Как изучать ВСР: руководство для исследователей

Руководство для тех, кто планирует исследование или испытание, где вариабельность сердечного ритма (ВСР) служит измеряемым показателем: лабораторное стрессовое задание, экзамен или несколько дней непрерывной записи в обычной жизни. В конце есть чек-лист, по которому можно пройтись до сбора данных, во время него и после. О том, как читать статьи по ВСР, рассказывает урок как читать исследование ВСР, а здесь речь о том, как исследование провести.

Что ВСР отражает, а что нет

ВСР — это изменчивость времени между ударами сердца. Показатели, которые берут в большинстве исследований стресса, считают по коротким записям, и они в основном отражают работу блуждающего нерва — парасимпатического «тормоза», замедляющего сердце:

• RMSSD RMSSD RMSSD Среднеквадратичное значение разностей соседних NN-интервалов: показатель ВСР в миллисекундах, построенный на том, насколько каждый интервал между ударами отличается от следующего. В основном отражает активность блуждающего нерва. Подробнее: RMSSD — квадратный корень из среднего квадрата разностей соседних промежутков: насколько каждый промежуток между ударами отличается от следующего, в миллисекундах.
• lnRMSSD lnRMSSD lnRMSSD Натуральный логарифм RMSSD; единиц измерения нет. Логарифм сглаживает разброс значений RMSSD, поэтому изменения от дня ко дню проще сравнивать и анализировать. Подробнее: lnRMSSD — натуральный логарифм RMSSD. Он приближает асимметричное распределение RMSSD к нормальному.
• Мощность HF Мощность HF Мощность HF Дисперсия интервалов между ударами в диапазоне от 0,15 до 0,40 Гц, в мс²: это диапазон обычного дыхания. Отражает в основном вагусную активность при частоте дыхания от 9 до 24 вдохов в минуту. Подробнее: Мощность HF — изменчивость на частотах дыхания, по определению Рабочей группы ESC и NASPE (Task Force, 1996) от 0,15 до 0,4 Гц.
• Дыхательная синусовая аритмия Дыхательная синусовая аритмия Дыхательная синусовая аритмия Нормальное ускорение пульса на вдохе и замедление на выдохе. Его задаёт блуждающий нерв, и на него приходится значительная часть ВСР в покое. Подробнее: Дыхательная синусовая аритмия (RSA) — учащение сердечного ритма на каждом вдохе и замедление на каждом выдохе. Мощность HF и RMSSD в основном её и улавливают.

Laborde и коллеги (2017) считают эти показатели отражением вагусного тонуса сердца и советуют анализировать один главный: RMSSD, показатель RSA «от пика до впадины» или мощность HF. Основы каждого из них изложены у Shaffer и Ginsberg (2017).

Самого стресса ВСР не отражает. В обзоре 2018 года, охватившем 37 исследований, ВСР в большинстве из них менялась в ответ на стресс, и чаще всего находили сниженную парасимпатическую активность (Kim и коллеги, 2018). То же снижение бывает и после других нагрузок. В данных приложения для телефона — около 9 млн утренних измерений — ВСР падала после алкоголя, тяжёлой тренировки и болезни, и авторы назвали её чувствительным, но не специфичным признаком стресса (Altini и Plews, 2021).

Четыре фактора меняют ВСР независимо от стресса, и в схеме исследования нужно учесть каждый:

• Дыхание. Частота и глубина дыхания меняют RSA и мощность HF, и это может искажать их как показатели вагусного тонуса (Grossman и Taylor, 2007).
• Поза и движение. Вставание, разговор и ходьба меняют ВСР. По словам Grossman и Taylor, на RSA «сильнейшим образом влияет» физическая активность в данный момент, и это может искажать оценки вагусного тонуса.
• Пульс. Все распространённые показатели ВСР растут по мере удлинения промежутков между ударами, поэтому при более частом пульсе вариабельность обычно ниже. De Geus и коллеги (2019) утверждают, что ВСР нельзя считать простой и единообразной заменой пульса, и завершают работу рекомендациями, как приводить их вместе.
• Отношение LF/HF Отношение LF/HF Отношение LF/HF Мощность LF, делённая на мощность HF; безразмерная величина. Её предлагали как показатель баланса симпатической и парасимпатической систем, но исследования показали, что надёжно она его не измеряет. Подробнее: Отношение LF/HF . Оно не измеряет «баланс» между симпатическим и парасимпатическим отделами (Billman, 2013). Не используйте его как показатель стресса.

Три схемы исследования

У всех трёх схем общая основа — то, что Laborde и коллеги (2017) называют тремя «R» ВСР: покой (resting, базовый уровень базовый уровень Базовый уровень Ваш обычный уровень и диапазон ВСР по результатам нескольких недель измерений в одних и тех же условиях. Сравнение измерения с базовым уровнем говорит больше, чем сравнение с другими людьми. Подробнее: Базовый уровень ), реактивность (reactivity, изменение от базового уровня к событию) и восстановление (recovery, изменение от события к периоду после него).

