Wojciech Bogusławski1, Joanna Solarz-Bogusławska2
Zmienność rytmu zatokowego (HRV)
Heart rate variability
1Oddział Wewnętrzny, Szpital Powiatowy w Golubiu-Dobrzyniu
2III Oddział Psychiatryczny, Szpital Lipno
Summary
Heart rate variability (HRV) assessment is a relatively simple electrocardiographic method aimed at analyzing the length differences between subsequent RR intervals.
In this work we have attempted to investigate the autonomic modulation of heart rate via describing the influence of physiological and pathophysiological factors. The systematic development of the diagnostic method, beginning with simple tests in the 1960s, has led to measurement standardization as well as establishment of HRV assessment guidelines by cardiological and electrophysiological societies. Many works have proved the relationship of environmental and physiopathological factors, neuropsychological conditions and lifestyle with heart rate. Certain presently unmodifiable factors reduce the physiological irregularity of heart rate. The described methods include time analysis, frequency analysis and non-linear assessment of heart rate variability. We have presented HRV analysis in the most frequent disease entities and, consequently, the diagnostic and prognostic possibilities. HRV lowering may be treated as a signal of adverse events, especially in cardiovascular diseases. This non-invasive method also allows one to assess the repair processes taking place in the body as well as the beneficial influence of individual medicines.
Wstęp i definicja
Zmienność rytmu zatokowego (ang. heart rate variability – HRV) odnosi się do rytmu pracy serca generowanego przez węzeł zatokowy, będący podstawowym, fizjologicznym ośrodkiem bodźcotwórczym. Wyraża się ona uchwytnymi w badaniu elektrokardiograficznym różnicami długości odstępów pomiędzy szczytami załamków R następujących kolejno po sobie zespołów QRS pochodzenia zatokowego. Zmienność rytmu zatokowego jest wyrazem aktywności autonomicznego układu nerwowego i jego modulacji czynności mięśnia sercowego. Wśród czynników mających wpływ na częstotliwość pracy serca wymienia się m.in.: aktywność fizyczną, zmiany ciśnienia tętniczego krwi, oddychanie, ciepłotę ciała, poziom hormonów, stan emocjonalny, a nawet porę dnia. HRV jest cechą zależną od płci i zmienia się z wiekiem (1-3).
Zainteresowanie klinicznym znaczeniem zmienności rytmu zatokowego jako czynnika prognostycznego sięga lat 60. XX wieku, kiedy Hon i Lee zauważyli, że nieprawidłowości w HRV poprzedzają uchwytne zmiany w częstości uderzeń serca w stanie zagrożenia płodu (4). W latach 70. Ewing i wsp. opracowali proste testy wykorzystujące analizę zmienności rytmu zatokowego w wykrywaniu neuropatii autonomicznej u pacjentów z cukrzycą (5). Pod koniec lat 70. Wolf i wsp. wykazali, że redukcja HRV wiąże się ze zwiększonym ryzykiem zgonu u pacjentów po zawale mięśnia sercowego (6). W latach 80. do badań ilościowych zmienności rytmu zatokowego wprowadzono metody analizy spektralnej (7). Standardy pomiaru i wytyczne dotyczące oceny HRV zostały opracowane przez międzynarodowe towarzystwa kardiologiczne i elektrofizjologiczne w 1996 roku (3).
Analiza zmienności rytmu zatokowego jest nieinwazyjnym, ilościowym pomiarem aktywności układu autonomicznego serca, pozwalającym ocenić jego zdolności adaptacyjne. W skład autonomicznego układu nerwowego wchodzą część współczulna i przywspółczulna, pomiędzy którymi zachowany jest stan dynamicznej równowagi. W stanie zdrowia pozwala to na szybkie reagowanie na zmiany w homeostazie ustroju i odpowiednią modyfikację czynności pracy serca, w zależności od zmiennych warunków. W dotychczas przeprowadzonych badaniach wykazano związek redukcji HRV z negatywnym rokowaniem w chorobach układu sercowo-naczyniowego, stąd najlepiej przebadaną grupę stanowią pacjenci po przebytym zawale mięśnia sercowego (1, 8).
