Medicina
Heart Rate Variability
Essendo una sorgente elettrica, il cuore invia correnti elettriche a tutti i distretti corporei: dal cuore scaturisce il maggiore campo elettromagnetico del nostro corpo.
Il campo elettrico misurato da un elettrocardiogramma (ECG) è superiore di circa 60 volte in ampiezza rispetto ad un elettroencefalogramma (EEG).
In virtù della sua funzione di generatore di pattern di informazione ritmica e costituendo un sistema di comunicazione con il cervello ed i principali organi, il cuore esercita un’importante influenza sul cervello e dunque sull’intero organismo.
Per molto tempo i ricercatori hanno concentrato i loro studi su una comunicazione tra cervello e cuore a senso unico, soffermandosi sulle risposte del cuore ai segnali del cervello.
E’ oggi noto che la comunicazione tra cervello e cuore è dinamica, costante e a doppio senso, dal momento che ognuno di questi due organi influenza continuamente la funzione dell’altro.
Il cuore comunica con il cervello attraverso quattro modalità: comunicazione biofisica (impulsi), comunicazione neurologica (sistema nervoso), comunicazione biochimica (ormoni) ed infine una comunicazione energetica (campi elettromagnetici).
Il cervello invia inoltre segnali al cuore attraverso le due branche del Sistema Nervoso Autonomo: il Sistema Nervoso Simpatico ed il Sistema Nervoso Parasimpatico.
L’immagine sottostante mostra l’influenza del Sistema Nervoso simpatico e Parasimpatico sul nodo senoatriale (SN) del cuore, modulando pertanto la frequenza cardiaca.
Fonte: T. Pishbin, S. M. P. Firoozabadi, N. Jafarnia Dabanloo, F. Mohammadi, S. Koozehgari. Effect of Physical Contact (Hand-Holding) on Heart Rate Variability. World Academy of Science, Engineering and technology 70 2010.Come mostrato dall’immagine, il Sistema Nervoso riceve diversi segnali circa lo stato ed il controllo dell’intero corpo. Il Sistema Nervoso Centrale (CNS) costituisce il centro di controllo che raccoglie continuamente le informazioni afferenti sintetizzando uscite appropriate per il cuore, attraverso i sottosistemi Simpatico e Parasimpatico. I segnali di uscita derivanti dall’azione del Sistema Simpatico comportano un incremento della frequenza cardiaca in risposta a determinate situazioni (ad esempio stati di paura, stress, allarme) e tendono ad essere caratterizzati da una bassa frequenza (LF). Il Sistema Nervoso Simpatico determina inoltre la dilatazione dei bronchi, la vasocostrizione, la dilatazione delle pupille, l’aumento della pressione arteriosa e della sudorazione, attraverso l’azione di diversi mediatori chimici quali l’adrenalina. Di contro, il Sistema Parasimpatico (definito anche Attività Vagale), che lavora per limitare o reprimere gli effetti del Sistema Simpatico, tende a generare segnali caratterizzati da alta frequenza (HF) riducendo la scarica delle cellule del nodo senoatriale e dunque la frequenza cardiaca. Attraverso il mediatore chimico acetilcolina, il Sistema Nervoso Parasimpatico determina rilassamento muscolare, il rallentamento della respirazione e la dilatazione dei vasi periferici, determinando la naturale risposta dell’organismo ad una condizione di riposo, calma e tranquillità. In generale il Sistema Parasimpatico tende a produrre uno stato di rilassamento mentre il Sistema Simpatico produce uno stato di attività ed eccitazione.I Sistemi Simpatico e Parasimpatico si attivano dunque quando l’organismo necessita di adattarsi a diversi stati psicofisici in risposta all’ambiente circostante o, più in generale, al fatto che l’organismo è un sistema dinamico aperto in continua comunicazione con l’ambiente esterno e con gli altri organismi. Il Sistema Nervoso riceve inoltre informazioni afferenti provenienti dai barocettori ed altri recettori localizzati sul cuore e sull’arco aortico che rilevano rispettivamente la pressione ed i cambiamenti chimici all’interno del cuore. Quando il cuore batte le sue pareti subiscono un rigonfiamento, rilevato e segnalato dai barocettori, i cui segnali aumentano in presenza di un incremento della frequenza cardiaca. La frequenza cardiaca varia dunque in base ai segnali di controllo dei Sistemi Simpatico e Parasimpatico del Sistema Nervoso Autonomo. Si ricorda che il nodo senoatriale costituisce un pacemaker naturale che dà inizio all’insieme dei battiti cardiaci con una frequenza che è correlata ai segnali del Sistema Nervoso Autonomo in modo non lineare. Il nostro organismo si trova dunque, ad ogni istante, in una condizione di equilibrio o di predominanza dell’attività dei due Sistemi Nervosi. La