Лабораторный стрессор: базовый уровень, задание, восстановление

Самая контролируемая схема: участников приглашают в лабораторию, записывают базовый уровень в покое, применяют стрессор и записывают восстановление. Самый известный стрессор — Трирский социальный стресс-тест (Trier Social Stress Test, TSST): около 10 минут подготовки, затем 10 минут свободной речи и счёта в уме перед слушателями. В шести исследованиях он повышал пульс, а уровень кортизола в слюне — в два-четыре раза по сравнению с базовым (Kirschbaum и коллеги, 1993). Применяют и более простые задания, например только счёт на время или работу за компьютером с дополнительной психоэмоциональной нагрузкой. В одном таком исследовании 12 женщин дважды выполняли одну и ту же компьютерную работу, один раз с добавленными стрессорами. Мощность HF в стрессовом сеансе была ниже, чем в контрольном, и частично восстановилась за 8 минут отдыха, а артериальное давление за это время до исходного уровня не вернулось (Hjortskov и коллеги, 2004).

1. Адаптация не менее 5 мин
2. Фоновая запись 5 мин
3. Подготовка 10 мин
4. Речь и устный счёт 10 мин
5. Восстановление не менее 10 мин
6. Покой
7. Реактивность
8. Восстановление

Временная шкала из пяти фаз, ширина которых соответствует длительности: адаптация не менее 5 минут, фоновая запись 5 минут, подготовка 10 минут, речь и счёт 10 минут и восстановление не менее 10 минут. Второй ряд группирует их: покой включает адаптацию и фоновую запись, реактивность — подготовку и речь со счётом, восстановление — последнюю фазу.

Какой длины должна быть каждая фаза:

• Адаптация. Laborde и коллеги (2017) просят, чтобы участники сохраняли позу измерения не меньше 5 минут до начала записи базового уровня. Стандартный вариант — сидя, колени согнуты под прямым углом.
• Базовый уровень. Пять минут — стандарт для коротких записей (Task Force, 1996). Jennings и коллеги (1992), измерявшие пульс и артериальное давление у 48 молодых мужчин, отмечают, что даже 20 минут покоя не гарантируют устойчивого базового уровня, и сочли приемлемо устойчивыми 10-минутные базовые записи покоя. Их «ванильный» базовый уровень — простое задание на обнаружение цвета с малой нагрузкой — сработал не хуже обычного покоя, а то и лучше.
• Окна задания. У lnRMSSD за 1 минуту хорошая надёжность (Laborde и коллеги, 2017). Для мощности HF нужно не меньше примерно 1 минуты, для мощности LF LF Мощность LF Дисперсия интервалов между ударами в диапазоне 0,04–0,15 Гц, в мс²: ритмы, повторяющиеся каждые 7–25 секунд. Раньше её считали показателем симпатической активности, но теперь это оспаривают. Подробнее: Мощность LF — не меньше примерно 2 (Task Force, 1996). Сравнивайте окна одинаковой длины: значения по записям разной длительности не взаимозаменяемы (Shaffer и Ginsberg, 2017).
• Восстановление. Никакие рекомендации не задают его длительность, поэтому сделайте его достаточно долгим, чтобы увидеть возвращение, и заранее назовите длительность. Давлению может понадобиться больше времени, чем ВСР: в исследовании Hjortskov ВСР частично восстановилась после 8 минут отдыха, а давление к исходным значениям не вернулось.

Речь меняет дыхание, поэтому ВСР во время выступления отчасти отражает саму речь: записывайте дыхание и оценивайте окно речи с осторожностью. Контрольный сеанс с тем же расписанием и позой, но без стрессора, с чередованием порядка сеансов у участников, отделяет эффект стрессора от эффекта 40 минут, проведённых в лаборатории.

Стрессор из жизни: экзамены

Экзамены — стрессор, с которым студенты сталкиваются и так, без вмешательства исследователя. Нельзя случайным образом назначить, кто и когда сдаёт экзамен, поэтому каждый студент служит контролем самому себе: измеряйте одного человека в то же время суток и в той же позе в дни с экзаменом и без него.

1. За несколько недель Фоновая запись в покое, в одно и то же время и в одной позе
2. Накануне Вечернее измерение, затем ночной сон
3. День экзамена До, по возможности во время, и после
4. Дни после Измерения восстановления
5. Через несколько недель Вторая фоновая запись, вдали от экзаменов

Ряд из пяти точек на линии: за несколько недель — фоновая запись в покое в заданное время и в заданной позе; накануне — вечернее измерение, затем ночной сон; день экзамена, выделенный, — измерения до, по возможности во время и после; в дни после — измерения восстановления; через несколько недель — вторая фоновая запись вдали от экзаменов.

Каждая точка отвечает на свой вопрос. Базовый уровень за несколько недель до экзамена служит точкой отсчёта. Вечер и ночь накануне показывают ожидание и то, как человек спал, а сон сам по себе меняет ВСР. Измерения непосредственно перед экзаменом, во время него и после дают реактивность и восстановление. Второй базовый уровень спустя несколько недель, вдали от экзаменов, отделяет экзамен от медленных изменений в течение семестра или сезона: один базовый уровень допускает только сравнение «до и после».

