battito successivo in meno di un secondo; i nervi simpatici no (lezione 3). Quindi tutto ciò che si basa su $\Delta_i$ riflette soprattutto il freno vagale, e la respirazione che passa attraverso di esso.

RMSSD, la radice quadrata della media dei quadrati delle differenze successive, in ms:

$$\mathrm{RMSSD} = \sqrt{\frac{1}{N-1}\sum_{i=1}^{N-1}\Delta_i^2}$$

Si eleva al quadrato ogni salto, si fa la media dei quadrati e si estrae la radice quadrata. La registrazione dà 33,4 ms. Il suo logaritmo, lnRMSSD, è 3,51; il logaritmo attenua l’asimmetria, così che medie e variazioni percentuali si comportino bene (lezione 6).

SDSD SDSD SDSD La deviazione standard delle differenze tra intervalli NN vicini, in millisecondi. È quasi lo stesso valore del RMSSD e misura la stessa variazione rapida da un battito all'altro. Approfondisci: SDSD , la deviazione standard delle differenze successive, è quasi un gemello del RMSSD:

$$\mathrm{SDSD} = \sqrt{\frac{1}{N-2}\sum_{i=1}^{N-1}\left(\Delta_i-\Delta_{\mathrm{mean}}\right)^2}$$

L’unica differenza è che prima si sottrae il salto medio. In una registrazione che finisce vicino alla frequenza da cui è partita, i salti verso l’alto e verso il basso si compensano e il salto medio è vicino a zero, quindi SDSD e RMSSD quasi coincidono: 33,5 ms contro 33,4 ms qui. Divergono quando la frequenza cardiaca si sposta in modo costante nel corso della registrazione. Il widget qui sotto mostra ogni passaggio; cambia un battito e guarda come cambiano sia il salto medio sia il risultato.

SDSD passo dopo passo

Dieci battiti, ogni numero in vista

I dieci intervalli, in ms (da 300 a 2000)

Battito 1 Battito 2 Battito 3 Battito 4 Battito 5 Battito 6 Battito 7 Battito 8 Battito 9 Battito 10

SDSD di questi 10 intervalli è 27,5 ms.

Passaggio 5 di 5

Indietro Ricomincia dal passaggio 1

1. Passaggio 1 di 5 Parti dagli intervalli

   Battito 1	880 ms
   Battito 2	826 ms
   Battito 3	812 ms
   Battito 4	823 ms
   Battito 5	848 ms
   Battito 6	877 ms
   Battito 7	880 ms
   Battito 8	866 ms
   Battito 9	828 ms
   Battito 10	815 ms

   10 intervalli tra 11 battiti, in millisecondi.

2. Passaggio 2 di 5 Sottrai ogni intervallo dal successivo

   Battito 2 − battito 1	−54 ms
   Battito 3 − battito 2	−14 ms
   Battito 4 − battito 3	+11 ms
   Battito 5 − battito 4	+25 ms
   Battito 6 − battito 5	+29 ms
   Battito 7 − battito 6	+3 ms
   Battito 8 − battito 7	−14 ms
   Battito 9 − battito 8	−38 ms
   Battito 10 − battito 9	−13 ms

   Il segno più indica che il cuore ha rallentato per un battito, il segno meno che ha accelerato.

3. Passaggio 3 di 5 Trova la differenza media

   −65 ÷ 9	−7,22 ms

   In una lunga registrazione a riposo le differenze hanno una media vicina a zero, ed è per questo che il SDSD e il RMSSD quasi coincidono.

4. Passaggio 4 di 5 Sottrai la differenza media ed eleva al quadrato

   Differenza 1	2188,16
   Differenza 2	45,94
   Differenza 3	332,05
   Differenza 4	1038,27
   Differenza 5	1312,05
   Differenza 6	104,49
   Differenza 7	45,94
   Differenza 8	947,27
   Differenza 9	33,38
   Somma	6047,56

5. Passaggio 5 di 5 Dividi per il numero di differenze meno uno, poi calcola la radice quadrata

   6047,56 ÷ 8	755,94
   √755,94	27,5 ms

   SDSD 27,5 ms

Con JavaScript attivo, i passaggi compaiono uno alla volta e i battiti si possono modificare.