Zmienność rytmu zatokowego jako wskaźnik czynności autonomicznego układu nerwowego
Autonomiczny układ nerwowy, nazywany również wegetatywnym, jest niezależną od woli częścią układu nerwowego zaopatrującą narządy wewnętrzne. Dzieli się on na dwie przeciwstawne składowe: układ współczulny (sympatyczny, pobudzający pracę serca) i przywspółczulny (parasympatyczny, hamujący pracę serca). Serce, jak i pozostałe narządy, posiada jednoczesne unerwienie pochodzące z obu tych części, a wypadkowa ich działania ma swoje odzwierciedlenie w modulacji czynności węzła zatokowego, czyli podstawowego ośrodka bodźcotwórczego.
Dotychczasowe badania podaję, że dokładna lokalizacja ośrodków związanych z autonomiczną regulacją czynności serca w mózgu obejmuje struktury, takie jak: jądro grzbietowe nerwu błędnego, jądro pasma samotnego, istotę szarą okołowodociągową, ciało migdałowate, wzgórze, podwzgórze, zakręt obręczy, wyspę i korę przedczołową (9).
Układ współczulny wpływa na węzeł zatokowy przez uwolnienie noradrenaliny i adrenaliny z zakończeń nerwowych, co za pośrednictwem receptorów beta-adrenergicznych aktywuje przekaźnik drugorzędowy – białko Gs, przez co zwiększa aktywność cyklazy adenylowej i w konsekwencji kinazy białkowej A. Prowadzi to do otwarcia kanałów wapniowych i wzrostu wewnątrzkomórkowego stężenia jonów wapnia, skutkując przyspieszeniem czynności bodźcotwórczej węzła zatokowego, czyli zwiększeniem częstości rytmu serca.
Włókna układu przywspółczulnego, skupione w nerwie błędnym, wydzielają acetylocholinę, która przyłączając się do receptorów muskarynowych typu 2, aktywuje białko Gi, czego efektem jest zahamowanie aktywności cyklazy adenylowej i zmniejszenie stężenia wewnątrzkomórkowego cAMP, co prowadzi do inaktywacji kinazy białek A i otwarcia kanałów potasowych, a w efekcie zmniejsza przewodnictwo i zwalnia częstość rytmu serca. W stanie spoczynku dominuje napięcie nerwu błędnego i o zmienności rytmu decyduje jego modulacja (1, 8).
Ponadto odpowiedź komórek węzła zatokowego na acetylocholinę jest szybsza niż na noradrenalinę, której reabsorbcja i metabolizm są stosunkowo długie. Dzięki temu jednak efekt pobudzenia współczulnego prawdopodobnie utrzymuje się dłużej. Oznacza to, że szybciej działający układ przywspółczulny ma potencjał modulowania rytmu zatokowego w szerokim zakresie częstotliwości (od jednego do wielu uderzeń serca), w przeciwieństwie do układu współczulnego (10). Wpływ układu przywspółczulnego jest jednak krótkotrwały, gdyż komórki węzła zatokowo-przedsionkowego są bogate w acetylocholinesterazę katalizującą rozkład acetylocholiny. Zmiany częstości pracy serca wywołane przez układ współczulny są opóźnione o około 5 sekund, po których akcja serca stopniowo się zmienia, a stan równowagi adekwatny do wielkości bodźca ustala się po około 30 sekundach (3).
Na uwagę zasługuje zjawisko niemiarowości zatokowej oddechowej. Jest to fizjologiczna zmiana częstości rytmu serca w zależności od fazy oddechu. Wyraża się ona, związanym z hamowaniem tonicznej aktywności nerwu błędnego, skróceniem odstępów RR (zwiększeniem częstości uderzeń serca) podczas wdechu oraz ich wydłużeniem w czasie wydechu. Niemiarowość zatokowa oddechowa często jest utożsamiana z napięciem nerwu błędnego (10). Pomimo badań kwestionujących tę tezę, wielu klinicystów i naukowców nadal rutynowo wykorzystuje ją w badaniach. Mimo że napięcie układu przywspółczulnego jest głównym czynnikiem wpływającym na zmienność rytmu zatokowego, należy pamiętać, że istnieją poważne zastrzeżenia dotyczące założenia, że niemiarowość zatokowa oddechowa wiąże się wyłącznie z aktywnością nerwu błędnego (10-12).