Три исследования показывают, насколько разными бывают схемы. Lucini и коллеги (2002) обследовали студентов университета незадолго до экзамена и ещё раз через 3 месяца, во время каникул. В день экзамена промежуток между ударами был короче, давление выше, нормализованный показатель низких частот выше, а чувствительность барорефлекса чувствительность барорефлекса Барорефлекс Рефлекс, который от удара к удару удерживает артериальное давление, меняя пульс. Из-за задержки в самом рефлексе пульс повышается и снижается примерно каждые 10 секунд: это ритм 0,1 Гц в мощности LF. Подробнее: Барорефлекс ниже, и кортизол в слюне составлял 5,6 против 2,4 нг/мл. Dimitriev и коллеги (2016) записывали 96 студентов в положении лёжа по 5 минут в два разных дня: один раз в покое и один раз непосредственно перед устным экзаменом. Перед экзаменом пульс в среднем составлял 83 против 72 ударов в минуту, а SD1 SD1 SD1 и SD2 Два показателя разброса точек на диаграмме Пуанкаре, в миллисекундах. SD1 — ширина облака, отражает краткосрочную изменчивость, как RMSSD; SD2 — его длина, отражает общую изменчивость. Подробнее: SD1 и SD2 — аналог RMSSD на диаграмме Пуанкаре — 26 против 36 мс. Снижение SD1 сохранялось после поправки на пульс, а снижение SDNN SDNN SDNN Стандартное отклонение всех NN-интервалов записи, в миллисекундах. Показывает общую вариабельность; его значение сильно зависит от длительности записи. Подробнее: SDNN и мощности HF — нет. Hammoud и коллеги (2018) наблюдали 90 студентов в течение 4 часов: 1 час до итогового экзамена, 2 часа во время него и 1 час после; в более спокойный день записи не было. SDNN был наибольшим в час после экзамена, а RMSSD после экзамена был выше, чем во время него. Пульс был наибольшим в час перед экзаменом, когда студенты занимались обычными предэкзаменационными делами, и наименьшим во время самого экзамена.

Несколько дней непрерывной записи с метками событий и дневниками

Самая реалистичная схема записывает каждый удар в течение одних или нескольких суток, пока люди занимаются своими делами. События фиксируют двумя способами: метки событий — нажатие кнопки или запись в приложении в момент, когда что-то происходит, и экологическая моментальная оценка (EMA) — короткие опросники на телефоне несколько раз в день о настроении, беспокойстве, активности или кофеине.

Удары сердца с нагрудного датчика ЭКГ

Движение

Метки событий

Запросы дневника

Сон

День 1День 2День 3

Пять дорожек на протяжении трёх дней, ночи затенены. Дорожка ударов — непрерывная линия, ночью она выше. На дорожке движения днём столбики разной высоты, ночью их нет. На дорожке меток событий в каждый день несколько вертикальных отметок. На дорожке дневника в каждый день по пять точек, примерно каждые три часа с утра до вечера. На дорожке сна каждую ночь есть блок.

Два исследования показывают, что может выявить такая схема. Brosschot и коллеги (2007) попросили 52 здоровых человека в течение суток вести дневник каждый час, пока амбулаторный монитор ЭКГ ЭКГ ЭКГ Запись электрической активности сердца с помощью электродов на коже. RR-интервалы, полученные по ЭКГ, — эталонный метод измерения ВСР. Подробнее: ЭКГ записывал работу сердца. Стрессоры и беспокойство сопровождались более высоким пульсом и более низкой ВСР во время бодрствования, эффекты сохранялись и во сне следующей ночью, а длительность беспокойства опосредовала влияние стрессоров. Verkuil и коллеги (2016) в исследовании с участием 32 человек пошли дальше: короткая калибровка выясняла, как у каждого падает RMSSD при движении, а затем следующие 24 часа просматривали в поисках периодов не короче 7,5 минуты, когда RMSSD падал сильнее, чем объясняло движение. Эти периоды сопровождались беспокойством, менее позитивным настроением и большим напряжением, но не были связаны с числом стрессовых событий, о которых сообщали участники.

Главная проблема данных из обычной жизни — движение. Физическая активность сильно меняет RSA (Grossman и Taylor, 2007), поэтому схема, где движение записывают, позволяет отличить реакцию на стресс от прогулки, а схема, где его не записывают, может в итоге измерить, насколько активны были люди.

Цепочка измерения

Каждое значение ВСР в исследовании проходит одну и ту же цепочку. Ошибка на любом шаге переходит в статистику.