Una riga di dieci intervalli tra battiti modificabili, in millisecondi, poi il calcolo di SDSD in passaggi numerati: Parti dagli intervalli; Sottrai ogni intervallo dal successivo; Trova la differenza media; Sottrai la differenza media ed eleva al quadrato; Dividi per il numero di differenze meno uno, poi calcola la radice quadrata. L’ultimo passaggio indica SDSD pari a 27,5 ms. I pulsanti Indietro e Avanti permettono di spostarsi tra i passaggi.

NN50 NN50 NN50 Il numero di coppie di intervalli NN adiacenti che differiscono per più di 50 millisecondi. Dividendolo per il numero di differenze successive, una in meno degli intervalli, si ottiene il pNN50. Approfondisci: NN50 , pNN50 pNN50 pNN50 Percentuale di intervalli NN contigui che differiscono per più di 50 millisecondi. Segue le variazioni rapide di origine vagale, come il RMSSD, ma come quota e non come ampiezza. Approfondisci: pNN50 e pNN20 pNN20 pNN20 Percentuale di intervalli NN consecutivi che differiscono di oltre 20 millisecondi. Variante del pNN50 con soglia più bassa, che varia ancora in chi ha piccole differenze da un battito all'altro. Approfondisci: pNN20 contano i salti invece di misurarne l’entità. Il NN50 è il numero di salti superiori a 50 ms; il pNN50 è quel conteggio come percentuale di tutti i salti; il pNN20 fa lo stesso con una soglia di 20 ms:

$$\mathrm{pNN50} = \frac{\#\{\,i : |\Delta_i| > 50\ \mathrm{ms}\,\}}{N-1}\times 100$$

Si contano i salti più grandi di 50 ms, si divide per il numero di salti e si esprime in percentuale. La registrazione ha 28 salti superiori a 50 ms, quindi il pNN50 è 8,2%, mentre il pNN20 è 70,0%. Un conteggio è più grossolano del RMSSD: una persona i cui salti sono per lo più di 40 ms ha un pNN50 vicino a zero per quanto vivace sia il suo freno vagale, ed è per questo che è stato proposto il pNN20 e che Laborde e colleghi (2017) preferiscono il RMSSD. Il pNN50 è una delle misure nel dominio del tempo della Task Force (1996), e Kubios riporta la soglia come impostazione (NNxx, 50 ms come impostazione predefinita).

FC massima meno FC minima è l’oscillazione media della frequenza cardiaca all’interno di ciascun respiro, in battiti al minuto, e richiede almeno 2 minuti (Shaffer e Ginsberg, 2017). Kubios riporta con un nome simile una grandezza diversa: la frequenza cardiaca più bassa e quella più alta dell’intero campione, ciascuna da una media mobile su 5 battiti. La differenza tra queste due, che la libreria di questo sito calcola, è di 4 battiti al minuto sulla registrazione. In entrambi i casi segue profondità e frequenza del respiro almeno quanto il tono vagale tono vagale Tono vagale L'influenza continua del nervo vago sul cuore, che lo rallenta. Di solito si stima da misure della variabilità della frequenza cardiaca (HRV) come il RMSSD e la potenza HF. Approfondisci: Tono vagale .

Gruppo 3: l’istogramma

Si ordinano gli intervalli in classi e si contano. La Task Force usava classi di 1/128 di secondo, 7,8125 ms, la spaziatura dei campioni dei registratori Holter a 128 Hz dell’epoca, e ha definito due misure sull’istogramma risultante $D(k)$ (Task Force, 1996).