Czynniki związane ze zmiennością rytmu zatokowego
Zmienność rytmu zatokowego jest wyrazem stanu zdrowia mięśnia sercowego, a jej redukcja wiąże się ze zwiększonym ryzykiem nagłego zgonu sercowego, szczególnie w chorobach układu sercowo-naczyniowego. Ponadto klasyczne czynniki ryzyka choroby wieńcowej (m.in. nadciśnienie tętnicze i miażdżyca) wykazują istotny związek z obniżeniem parametrów zmienności rytmu serca, co częściowo może tłumaczyć mechanizm ich niekorzystnego wpływu na zapadalność i umieralność z powodu chorób układu sercowo-naczyniowego (13).
W niedawno opublikowanej pracy Fatisson i wsp. wyróżnili pięć grup czynników wpływających na zmienność rytmu zatokowego:
– czynniki fizjopatologiczne,
– czynniki związane ze stylem życia,
– czynniki niemodyfikowalne,
– uwarunkowania neuropsychologiczne,
– czynniki środowiskowe.
Konieczność takiego podziału jest konsekwencją wykazanej w przeprowadzonych dotychczas badaniach wieloczynnikowej etiologii zaburzeń HRV (9).
Czynniki fizjopatologiczne
Przewlekłe choroby układu sercowo-naczyniowego mogą objawiać się obniżeniem parametrów zmienności rytmu zatokowego, a ponadto stanowią negatywny czynnik rokowniczy w ostrych chorobach serca (np. u pacjentów po zawale mięśnia sercowego). Obniżenie parametrów HRV obserwuje się u pacjentów z wysokim ciśnieniem tętniczym istotnie częściej niż u osób z prawidłowymi wartościami ciśnienia. Przypuszczalny patomechanizm wiąże się z aktywnością układu renina-angiotensyna-aldosteron. Podobna zależność występuje w przypadku wysokiego stężenia cholesterolu i glukozy we krwi (14, 15).
Zaburzenia funkcjonowania ośrodkowego układu nerwowego dotykające jego części autonomicznej znajdują odzwierciedlenie w nieprawidłowościach parametrów zmienności rytmu zatokowego. Badania wykazały obniżenie wartości HRV u pacjentów z takimi chorobami, jak: stwardnienie rozsiane, zespół Guillaina-Barrègo, zespół Shy’a-Dragera, zespół Parkinsona i ataksja rdzeniowo-móżdżkowa (15).
Opisany wcześniej mechanizm niemiarowości zatokowej oddechowej pozwala przypuszczać, że schorzenia układu oddechowego mogą wpływać na zmienność rytmu zatokowego. Obserwowane u dzieci z astmą obniżenie parametrów HRV wydaje się potwierdzać te założenia (16).
Nie bez znaczenia jest wpływ czynników hormonalnych. Dotychczasowe badania wykazały, że terapia L-tyroksyną prowadzi do obniżenia parametrów zmienności rytmu zatokowego u pacjentów leczonych z powodu niedoczynności tarczycy (17). Natomiast steroidowe hormony płciowe (zarówno estrogeny, jak i androgeny) wykazują korzystny wpływ na wartości HRV (18, 19).
Zmienność rytmu zatokowego modyfikowana jest również przez zmiany temperatury, poprzez wpływ na częstość pracy serca – jej przyspieszenie w wyższych i zwolnienie w niższych temperaturach (9).