1. 1 Датчик Нагрудный датчик ЭКГ или холтер; часы или кольцо с ФПГ
2. 2 RR-интервалы Время между ударами, в мс
3. 3 Коррекция артефактов Найти, исправить и посчитать ошибочные удары
4. 4 Окна Меньше 5 мин, 5 мин или 24 ч
5. 5 Показатели RMSSD, lnRMSSD, мощность HF
6. 6 Статистика Изменения внутри человека, смешанные модели

Держать постоянным или записывать дыхание, поза, время суток, кофеин, алкоголь, недавние тренировки, фаза менструального цикла, лекарства

Шесть пронумерованных шагов в ряд: датчик — нагрудный датчик ЭКГ или холтер, либо часы или кольцо на основе фотоплетизмографии; RR-интервалы — время между ударами в миллисекундах; коррекция артефактов — поиск, исправление и подсчёт артефактных ударов; окна — меньше 5 минут, 5 минут или 24 часа; показатели — RMSSD, lnRMSSD и мощность HF; статистика — изменения внутри человека и смешанные модели. Под ними полоса с перечнем того, что нужно держать постоянным или записывать: дыхание, поза, время суток, кофеин, алкоголь, недавняя нагрузка, фаза менструального цикла и лекарства.

Датчик

ЭКГ определяет момент каждого удара по острому зубцу R электрического сигнала сердца и служит эталоном для ВСР; Task Force (1996) называет оптимальным диапазоном от 250 до 500 отсчётов в секунду. Нагрудный датчик — это ЭКГ в одном отведении, и он хорошо подходит для лабораторных сеансов и многодневной записи; клинический холтеровский монитор добавляет отведения и просмотр записи удар за ударом. Часы и кольца используют фотоплетизмографию ( ФПГ ФПГ ФПГ Оптический метод: свет направляют в кожу и улавливают пульсацию крови при каждом ударе сердца. Большинство часов, колец и приложений с камерой телефона оценивают по ней ВСР. Подробнее: ФПГ ): они определяют момент прихода пульсовой волны в коже. Обзор исследований, сравнивавших два способа, показал, что в покое пульс достаточно точен, но физическая активность и некоторые виды психического стресса ухудшали согласованность, часто до неприемлемой степени (Schäfer и Vagedes, 2013). Для стрессового задания такой датчик подходит плохо; ошибки шаг за шагом разобраны в материале как ФПГ влияет на ВСР.

RR-интервалы и коррекция артефактов

Датчик выдаёт ряд RR-интервалов ряд RR-интервалов Ритмограмма График интервалов между ударами в том порядке, в каком они следовали: одна точка на удар, значения в миллисекундах. ВСР на нём видна как волнистая линия, а не как одно число. Подробнее: Ритмограмма — промежутков времени между последовательными ударами. Пропущенные удары, лишние удары и эктопические сокращения эктопические сокращения Эктопическое сокращение Сокращение сердца, которое возникает вне обычного водителя ритма и обычно приходит раньше срока. Эктопические сокращения встречаются часто, но искажают ВСР, если их не убрать или не исправить. Подробнее: Эктопическое сокращение (ранние удары, которые возникают не в естественном водителе ритма сердца) искажают показатели, а короткие записи чувствительнее к ним, чем длинные. Методы редактирования RR-интервалов удаляют, интерполируют или фильтруют артефактные удары, и выбор метода меняет значения ВСР; насколько именно, зависит от условий, метода, показателя, людей и длительности записи (Peltola, 2012). Выберите метод и порог исключения по доле исправленных ударов до того, как увидите результаты, и указывайте долю исправленных ударов в каждой записи. Как выглядят такие ошибки, показано в материале «Артефакты и экстрасистолы: откуда берутся ошибки ВСР».

Окна

• Ультракороткие, меньше 5 минут. У 3387 взрослых в покое уже одна 10-секундная запись ЭКГ давала валидное значение RMSSD, а результаты по 2 минутам почти идеально совпадали с результатами по 4–5 минутам; при любой длительности записи RMSSD держался лучше, чем SDNN (Munoz и коллеги, 2015). Это было в покое; окно задания всё равно должно уместиться в само задание.
• Короткие, стандарт в 5 минут (Task Force, 1996).
• Длинные, номинально 24 часа: такая запись охватывает ритм «день — ночь» ритм «день — ночь» Циркадный ритм 24-часовые внутренние часы организма. Ночью пульс ниже, а вагусная ВСР выше, чем днём, поэтому измерения сопоставимы только тогда, когда сделаны в одно и то же время суток. Подробнее: Циркадный ритм и служит для других показателей (Task Force, 1996).

Для каждого сравнения берите одну длину окна.

Показатели

Для коротких окон надёжнее временные показатели, например RMSSD. RMSSD был валиден уже начиная с 10 секунд в покое (Munoz и коллеги, 2015), тогда как для мощности HF нужно около минуты (Task Force, 1996), и RMSSD меньше связан с дыханием, чем мощность HF (Laborde и коллеги, 2017). Мощность HF предполагает, что частота дыхания частота дыхания Частота дыхания Сколько вдохов вы делаете за минуту. Она сама по себе меняет ВСР: чем медленнее и глубже дыхание, тем больше размах колебаний от удара к удару, а при частоте ниже примерно 9 вдохов в минуту дыхательный пик переходит из диапазона HF в LF. Подробнее: Частота дыхания остаётся внутри её диапазона: при частоте ниже примерно 9 вдохов в минуту (0,15 Гц) дыхательная волна уходит в диапазон LF, и так медленное дыхание завышает мощность LF. Урок частотный анализ без тумана разбирает это подробно, а RMSSD, SDNN и lnRMSSD объясняет временные показатели.