L’ indice triangolare della HRV indice triangolare della HRV 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 è il numero di intervalli diviso per l’altezza della classe più alta:

$$\mathrm{HRV\ triangular\ index} = \frac{N}{\max_k D(k)}$$

Un istogramma alto e stretto (poca variabilità) dà un indice piccolo; uno basso e largo dà un indice grande. I 341 intervalli della registrazione si distribuiscono su 17 classi, la più piena ne contiene 39, e l’indice è 8,7. Non ha unità di misura.

TINN TINN TINN La larghezza, in millisecondi, della base del triangolo che meglio si adatta all'istogramma degli intervalli NN. Una misura geometrica della variabilità complessiva, dall'analisi Holter su 24 ore. Approfondisci: TINN , l’interpolazione triangolare dell’istogramma degli intervalli NN intervalli NN Intervallo NN Un intervallo RR tra due battiti normali, in millisecondi, una volta tolti i battiti extra e gli errori di misurazione. La maggior parte delle misure di HRV si calcola dagli intervalli NN. Approfondisci: Intervallo NN , adatta un triangolo all’istogramma con i minimi quadrati e riporta la larghezza della sua base in ms. Il TINN della registrazione è 125 ms.

$$\mathrm{TINN} = N_t - M_t, \qquad (M_t, N_t) = \arg\min_{M, N}\sum_k \bigl(D(k) - q_{M,N}(k)\bigr)^2$$

Leggilo così: si spostano i due estremi della base del triangolo finché non si adatta meglio all’istogramma, poi si misura la distanza tra di loro.

In una registrazione lunga, pochi intervalli anomali in una classe lontana spostano appena il picco o il triangolo adattato. È il loro vantaggio rispetto al SDNN su un tracciato di 24 ore con molto rumore, e il motivo per cui sono stati pensati per le registrazioni lunghe: Catai e colleghi (2020), citando la Task Force, raccomandano almeno 20 minuti e preferibilmente 24 ore per i metodi geometrici. Su 5 minuti l’istogramma è frastagliato, l’indice dipende dalla sola classe più piena, e Shaffer e Ginsberg (2017) osservano che due artefatti artefatti Artefatto Un errore nella registrazione dei battiti, come un battito mancato, in più o collocato nel momento sbagliato, spesso per il movimento o lo scarso contatto del sensore. Può falsare molto la HRV. Approfondisci: Artefatto in un segmento di 5 minuti possono distorcere il TINN, come possono distorcere SDNN e RMSSD.

Distribuisci i battiti nelle classi

Cinque minuti della registrazione di esempio

Intervalli in ciascuna classe da 500 a 1300 ms

500 700 900 1100 1300

Intervalli

341

Nella classe più piena

39

Indice triangolare

8,7

TINN

125 ms

SDNN

28,7 ms

A riposo: 341 intervalli distribuiti in 17 classi di 7,8 ms. La classe più piena ne contiene 39, quindi l’indice triangolare è 341 ÷ 39 = 8,7. Il triangolo che si adatta meglio all’istogramma va da 816 a 941 ms, quindi il TINN è 125 ms. Entrambi i valori descrivono la forma di questo istogramma, non l’ordine dei battiti.

A riposo Sotto stress Con deriva Battiti ectopici

Ampiezza delle classi 7,8 ms (1/128 s, la classe della Task Force)

I controlli funzionano con JavaScript attivo.

Un grafico a colonne degli intervalli RR da 500 a 1300 ms, distribuiti in classi di 7,8 ms. La colonna più alta è evidenziata e sopra le colonne è disegnato un triangolo, dal piede sinistro al vertice e da qui al piede destro. I valori mostrano il numero di intervalli, il conteggio nella classe più piena, l’indice triangolare della HRV, il TINN con i suoi due piedi e il SDNN, seguiti da una frase che spiega i valori. Un cursore imposta l’ampiezza delle classi e quattro pulsanti scelgono una registrazione a riposo, sotto stress, con deriva o con battiti ectopici.