Czynniki związane ze stylem życia
Negatywny wpływ na wartość zmienności rytmu zatokowego wykazuje palenie tytoniu i spożywanie nadmiernej ilości alkoholu. Efekty te są jednak odwracalne (14, 15). Aktywność fizyczna poprawia parametry zmienności rytmu zatokowego przez zmniejszenie napięcia układu współczulnego. Jest to szczególnie istotne u pacjentów z przewlekłymi chorobami układu sercowo-naczyniowego i osób z cukrzycą. Autorzy badań sugerują udział angiotensyny i tlenku azotu w mechanizmie tej zmiany (20, 21). Również medytacja wpływa pozytywnie na wartości HRV (22).
Czynniki niemodyfikowalne
Wraz z wiekiem dochodzi do obniżenia HRV. Nie badano dotychczas różnic między różnymi grupami etnicznymi, jednak międzypopulacyjne różnice w uwarunkowaniach genetycznych związane z występowaniem nadciśnienia tętniczego z pewnością mają swoje przełożenie na parametry HRV (14). U osób w starszym wieku, jak i pacjentów z utrwalonym nadciśnieniem tętniczym, zastoinową niewydolnością krążenia, cukrzycą oraz osób w stanie przewlekłego stresu i zmęczenia i z zaburzeniami snu, obserwuje się zredukowane efektywne pętle regulacyjne kontroli rytmu serca z jednoczasowym ograniczeniem wpływu czynników pozasercowych. Konsekwentnie pojawiają się ograniczenia fizjologicznej niemiarowości rytmu serca i odpowiedzi na zaburzenia wewnętrzne. Zmienność rytmu zatokowego ulega obniżeniu, a rytm serca ma charakter losowy (23).
Uwarunkowania neuropsychologiczne
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
29 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
69 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
129 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 78 zł
Piśmiennictwo
1. Pisowska IK: Ocena zaburzeń rytmu serca, zmienności rytmu zatokowego, funkcji naczyń oraz wybranych biomarkerów u pacjentów z udarem mózgu jako elementy oceny ryzyka sercowo-naczyniowego. Rozprawa na stopień doktora nauk medycznych. Gdańsk 2015.
2. Malik M, Camm AJ: Heart rate variability. Clin Cardiol 1990; 13: 570-576.
3. TaskForce of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology: Heart rate variability: standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use. Circulation 1996; 93: 1043-1065.
4. Hon EH, Lee ST: Electronic evaluations of the fetal heart rate patterns preceding fetal death: further observations. Am J Obstet Gynecol 1965; 87: 814-826.
5. Ewing DJ, Martin CN, Young RJ, Clarke BF: The value of cardiovascular autonomic function tests: 10 years’ experience in diabetes. Diabetes Care 1985; 8: 491-498.
6. Wolf MM, Varigos GA, Hunt D, Sloman JG: Sinus arrhythmia in acute myocardial infarction. Med J Aust 1978; 2: 52-53.
7. Akselrod S, Gordon D, Ubel FA et al.: Power spectrum analysis of heart rate fluctuation: a quantitative probe of beat to beat cardiovascular control. Science 1981; 213: 220-222.
8. Ganong W: Fizjologia. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2009.
9. Fatisson J, Oswald V, Lalonde F: Influence diagram of physiological and environmental factors affecting heart rate variability: an extended literature overview. Heart International 2016; 11(1): e32-e40.
10. Draghici AE, Taylor JA: The physiological basis and measurement of heart rate variability in humans. J Physiol Anthropol 2016; 35: 22.
11. Kollai M, Mizsei G: Respiratory sinus arrhythmia is a limited measure of cardiac parasympathetic control in man. J Physiol 1990; 424: 329-342.
12. Hedman AE, Tahvanainen KU, Hartikainen JE, Hakumäki MO: Effect of sympathetic modulation and sympatho-vagal interaction on heart rate variability in anaesthetized dogs. Acta Physiol Scand 1995; 155: 205-214.
13. Broda G: Zmienność rytmu serca w populacji generalnej mężczyzn, charakterystyka, determinanty oraz wartość prognostyczna. Rozprawa habilitacyjna. Warszawa 2002. Maszynopis.
14. Thayer JF, Yamamoto SS, Brosschot JF: The relationship of autonomic imbalance, heart rate variability and cardiovascular disease risk factors. Int J Cardiol 2010; 141(2): 122-131.