Меры контроля

Laborde и коллеги (2017) перечисляют, что нужно держать постоянным или записывать перед сеансом:

• Сон. Обычная ночь перед сеансом; записывайте привычное время отхода ко сну и пробуждения.
• Физическая нагрузка. Никаких интенсивных тренировок накануне. После нагрузки вагусный «тормоз» возвращается поэтапно: сначала в течение первых 90 минут, затем на протяжении срока до 48 часов (Stanley и коллеги, 2013).
• Еда и напитки. Ни еды, ни кофе, ни чая и других напитков с кофеином за 2 часа до сеанса и никакого алкоголя за 24 часа.
• Время суток. Одно и то же для каждого сеанса и каждого участника.
• Поза. Одна и та же поза на протяжении всего сеанса, которую удерживают не меньше 5 минут перед записью базового уровня.
• Дыхание. Записывайте его, а не задавайте темп. Laborde и коллеги не советуют по умолчанию вводить в ВСР поправку на дыхание, когда люди дышат в своём темпе. Они отмечают, что дыхание в заданном темпе может сдвигать мощность HF трудно предсказуемым образом и мешать выполнению задания, и просят исследователей проверять, что дыхание остаётся в пределах от 9 до 24 вдохов в минуту — в диапазоне HF.
• Лекарства. Записывайте любые препараты, действующие на сердце.
• Менструальный цикл. Метаанализ 37 исследований с 1004 участницами показал, что вагусная активность вагусная активность Вагусный тонус Постоянное влияние блуждающего нерва на сердце, замедляющее его ритм. Обычно его оценивают по показателям ВСР, например по RMSSD и мощности HF. Подробнее: Вагусный тонус в лютеиновой фазе ниже, чем в фолликулярной (d = −0,39), и рекомендует записывать фазу цикла или контролировать её (Schmalenberger и коллеги, 2019).

Все последующие значения сравнивают с базовым уровнем покоя, который получается по этим правилам, поэтому требования к базовому уровню должны быть такими же строгими, как к заданию.

Непрерывная запись ВСР с метками событий

День, разбитый на 5-минутные окна, трудно оценить как есть: в нём смешалось всё, что случилось за этот день. Усреднение с привязкой к событию выстраивает окна вокруг каждой метки одного вида, от какого-то времени до метки до какого-то времени после неё, и усредняет их. Всё, что событие делает с ВСР, складывается от события к событию; всё, что происходит в случайные моменты, при усреднении взаимно гасится. Это та же идея, что усреднённый вызванный потенциал в электроэнцефалографии, только применённая к сердечному ритму.

Одна запись, три метки

Выровнено по метке и усреднено

До Метка После

Среднее

Два графика. На первом волнистая линия за шесть часов с тремя вертикальными линиями меток; после каждой метки линия опускается и медленно восстанавливается, а затенённая полоса охватывает от 30 минут до метки до 90 минут после неё. На втором графике вертикальная линия метки на четверти ширины от левого края, перед ней затенённая область, три тонкие линии и одна толстая. До метки все линии ровные, сразу после неё опускаются и поднимаются обратно на остальной части графика. Подписи: «До», «Метка» и «После».

Попробуйте на трёх вымышленных днях студента в экзаменационную неделю. В режиме «Дни целиком» показаны пульс и RMSSD с отметками всех экзаменов, прогулок и чашек кофе. Выберите метку, чтобы привязать к ней окна.

Привяжите окна к меткам

Учебная модель, а не запись

Показать

Дни целиком Начало экзамена Конец экзамена Прогулка Кофе

RMSSD в 5-минутных окнах (мс) Экзамен Прогулка Кофе

204060

ЧСС (уд/мин)

6080100

День 1День 2День 3

Окна экзаменов

28 мс

Все остальные окна

38 мс

Остальные окна без прогулок

42 мс

ЧСС и RMSSD, r

−0,89

За три дня окна экзаменов в среднем дают 28 мс против 38 мс во всех остальных окнах, то есть на 27 % ниже. Если убрать прогулки и 45 минут после каждой, остальные окна в среднем дают 42 мс, и окна экзаменов оказываются на 34 % ниже. Прогулки снижают RMSSD, потому что тело движется, и поэтому скрывали часть эффекта экзамена. Корреляция ЧСС и RMSSD за весь день, r = −0,89, смешивает прогулки и экзамены в одно число.

RMSSD в 5-минутных окнах (мс) Отдельные события Среднее

204060

ЧСС (уд/мин)

6080100

30 мин до Метка 90 мин после

30 минут до

39 мс

Первый час после

28 мс

Изменение

−29 %

Привязка к метке «Начало экзамена», среднее по 3 событиям: RMSSD составлял 39 мс за 30 минут до метки и 28 мс в первый час после неё, на 29 % ниже. Снижение начинается ещё до метки, пока студент ждёт, и длится столько же, сколько экзамен.