Il diagramma di Poincaré

Si mette ogni intervallo in relazione con il successivo: $\mathrm{NN}_{i+1}$ sull’asse verticale, $\mathrm{NN}_i$ su quello orizzontale. Un cuore regolare disegna una nuvola stretta sulla diagonale; la respirazione la allunga lungo la diagonale; le oscillazioni da battito a battito la allargano trasversalmente. Due deviazioni standard descrivono la nuvola: SD1 SD1 SD1 e SD2 Due misure della dispersione dei punti in un diagramma di Poincaré, in millisecondi. SD1 è la larghezza e segue la variabilità a breve termine, come il RMSSD; SD2 è la lunghezza e segue la variabilità complessiva. Approfondisci: SD1 e SD2 trasversalmente alla diagonale e SD2 lungo di essa, entrambe in ms.

Non sono informazioni nuove. SD1 è il RMSSD diviso per la radice quadrata di due (a rigore il SDSD, che è quasi uguale), e Shaffer e Ginsberg (2017) considerano identici SD1 e RMSSD:

$$\mathrm{SD1} = \frac{\mathrm{RMSSD}}{\sqrt{2}}, \qquad \mathrm{SD2} = \sqrt{2\,\mathrm{SDNN}^2 - \mathrm{SD1}^2}$$

Il SD1 della registrazione è 23,6 ms, il SD2 è 33,1 ms, e il loro rapporto SD1/SD2 è 0,71. Il widget qui sotto parte dal RMSSD e mostra la divisione.

SD1 passo dopo passo

Dieci battiti, ogni numero in vista

I dieci intervalli, in ms (da 300 a 2000)

Battito 1 Battito 2 Battito 3 Battito 4 Battito 5 Battito 6 Battito 7 Battito 8 Battito 9 Battito 10

SD1 di questi 10 intervalli è 19,0 ms.

Passaggio 6 di 6

Indietro Ricomincia dal passaggio 1

1. Passaggio 1 di 6 Parti dagli intervalli

   Battito 1	880 ms
   Battito 2	826 ms
   Battito 3	812 ms
   Battito 4	823 ms
   Battito 5	848 ms
   Battito 6	877 ms
   Battito 7	880 ms
   Battito 8	866 ms
   Battito 9	828 ms
   Battito 10	815 ms

   10 intervalli tra 11 battiti, in millisecondi.

2. Passaggio 2 di 6 Sottrai ogni intervallo dal successivo

   Battito 2 − battito 1	−54 ms
   Battito 3 − battito 2	−14 ms
   Battito 4 − battito 3	+11 ms
   Battito 5 − battito 4	+25 ms
   Battito 6 − battito 5	+29 ms
   Battito 7 − battito 6	+3 ms
   Battito 8 − battito 7	−14 ms
   Battito 9 − battito 8	−38 ms
   Battito 10 − battito 9	−13 ms

   Il segno più indica che il cuore ha rallentato per un battito, il segno meno che ha accelerato.

3. Passaggio 3 di 6 Eleva al quadrato ogni differenza

   Differenza 1	2916
   Differenza 2	196
   Differenza 3	121
   Differenza 4	625
   Differenza 5	841
   Differenza 6	9
   Differenza 7	196
   Differenza 8	1444
   Differenza 9	169
   Somma	6517

   Il quadrato rende positivo ogni valore e dà più peso ai cambiamenti grandi.

4. Passaggio 4 di 6 Fai la media dei quadrati

   6517 ÷ 9	724,11

5. Passaggio 5 di 6 Calcola la radice quadrata

   √724,11	26,9 ms

6. Passaggio 6 di 6 Dividi per la radice quadrata di due

   26,9 ÷ 1,414	19,0 ms

   Il SD1 è la larghezza della nuvola di Poincaré attraverso la diagonale e contiene la stessa informazione del RMSSD.

   SD1 19,0 ms

Con JavaScript attivo, i passaggi compaiono uno alla volta e i battiti si possono modificare.