15. van Ravenswaaij-Arts CM, Kollèe LA, Hopman JC et al.: Heart rate variability. Ann Intern Med 1993; 118(6): 436-447.
16. Kazuma N, Otsuka K, Matsuoka I, Murata M: Heart rate variability during 24 hours in asthmatic children. Chronobiol Int 1997; 14(6): 597-606.
17. Celik A, Aytan P, Dursun H et al.: Heart rate variability and heart rate turbulence in hypothyroidism before and after treatment. Ann Noninvasive Electrocardiol 2011; 16(4): 344-350.
18. Leicht AS, Hirning DA, Allen GD: Heart rate variability and endogenous sex hormones during the menstrual cycle in young women. Exp Physiol 2003; 88(3): 441-446.
19. Wranicz JK, Rosiak M, Cygankiewicz I et al.: Sex steroids and heart rate variability in patients after myocardial infarction. Ann Noninvasive Electrocardiol 2004; 9(2): 156-161.
20. Lanfranchi PA, Somers VK: Arterial baroreflex function and cardiovascular variability: interactions and implications. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 2002; 283(4): 815-826.
21. Routledge FS, Campbell TS, McFetridge-Durdle JA, Bacon SL: Improvements in heart rate variability with exercise therapy. Can J Cardiol 2010; 26(6): 303-312.
22. Kim DK, Rhee JH, Kang SW: Reorganization of the brain and heart rhythm during autogenic meditation. Front Integr Nuerosci 2014; 7: 109.
23. Vinik I, Maser RE, Ziegler D: Autonomic imbalance: prophet of doom or scope for hope? Diabet Med 2011; 28(6): 643-651.
24. Togo F, Takahashi M: Heart rate variability in occupational health – a systematic review. Ind Health 2009; 47(6): 589-602.
25. Gałąska R: Analiza fraktalna zmienności rytmu zatokowego u pacjentów z upośledzoną funkcją lewej komory mięśnia sercowego. Rozprawa na stopień doktora nauk medycznych, Akademia Medyczna w Gdańsku 2006; pbc.gda.pl/Content/5710.
26. Krauze T, Guzik P, Wysocki H: Zmienność rytmu serca: aspekty techniczne. Nowiny Lekarskie 2001; 70(9): 973-984.
27. Malik M, Farrell T, Camm AJ: Circadian rhythm of heart rate variability after acute myocardial infarction and its influence on the prognostic value of heart rate variability. Am J Cardiol 1990; 66: 1049-1054.
28. Akay M: Nonlinear biomedical Signac processing. IEEE Press 2001; II(6): 159-167.
29. Wachowiak-Baszyńska H, Ochotny R: Zmienność rytmu zatokowego w chorobie niedokrwiennej serca. Część II: Parametry zmienności rytmu zatokowego a przebyty zawał serca i obecność istotnych zmian miażdżycowych w tętnicach wieńcowych u osób ze stabilną chorobą niedokrwienną serca. Folia Cardiol 2001; 8(3): 109-117.
30. Bigger JT Jr, La Rovere MT, Steinman RC et al.: Comparison of baroreflex sensitivity and heart period variability after myocardial infarction. J Am Coll Cardiol 1989; 14: 1511.
31. Bigger JT, Fleiss JL, Steinman RC et al.: Frequency domain measures of heart rate variability and mortality after myocardial infarction. Circulation 1992; 85: 164-171.
32. Singh N, Mironov D, Armstrong PW et al.: Heart rate variability assessment early after acute myocardial infarction. Circulation 1996; 93: 1388-1395.
33. Shehab A, Elnour AA, Struthers AD: Heart rate variability as an indicator of left ventricular systolic dysfunction. Cardiovasc J Afr 2009; 20(5): 278-283.
34. Huikuri HV, Jokinen V, Syvanne M et al.: Heart rate variability and progression of coronary atherosclerosis. Artherioscler Thromb Vasc Biol 1999; 19: 1979-1985.