Кнопки работают при включённом JavaScript.

Два линейных графика с тремя днями подряд: сверху RMSSD в миллисекундах, снизу частота сердечных сокращений в ударах в минуту, по точке каждые 5 минут. Затенённые полосы отмечают три экзамена по 90 минут и шесть прогулок по 45 минут; точки отмечают шесть чашек кофе. Ряд кнопок переключает на вид, привязанный к событию: он выравнивает окна от 30 минут до каждой выбранной метки до 90 минут после неё, рисует каждое событие тонкой линией, а их среднее — толстой, с уровнем 30 минут до метки в виде пунктирной линии. Показатели и фраза дают числа для показанного вида.

Виджет показывает три вещи, которые верны и для реальных данных:

• Сравнение за весь день смешивает всё остальное. Если сравнивать окна экзаменов со всеми прочими окнами, в сравнение попадают прогулки, которые снижают RMSSD из-за движения тела. В модели разрыв увеличивается, когда прогулки исключены.
• Корреляция за весь день — это в основном движение. По всем окнам пульс и RMSSD сильно коррелируют, потому что ходьба меняет и то и другое. Коэффициент смешивает ходьбу и экзамены и мало говорит о каждом из них.
• У разных событий разная форма. Прогулка даёт глубокий и короткий спад; экзамен — меньший, который начинается до метки и длится столько же, сколько экзамен; кофе, для которого в модели не заложено никакого эффекта, остаётся ровным, хотя кривые отдельных чашек кофе всё равно отклоняются на несколько миллисекунд. Из-за этих отклонений одного события недостаточно.

В реальном исследовании:

• Синхронизируйте часы ЭКГ, акселерометра и телефона до записи и проверьте их в конце.
• Ставьте метки в реальном времени кнопкой или в приложении и сверяйте их с дневником потом. Метка, добавленная позже по памяти, точна ровно настолько, насколько точна память.
• Задайте привязанный отрезок и базовый уровень до анализа, например от 30 минут до метки до 90 минут после неё, с базовым уровнем в 30 минут до метки.
• Отмечайте движение. По акселерометру или пульсу помечайте окна с физической активностью, как делали Verkuil и коллеги (2016), и анализируйте их отдельно или вводите поправку на них.
• Не прячьте отдельные события. Среднее может скрыть одно событие, пошедшее в другую сторону, или одну прогулку, попавшую в отрезок.
• Сначала усредняйте внутри каждого человека, затем между людьми или поручите это модели смешанных эффектов.

Анализ

Эффекты внутри человека и между людьми

Повторные измерения несут два вида информации: чем люди в среднем отличаются друг от друга (между людьми) и как каждый человек меняется от одного раза к другому (внутри человека). Эти два эффекта могут быть направлены в противоположные стороны.

RMSSD (мс)

Минуты движения за час

• Человек A
• Человек B
• Человек C
• Между людьми: наклон вверх
• Внутри каждого человека: наклон вниз

Точечная диаграмма: RMSSD в миллисекундах в зависимости от числа минут движения за час. Три группы по шесть точек, по одной на человека: человек A при низкой активности и низком RMSSD, человек B посередине, человек C при высокой активности и высоком RMSSD. Пунктирная линия через центры трёх групп поднимается слева направо. Внутри каждой группы сплошная линия цвета этого человека опускается слева направо.

Пример вымышленный. В реальных данных признак, различающий людей, например физическая форма, может действовать в одну сторону, а сиюминутная активность внутри человека — в другую. Curran и Bauer (2011) показывают, как продольные данные позволяют разделить два эффекта, и отмечают, что во многих исследованиях этого не делают. Grossman и Taylor (2007) высказывают то же для ВСР: внутри одного человека RSA и вагусный контроль часто тесно связаны, а между людьми связь может быть скромной.

Обычное решение — центрирование относительно индивидуального среднего: каждый повторяющийся предиктор разбивают на собственное среднее человека, которое несёт эффект между людьми, и на отклонение каждого измерения от этого среднего, которое несёт эффект внутри человека. В модель включают обе части.

Повторные измерения и модели смешанных эффектов

Модель смешанных эффектов, её же называют многоуровневой, — это регрессия, которая даёт каждому человеку собственный свободный член и, при необходимости, собственные наклоны вокруг среднего по группе. Она использует каждое окно, справляется с тем, что у людей разное число окон или есть пропуски, и оценивает эффекты внутри человека и между людьми вместе (Curran и Bauer, 2011). Дисперсионный анализ с повторными измерениями — её частный случай, которому нужны полные сбалансированные данные. В данных с привязкой к событиям окна вложены в события, а события — в людей.

Логарифмирование RMSSD

Распределение RMSSD имеет правостороннюю асимметрию, и Laborde и коллеги (2017) рекомендуют до анализа брать натуральный логарифм. Разность lnRMSSD близка к относительному изменению: разность 0,10 соответствует изменению примерно на 10 %.