Una riga di dieci intervalli tra battiti modificabili, in millisecondi, poi il calcolo di SD1 in passaggi numerati: Parti dagli intervalli; Sottrai ogni intervallo dal successivo; Eleva al quadrato ogni differenza; Fai la media dei quadrati; Calcola la radice quadrata; Dividi per la radice quadrata di due. L’ultimo passaggio indica SD1 pari a 19,0 ms. I pulsanti Indietro e Avanti permettono di spostarsi tra i passaggi.

Ciò che il diagramma aggiunge è un’immagine. I battiti ectopici battiti ectopici Battito ectopico Un battito che nasce fuori dal pacemaker naturale del cuore e di solito arriva in anticipo. È comune, ma altera la HRV se non viene eliminato o corretto. Approfondisci: Battito ectopico stanno lontani dalla nuvola, quindi un diagramma di Poincaré è il controllo visivo più rapido della pulizia di una registrazione. La sua area, $S = \pi\,\mathrm{SD1}\,\mathrm{SD2}$, viene a volte riportata come variabilità totale. Shaffer e Ginsberg (2017) osservano che il rapporto SD1/SD2 si usa come indice di bilancio solo per registrazioni lunghe in cui è presente attivazione simpatica, e Laborde e colleghi (2017) considerano le misure di Poincaré complementari a RMSSD e HF HF Potenza HF La varianza degli intervalli tra i battiti compresa nella banda da 0,15 a 0,40 Hz, in ms²: la fascia di frequenze della respirazione normale. Riflette soprattutto l'attività vagale quando si respira da 9 a 24 volte al minuto. Approfondisci: Potenza HF , non indici autonomi.

Ogni battito rispetto al successivo

Cinque minuti della registrazione di esempio

SD1 (in larghezza)

23,6 ms

SD2 (in lunghezza)

33,1 ms

SD1/SD2

0,71

RMSSD

33,4 ms

SDNN

28,7 ms

La lunghezza della nuvola è pari a 1,4 volte la sua larghezza: SD1 23,6 ms attraverso la diagonale (variazione rapida), SD2 33,1 ms lungo di essa (variazione lenta e rapida insieme).

Oscillazione battito a battito (respirazione) 35 ms Oscillazioni lente (pressione arteriosa, deriva) 25 ms

Aggiungi un battito ectopico

I cursori e il pulsante funzionano con JavaScript attivo.

Un diagramma di dispersione quadrato con l’intervallo precedente in orizzontale e quello successivo in verticale, entrambi in millisecondi e ingranditi sulla nuvola, una diagonale di identità e un’ellisse inclinata lungo di essa. I valori mostrano SD1, SD2, il loro rapporto, RMSSD e SDNN, seguiti da una frase che spiega la forma. Due cursori impostano l’ampiezza dell’oscillazione battito a battito e delle oscillazioni lente; un pulsante aggiunge un battito prematuro, e allora i valori mostrano anche SD1 e SD2 di prima.

Quale usare e quando

Le durate minime vengono dalla Task Force (1996) e dagli studi sulle registrazioni ultrabrevi riassunti da Shaffer e Ginsberg (2017) e da Laborde e colleghi (2017). Valgono due avvertenze per tutte. Primo, un valore breve e un valore di 24 ore della stessa misura sono grandezze diverse, perché la registrazione lunga contiene processi lenti che quella breve non può cogliere (Shaffer e Ginsberg, 2017). Secondo, una regola espressa in battiti e una espressa in minuti divergono al variare della frequenza cardiaca: 5 minuti sono circa 300 battiti a 60 al minuto e 500 a 100 al minuto, ed è per questo che Catai e colleghi (2020) chiedono agli autori di dire se una finestra è stata fissata in tempo o in battiti.

La lezione 18 lascia la serie indicizzata per battiti e si chiede quanta variabilità si trovi a ciascun ritmo: lo spettro.