Base physiologique de la (VRC / HRV)


Le système nerveux autonome (SNA) joue un rôle important, non seulement dans des situations physiologiques, mais aussi dans divers contextes pathologiques, tels que la neuropathie diabétique, l'infarctus du myocarde (MI) et l'insuffisance cardiaque congestive (CHF). Le déséquilibre autonome associant une augmentation de l'activité sympathique et une diminution du tonus vagal a été fortement impliqué dans la physiopathologie de arythmogénèse et la mort cardiaque subite.

Parmi les différentes techniques non invasives disponibles pour l'évaluation de la variabilité du statut autonome de la fréquence cardiaque la (HRV) est devenue connue comme une méthode simple et non invasive pour évaluer l'équilibre sympathovagale au niveau sino-auriculaire. Elle a été utilisée dans une variété de situations cliniques, y compris la neuropathie diabétique, MI, la mort subite et CHF.

Les mesures standard qui interviennent dans l'analyse de la HRV comprennent les indices dans le domaine temporel, les méthodes géométriques et les composants du domaine fréquenciel. L'utilisation des enregistrements de longue ou à court terme dépend du type d'étude qui doit être réalisé.

Une base de données cliniques établie basée sur de nombreuses études publiées au cours de la dernière décennie envisage une HRV diminuée globale comme un facteur prédictif fort de mortalité de toutes causes cardiaques et / ou arythmique augmenté, en particulier chez les patients à risque après infarctus du myocarde ou de CHF.

Cet article examine le mécanisme, les paramètres et l'utilisation de la HRV comme un marqueur reflétant l'activité des composants sympathiques et vagales du SNA sur le nœud sinusal, et comme un outil clinique pour le dépistage et l'identification des patients particulièrement à risque de mortalité cardiaque.

Au cours des deux dernières décennies de nombreuses études avec des animaux et des êtres humains ont montré une relation significative entre la SNA et la mortalité cardio-vasculaire, en particulier chez les patients avec IDM et CHF. Perturbations de la SNA et son déséquilibre qui consiste en une activité sympathique accrue ou en une activité vagal réduite peut entraîner des tachyarythmies ventriculaires et la mort cardiaque subite, qui est aujourd'hui l'une des causes principales de la mortalité cardio-vasculaire. Il ya actuellement différentes méthodes disponibles pour évaluer l'état du SNA, qui comprennent des tests de réflexes cardio-vasculaires, et des tests biochimiques et scintigraphiques. Des techniques donnant un accès direct à des récepteurs au niveau cellulaire ou à la circulation de neurones ne sont pas systématiquement disponibles. Ces dernières années, les techniques non invasives basées sur l'électrocardiogramme (ECG) ont été utilisées comme des marqueurs de la modulation autonome du cœur, ceux-ci comprennent HRV, la sensibilité du baroréflexe (BRS), l'intervalle QT, et la turbulence de la fréquence cardiaque (HRT), une nouvelle méthode basée sur les fluctuations de longueur du sinus cycle de rythme après une contraction ventriculaire prématurée unique. Parmi ces techniques d'analyse la HRV s'est imposée comme une méthode simple et non invasive pour évaluer l'équilibre sympatho-vagal au niveau sino-auriculaire.

Le système nerveux autonome et le cœur

Bien que l'automaticité est intrinsèque à différents tissus cardiaques avec des propriétés de stimulateur cardiaque, l'activité électrique et contractile du myocarde est en grande partie modulée par le SNA. Cette régulation neuronale est réalisée grâce à l'interaction des sorties sympathiques et vagales. Dans la plupart des conditions physiologiques, les branches efférentes sympathiques et parasympathiques ont des actions opposées: le système sympathique améliore l'automaticité, tandis que le système parasympathique l'inhibe. L'effet de la stimulation vagale sur les cellules stimulateur cardiaque est de provoquer une hyperpolarisation et à réduire le taux de dépolarisation, la stimulation sympathique provoque des effets chronotropes en augmentant le taux de dépolarisation stimulateur cardiaque. Les deux branches de SNA influencent l'activité du canal ionique impliqué dans la régulation de la dépolarisation des cellules stimulateur cardiaque.

Des anomalies du SNA ont été démontrées dans des conditions diverses telles que la neuropathie diabétique et la maladie coronarienne, en particulier dans le contexte de la MI. Un dérèglement dans le contrôle nerveux autonome du système cardio-vasculaire associé a une augmentation sympathique et a une réduction parasympathique du tonus joue un rôle important dans la maladie coronarienne et dans la genèse des arythmies ventriculaires potentiellement mortelles. L’occurrence d'une ischémie et / ou une nécrose myocardique peut induire une déformation mécanique des fibres afférentes et efférentes du SNA en raison de changements dans la géométrie liée à des segments nécrotiques et non contractantes du cœur. Un phénomène nouvellement reconnu est le remodelage électrique due à la croissance du nerf locale et la dégénérescence au niveau de la cellule du myocarde chez l’établissement de l'ischémie et / ou la nécrose du myocarde. Pris dans leur ensemble, chez les patients atteints de maladie coronarienne et des antécédents d'IM, fonction cardiaque autonome associant une augmentation du tonus sympathique et une diminution du tonus vagal sont des conditions favorables au phénomène complexe d’arythmies mortelles, car elles modulent l’automaticité cardiaque, la conduction et surtout les variables hémodynamiques.