Изменение относительно базового уровня

Реактивность и восстановление можно приводить как абсолютное или процентное изменение от базового уровня (Laborde и коллеги, 2017). В логарифмической шкале разность с базовым уровнем уже и есть относительное изменение. Для сравнения групп, например вмешательства с контролем, Vickers и Altman (2001) рекомендуют в качестве общего подхода ковариационный анализ: значение при повторном измерении — как исход, базовое значение — как ковариата, а не простая разность.

Пульс и дыхание

Приводите пульс рядом с каждым результатом по ВСР. De Geus и коллеги (2019) завершают обзор предварительными рекомендациями по отчётности, признающими, насколько тесно связаны среднее и изменчивость промежутка между ударами. Если вы вводите поправку на пульс, приводите результат с поправкой и без неё. Записывайте частоту дыхания в каждом окне и указывайте, оставалась ли она внутри диапазона HF.

Множественные сравнения

Программы для ВСР выдают десятки показателей, а в исследовании несколько окон и фаз. Если проверять всё подряд, что-нибудь да окажется значимым случайно. Заранее назовите один основной исход, например изменение lnRMSSD от базового уровня к заданию. Для второстепенных исходов контролируйте долю ложных открытий — ожидаемую долю ложноположительных среди результатов, названных значимыми (Benjamini и Hochberg, 1995), а любой анализ, выбранный после просмотра данных, помечайте как разведочный.

Размер выборки и величина эффекта

Рассчитывайте размер выборки с помощью анализа мощности, взяв величину эффекта из пилотных данных или из похожих опубликованных схем. Lakens (2013) объясняет, чем величины эффекта различаются в схемах внутри участников и между участниками: в схеме внутри участников величина эффекта может включать корреляцию между повторными измерениями, и он считает, что это подходит для вопросов об изменении внутри людей. Чтобы почувствовать, как часто эффект заданной величины заметен на фоне колебаний от дня ко дню, попробуйте эксперимент из раздела урока «Выясните, что влияет на вашу ВСР».

Предварительная регистрация

Предварительная регистрация — это запись вопросов исследования и плана анализа до того, как наблюдаются исходы, чтобы проверяемые прогнозы можно было отличить от закономерностей, найденных постфактум (Nosek и коллеги, 2018). Для исследования ВСР регистрируют основной показатель, окна, правила работы с артефактами и порог исключения, ковариаты и модель. Клинические испытания регистрируют в реестре вроде ClinicalTrials.gov; примеры ниже показывают, как там выглядят исходы по ВСР.

Что нашли опубликованные исследования

Экзаменационный стресс

Два исследования экзаменов, где экзамен сравнивали с более спокойным временем, согласны в том, что перед экзаменом сердце билось чаще. Lucini и коллеги (2002) обнаружили перед экзаменом более короткий промежуток между ударами, более высокое давление, более высокий нормализованный показатель низких частот и более высокий кортизол, чем через 3 месяца. Dimitriev и коллеги (2016) нашли, что непосредственно перед экзаменом SD1 примерно на 29 % ниже, а мощность HF примерно на 45 % ниже, чем в покое, при пульсе примерно на 11 ударов в минуту выше. У Hammoud и коллег (2018) не было более спокойного дня для сравнения, но SDNN был наибольшим в час после экзамена. Их данные показывают и то, как обстановка размывает картину: пульс был наименьшим во время самого экзамена, и нормализованный показатель HF тогда же был наибольшим. В каждом исследовании участвовали студенты одного университета, показатели, позы и окна различались, общего протокола у исследований не было, поэтому величина эффекта не установлена.

Лабораторные стрессоры

TSST надёжно повышает пульс и кортизол (Kirschbaum и коллеги, 1993), а в исследовании Hjortskov и коллег (2004) мощность HF была ниже во время компьютерной работы с дополнительной психоэмоциональной нагрузкой, чем во время той же работы без неё. Метаанализ 12 работ с 758 здоровыми добровольцами показал более низкую мощность HF и более высокое отношение LF/HF при остром психическом стрессе, чем в покое (Castaldo и коллеги, 2015). Авторы истолковали это как симпатическую активацию и ослабление парасимпатической активности; результат по HF согласуется с ослаблением вагусных влияний, а часть про LF/HF опирается на отношение, которое не измеряет симпатическую активность (Billman, 2013).

Обзоры и метаанализы о стрессе и ВСР

Kim и коллеги (2018) рассмотрели 37 публикаций 2007–2017 годов, где ВСР использовали как объективный показатель психологического стресса, и нашли, что в большинстве из них ВСР менялась со стрессом, чаще всего в сторону снижения парасимпатической активности. Несмотря на название, обзор пересказывает исследования по одному и не объединяет их величины эффекта, поэтому общей цифры не даёт. Вместе с работой Castaldo и коллег (2015) эти данные говорят в пользу ВСР как показателя реакции организма на стресс на уровне групп. Но считать значение отдельного человека уровнем его стресса они не позволяют.