variazione della frequenza cardiaca costituisce pertanto un indice del livello di bilanciamento tra l’attività del Sistema Nervoso Simpatico e quella del Sistema Nervoso Parasimpatico.La Heart Rate Variability (HRV) è una tecnica adibita alla misurazione della variabilità della frequenza cardiaca, in seguito a stati emotivi e fattori di stress psico-fisici che, come si è visto, determinano l’azione dei Sistemi Simpatico e Parasimpatico. La HRV rappresenta la quantità di fluttuazioni intorno al valor medio (70 battiti/minuto) del ritmo cardiaco. La HRV costituisce quindi uno specchio dell’attività del sistema cardio-respiratorio nonché dell’attività del Sistema Nervoso Autonomo (Simpatico+Parasimpatico). La HRV può essere misurata, in ambito cardiologico, attraverso l’utilizzo di un Elettrocardiografo oppure di un Sensore Fotopletismografico che, applicato su un dito, ne rileva le variazioni pressorie dei capillari e dunque la variazione del battito cardiaco. I dati ottenuti vengono analizzati da un software che calcola la distanza temporale tra un battito cardiaco e l’altro, espressa in millisecondi e definita “Tempo R-R”.A questo punto è possibile costruire un diagramma che ha sull’asse x il numero dei battiti cardiaci e sull’asse y il Tempo R-R. Tale diagramma è detto Tacogramma, che offre una misura delle quantità di variazioni del ritmo cardiaco riflettendo le interazioni cuore-cervello nonché la dinamica del Sistema Nervoso Autonomo.
Per rendere più completo lo studio, è possibile eseguire un’analisi nel dominio della frequenza (attraverso operazioni di Resampling e la Trasformata di Fourier), ovvero un’analisi spettrale che mostri le componenti in frequenza del tacogramma e dunque le informazioni fondamentali circa il bilanciamento fra i Sistemi Simpatico e Parasimpatico.L’analisi nel dominio della frequenza si basa dunque sull’identificazione e quantificazione (in termini di frequenza e potenza) dei fondamentali ritmi oscillatori fisiologici che compongono una sequenza di intervalli R-R.
Le ricerche degli ultimi 20 anni hanno permesso l’individuazione di tre sottobande di frequenza:
- VLF (Very Low Frequency): frequenze comprese tra 0.01 e 0.04 Hz. Questa banda è riconducibile in minima parte al Sistema Nervoso Simpatico.
- LF (Low Frequency): frequenze comprese tra 0.04 e 0.15 Hz. Questa banda, come spiegato in precedenza, costituisce uno specchio dell’attività del Sistema Nervoso Simpatico riflettendo principalmente la modulazione simpatica e una componente vagale in dipendenza dell’attività di controllo dei barocettori.
- HF (High Frequency): frequenze comprese tra 0.15 e 0.4 Hz. Questa banda, come spiegato in precedenza, costituisce uno specchio dell’attività del Sistema Nervoso Parasimpatico riflettendo principalmente la modulazione vagale del ritmo sinusale associata al ritmo respiratorio.
E’ inoltre importante il computo della Deviazione Standard e della Varianza del tacogramma, parametri che esprimono il grado complessivo di variabilità del ritmo cardiaco e dunque l’attività totale dei Sistemi Simpatico e Parasimpatico. Il rapporto tra i due sistemi (al fine di valutare quale di essi è predominante), viene misurato attraverso il rapporto LF/HF.
Applicazioni dell’Heart Rate Variability
Sebbene l’Heart Rate Variability sia una misura nata nell’ambito della Cardiologia, le applicazioni e gli studi clinici presenti in letteratura si estendono a campi di applicazione quali la Psicologia, la Psichiatria, la cura dell’ansia, della depressione, dello stress, dell’asma e del diabete.
Heart Rate Variability ed implicazioni cliniche
Esiste ormai una consistente evidenza che l’HRV sia di fondamentale importanza nella sorveglianza di pazienti post-infartuati e diabetici, per i quali l’HRV fornisce informazioni preziose sull’equilibrio dell’attività simpatica-parasimpatica e dunque su potenziali rischi di morte cardiaca improvvisa. Uno studio di Kleiger et al. ha dimostrato che una riduzione della Devizione Standard degli intervalli R-R e della funzione ventricolare sinistra sono collegate ad un aumento della mortalità. Tale risultato è stato confermato dallo studio ATRAMI (Autonomic Tone and Reflexes After Myocardial Infarction), che ha coinvolto circa 1300 pazienti di età inferiore agli 80 anni ai quali era possibile applicare una prova da sforzo. Da questo studio si evince che lo squilibrio simpatico-parasimpatico, indicato da una riduzione dell’HRV e quindi della Deviazione Standard del tacogramma, costituisce un predittore significativo di mortalità cardiaca improvvisa.