35. Kuzemczak M, Białek-Ławniczak P, Majewski M et al.: The analysis of correlation between severity of coronary atherosclerosis and novel HRV indices in patients with stable coronary artery disease. http://www.kardiologiapolska.pl/ptk2012/conf/16/P145.html.
36. Piotrowicz R, Stolarz K: Zmienność rytmu serca w nadciśnieniu tętniczym. Część II: Zmienność rytmu serca i jej profil dobowy u pacjentów z nadciśnieniem tętniczym. Nadciśnienie Tętnicze 1999; 3(4): 257-264.
37. Łoboz-Grudzień K, Wojszwiłło A, Sławin J et al.: Zmienność rytmu zatokowego w nadciśnieniu tętniczym z różnymi typami przerostu i geometrii lewej komory serca. Folia Cardiol 1999; 6: 26-34.
38. Radaelli A, Bernardi L, Valle F et al.: Cardiovascular autonomic modulation in essential hypertension. Effect of tilting. Hypertension 1994; 24: 556-563.
39. Huikuri HK, Ylitalo A, Pikkujämsä SM et al.: Heart rate variability in systemic hypertension. Am J Cardiol 1996; 77: 1073-1077.
40. Wheeler T, Watkins PJ: Cardiac denervation in diabetes. BMJ 1973; 4: 584-586.
41. Ewing DJ, Campbell IW, Burt AA, Clarke BF: Vascular reflexes in diabetic autonomic neuropathy. Lancet 1973; 2: 1354-1356.
42. Liao D, Cai J, Branciati F et al.: Association of vagal tone with serum insulin, glucose and diabetes mellitus. The ARIC Study. Diabetes Res Clin Pract 1995; 30: 211-221.
43. Kempler P, Váradi A, Szalay F, Tamás G: Autonomic neuropathy and corrected QT interval prolongation: there is a relationship. Diabetes Care 1994; 17: 454-456.
44. Khandoker AH, Jelinek HF, Palaniswami M: Identifying diabetic patients with cardiac autonomic neuropathy by heart rate complexity analysis. Biomed Eng Online 2009; 8: 3.
45. Furgała A, Górecka-Mazur A, Fiszer U et al.: Ocena zmienności rytmu serca i ciśnienia tętniczego u osób z chorobą Parkinsona po obustronnej głębokiej stymulacji jądra niskowzgórzowego. Przegląd Lekarski 2015; 72: 5.
46. Kłopocka M, Budzyński J, Bujak R et al.: Dobowa zmienność rytmu zatokowego serca jako wskaźnik aktywności autonomicznego układu nerwowego u mężczyzn z zespołem zależności alkoholowej w okresie abstynencji. Alkoholizm i Narkomania 2000; 13(4): 491-501.
47. Piotrowicz R, Stolarz K: Zmienność rytmu serca w nadciśnieniu tętniczym. Część V. Znaczenie prognostyczne zmienności rytmu serca. Nadciśnienie Tętnicze 2003; 8(1): 55-59.
48. Piotrowicz R, Stolarz K: Zmienność rytmu serca w nadciśnieniu tętniczym. Część IV. Wpływ leczenia hipotensyjnego na zmienność rytmu serca w nadciśnieniu tętniczym. Nadciśnienie Tętnicze 2003; 7(1): 51-57.
49. Vesalainen RK, Kantola IM, Airaksinen KEJ et al.: Vagal cardiac activity in essential hypertension: the effects of metoprolol and Ramipril. Am J Hypertens 1998; 11: 649-658.
50. Guzzetti S, Piccaluga E, Casati R et al.: Sympathetic predominance in essential hypertension: a study employing spectral analysis of heart rate variability. J Hypertens 1988; 6: 711-717.
51. Dantas EM, Pimentel EB, Andreão RV et al.: Carvedilol recovers normal blood pressure variability in rats with myocardial infarction. Auton Neurosci 2013; 2: 231-236.
52. Zhang Y, de Peuter OR, Kamphuisen PW, Karemaker JM: Search for HRV-parameters that detect a sympathetic shift in heart failure patients on β-blocker treatment. Front Physiol 2013; 4: 81.