Рекомендации по отчётности

• Task Force (1996) задала определения, частотные диапазоны и длительности записи, которыми пользуется большинство последующих работ.
• Laborde и коллеги (2017) дают рекомендации по планированию, анализу и описанию экспериментов с ВСР в психофизиологии; на них во многом опирается эта страница.
• GRAPH (Quintana и коллеги, 2016) — контрольный список для отчёта по четырём областям: кто участвовал, как собирали удары, как подготовили данные и как рассчитывали ВСР.
• Quigley и коллеги (2024) изложили правила публикации исследований пульса и ВСР в психофизиологии, начав с физиологии и основ измерения.

Урок как читать исследование ВСР показывает, как проверить статью по GRAPH.

Зарегистрированные испытания с ВСР как исходом

Регистрации описывают, что исследование планирует измерять, а не что оно нашло. Четыре записи в ClinicalTrials.gov показывают, как в исследованиях стресса и экзаменов задают исходы по ВСР:

• NCT06138457, исследование ECOSTRESS (Университетская больница Клермон-Феррана): наблюдательное исследование студентов-медиков, сравнивающее ВСР за 24 часа в день объективного структурированного клинического экзамена (OSCE), в день традиционного письменного экзамена и в контрольный день. ВСР — основной исход; запланированы 100 студентов, набор идёт.
• NCT05380076 (Университет Клода Бернара): 490 студентов-медиков перед OSCE распределили по группам: 6 минут практики осознанности, мобилизации внутренних ресурсов, биологической обратной связи по сердечному ритму или контрольное видео. Основной исход — ВСР по ушному датчику пульса в течение этих 6 минут, то есть показатель на основе пульса. Исследование завершено.
• NCT02708979, StrEat (Копенгагенский университет): студентов измеряли за неделю до экзамена и ещё раз в период, отстоящий от экзаменов на четыре-пять недель; ВСР по одноминутной дыхательной пробе — второстепенный исход. Статус неизвестен.
• NCT05570721 (Университет Северной Каролины в Чапел-Хилле): 41 женщина среднего возраста выполняла TSST; RMSSD в покое перед заданием и через 0, 10 и 20 минут после него — второстепенные исходы. Исследование завершено.

Чек-лист

Перед сбором данных

• Сформулируйте гипотезу в терминах вагусной активности, с одним основным показателем (обычно lnRMSSD), его окнами и сравнением.
• Зафиксируйте правила работы с артефактами, порог исключения, ковариаты и модель и зарегистрируйте их заранее.
• Для заданий и обычной жизни выберите датчик ЭКГ; если приходится использовать ФПГ, проверьте его по ЭКГ в своих условиях.
• Назначьте время сеанса и позу и запланируйте контрольный сеанс или второй базовый уровень.
• Дайте участникам инструкции по сну, физической нагрузке, еде, кофеину и алкоголю и запланируйте запись лекарств и фазы менструального цикла.
• Рассчитайте размер выборки по величине эффекта внутри человека.

Во время сбора данных

• Дайте каждому участнику не меньше 5 минут на адаптацию, затем запишите 5-минутный базовый уровень в той же позе.
• Записывайте дыхание и позвольте людям дышать в своём темпе.
• Синхронизируйте часы и ставьте метки в реальном времени; отмечайте всё, что нарушает протокол, например кофе, прогулку или телефонный звонок.
• Следите за сигналом и сразу отмечайте пропуски и шумные участки.

После сбора данных

• Просмотрите каждую запись, исправьте артефакты артефакты Артефакт Ошибка в записи сердечного ритма: пропущенный, лишний или неточно отмеченный удар, часто из-за движения или плохого контакта датчика. Артефакты могут сильно исказить показатели ВСР. Подробнее: Артефакт по заранее зарегистрированному правилу, укажите долю исправленных ударов и примените порог исключения.
• Рассчитайте показатели в окнах одинаковой длины и возьмите логарифм RMSSD.
• Постройте модель смешанных эффектов с членами внутри человека и между людьми; приводите пульс и дыхание рядом с ВСР.
• Контролируйте долю ложных открытий для второстепенных исходов и помечайте разведочные анализы.
• Сверяйте отчёт с GRAPH и рекомендациями Laborde и коллег (2017) и делитесь данными по ударам и кодом, если согласие участников это позволяет.

Инструменты hrv.expert

• Анализатор ВСР читает сразу много записей и выдаёт один CSV со всеми показателями. Он исправляет артефакты по правилам сайта или с пороговой коррекцией Kubios выбранной степени, указывает долю исправленных ударов в каждой записи и пишет для статьи абзац с описанием методов и списком источников. Записи анализируются в браузере, на сервер ничего не отправляется. На странице методов перечислены все алгоритмы, статьи, на которые они опираются, и то, как проверялись их результаты.
• Конвертер RR превращает экспорт из Garmin (FIT), приложения «Здоровье» от Apple, Polar или Movesense в простые файлы RR-интервалов, CSV или текст Kubios и составляет отчёт о качестве каждой записи.