Il potere predittivo della riduzione della funzione ventricolare sinistra associata alla riduzione della Deviazione Standard degli intervalli R-R nell’individuazione del rischio di morte cardiaca improvvisa è stato ufficialmente riconosciuto dall’European Society of Cardiology, la quale ha attribuito all’equilibrio simpatico-parasimpatico una rilevanza di Classe I, Livello di evidenza A.
Ulteriori importanti osservazioni sono state dedotte dall’analisi spettrale dell’HRV. In un insieme di pazienti affetti da scompenso cardiaco cronico moderato-severo è stato notato che una ridotta potenza della componente spettrale LF costituisce un significativo predittore di morte improvvisa, indipendentemente da valori clinici, elettrocardiografici, emodinamici ed ematochimici.
Heart Rate Variability e contatto fisico
A sostegno di quanto esposto in precedenza, le ultime ricerche nel campo della Neurofisiologia hanno individuato un percorso neurale ed un meccanismo attraverso i quali un segnale di input inviato dal cuore al cervello è in grado di inibire o stimolare l’attività elettrica del cervello stesso (misurabile attraverso l’EEG).
Queste ricerche hanno inoltre mostrato che durante il contatto fisico tra due persone il segnale elettrocardiografico di una di esse può essere registrato nel segnale elettroencefalografico dell’altra. I grafici sottostanti mostrano le forme d’onda dei segnali ECG ed EEG prima e dopo il contatto fisico (avvenuto attraverso una stretta di mano).
Fonte: T. Pishbin, S. M. P. Firoozabadi, N. Jafarnia Dabanloo, F. Mohammadi, S. Koozehgari. Effect of Physical Contact (Hand-Holding) on Heart Rate Variability. World Academy of Science, Engineering and technology 70 2010.
Il cuore rappresenta una sorgente elettrica nel nostro corpo. L’attività elettrica del cuore genera una corrente elettrica nel corpo, essendo esso un volume conduttore; il contatto fisico tra due persone (e dunque tra due volumi conduttori) permette a questa corrente di fluire da un corpo all’altro e viceversa. Considerando dunque il trasferimento del segnale durante il contatto fisico e la comunicazione tra cuore e cervello, è stato possibile studiare se l’HRV subisce una variazione durante il contatto fisico.
Da questi studi si evince che il contatto fisico (in particolare una stretta di mano) determina l’incremento dell’attività Parasimpatica, indicata da un aumento della deviazione Standard e della potenza della componente spettrale HF associate ad una riduzione dell'attività Simpatica e dunque della potenza della componente spettrale LF e del rapporto LF/HF.
Heart Rate Variability e ambiente
L’organismo umano costituisce un sistema dinamico aperto in costante equilibrio con l’ambiente circostante le cui condizioni variano continuamente. Le variabili dell’ambiente esterno agiscono sul Sistema Simpatico e Parasimpatico la cui risposta è finalizzata al mantenimento di un equilibrio dinamico.
Indipendentemente dal nostro stato psicofisico, è infatti vero che esistono determinate zone che tendono a stimolare il nostro Sistema Nervoso Simpatico facendoci sentire attivi e pieni di energia, e determinate zone che al contrario ci fanno sentire più rilassati e meno attivi (grazie alla stimolazione del Sistema Nervoso Parasimpatico).
In particolare, gli studi geobiologici hanno permesso di catalogare i terreni in tre categorie:
- Terreni che stimolano l’attività simpatica, composti principalmente da rocce ad elevato contenuto di quarzo (un esempio è dato dalla regione del Chianti, in Toscana) oppure in prossimità di faglie di tipo compressivo.
- Terreni che stimolano l’attività parasimpatica, composti principalmente da rocce di tipo argilloso (un esempio è dato dal territorio di Firenze-Prato-Pistoia) oppure in prossimità di faglie di tipo distensivo.
- Terreni che favoriscono l’equilibrio simpatico-parasimpatico, composti principalmente da sabbie e conglomerati caratterizzati da una composizione bilanciata di materiali rocciosi.
Heart Rate Variability e meditazione
Molti segni e sintomi di una condizione di stress sono associati ad una predominante attività del Sistema Nervoso Simpatico rispetto a quella del Sistema Nervoso Parasimpatico che, come si è visto, tende a produrre uno stato di rilassamento.
Le diverse pratiche di meditazione, durante le quali si esercita una respirazione lenta e ritmica associata alla ripetizione di parole o frasi pronunciate durante l’espirazione, sono finalizzate alla riduzione dello stress e della pressione sanguigna e dunque alla stimolazione del Sistema Nervoso Parasimpatico affinché diventi predominante e determini un incremento di HRV.
Alcuni studi scientifici hanno dimostrato come lo yoga e la meditazione trascendentale determinino un miglioramento dell’HRV attraverso la stimolazione del Sistema Nervoso Parasimpatico.
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