Definition et mechanisms de la variabilité du rythme cardiaque

La variabilité de la fréquence cardiaque est un marqueur non invasif électrocardiographique reflétant l'activité des composants sympathiques et vagales du SNA sur le nœud sinusal du cœur. Elle exprime la quantité totale des variations des HR et RR intervalles instantanés (intervalles entre les complexes QRS de dépolarisations normales de sinus). Ainsi, la HRV analyse la fonction de base tonique nerveux autonome. Dans un cœur normal avec un SNA entiers, il y aura un continu de variations physiologiques des cycles sinus reflétant un état d'équilibre sympthovagal et une HRV normale. Dans un cœur endommagé qui a souffre d'une nécrose myocardique, les changements de l'activité dans les fibres afférentes et efférentes de la SNA et à la régulation locale de neurones va contribuer a un déséquilibre sympathovagal, reflété par une diminution de la HRV.

Mesures de la variabilité du rythme cardiaque

L’Analyse de la HRV consiste d'une série de mesures de variations successives d'intervalle RR d'origine sinus, qui fournissent des informations sur le tonus autonome. Différents facteurs physiologiques peuvent influencer la HRV telles que le sexe, l'âge, le rythme circadien, la respiration et la position du corps. Les mesures de HRV sont non-invasives et hautement reproductibles. La plupart des fabricants d'appareils Holter aujourd'hui recommandent des programmes d'analyse HRV qui sont incorporées dans leurs systèmes d'instruments. Bien que l'analyse par ordinateur des enregistrements s'est améliorée, l'intervention humaine est nécessaire dans la plupart des mesures de paramètres de la HRV afin de détecter les battements erronées, les artefacts, les modifications dans la vitesse de la bande qui peuvent altérer des intervalles de temps.

En 1996, un Groupe de travail de la Société européenne de Cardiologie (ESC) et la Société Nord-Américaine de Stimulation et d'électrophysiologie (NASPE) ont défini et établi des normes de mesure, l'interprétation physiologique et l'utilisation clinique de la HRV. Les Indices de domaine temporel, des mesures géométriques et des indices dans le domaine fréquentiel constituent aujourd'hui les paramètres standards utilisés en clinique.

Analyse du domaine temporel


L’analyse du domaine temporel mesure les changements de la fréquence cardiaque au fil du temps ou les intervalles entre les cycles normaux successifs cardiaques. Dans un enregistrement ECG continu, chaque complexe QRS est détecté et les intervalles normaux RR (intervalles NN), en raison de dépolarisations des sinus, ou la fréquence cardiaque instantanée, sont alors déterminés. Les variables du domaine temporel calculées peuvent être simple, comme l'intervalle RR moyen, la fréquence cardiaque moyenne, la différence entre l'intervalle RR le plus long le plus court et ou la différence de fréquence cardiaque de jour ou de nuit, et plus complexe, fondée sur des mesures statistiques. Ces indices statistiques dans le domaine temporel sont divisées en deux catégories, y compris les battement par battement intervalles ou des variables dérivées directement à partir des intervalles eux-mêmes ou le RH instantanée et les intervalles provenant des différences entre les intervalles NN adjacentes. Le tableau ci-dessous résume les paramètres les plus fréquemment utilisés du domaine temporel. Les [aramètres de la première catégorie sont SDNN, SDANN et SD et ceux de la deuxième catégorie sont RMSSD et pNN50.

La SDNN est un indice global de la HRV et reflète toutes les composantes à long terme et les rythmes circadiens responsables de la variabilité dans la période d'enregistrement. La SDANN est un indice de la variabilité de la moyenne de 5 minutes. Ainsi, elle fournit des informations à long terme. Il s'agit d'un indice sensible de fréquences basses, comme l'activité physique, les changements de position, le rythme circadien. La SD est généralement considérée comme reflétant les changements jour / nuit de la HRV. LaRMSSD et la pNN50 sont les paramètres les plus communs fondés sur des différences d'intervalle. Ces mesures correspondent à des changements de la HRV à court terme et ne dépendent pas de jour / nuit variations. Elles reflètent les altérations du tonus autonome qui sont principalement médiées de façon vagale. Par rapport à pNN50, la RMSSD semble être plus stable et devrait être préférée pour une utilisation clinique.

Variable

Unités  

Description

SDNN

ms

écart-type de tous les intervalles NN

SDANN

ms

écart-type des moyennes des intervalles NN dans tous les segments de 5 minutes de la totalité de l'enregistrement

SD (or SDSD)  

ms

écart-type des différences entre les intervalles NN adjacentes

RMSSD

ms

racine carrée de la moyenne de la somme des carrés des différences entre NN intervalle adjacent

pnn50

%

pour cent de la différence entre des intervalles adjacents NN qui sont supérieures à 50 ms



Méthodes Géométriques

Les méthodes géométriques sont dérivées et construites à partir de la conversion des séquences d'intervalles de NN. Il existe des formes différentes géométriques pour l'évaluation de la HRV: l'histogramme, l’indice triangulaire HRV et sa modification, l'interpolation triangulaire histogramme d'intervalle NN, et la méthode basée sur les parcelles de Lorentz ou de Poincaré. L'histogramme évalue la relation entre le nombre total d'intervalles RR détectés et la variation des intervalles RR. L'indice triangulaire HRV estime le pic principal de l'histogramme comme un triangle avec sa largeur de référence correspondant à la quantité de la variabilité des intervalles RR, sa hauteur correspondant à la durée la plus fréquemment observée d'intervalles RR, et sa zone correspondant au nombre total de tous intervalles RR utilisés pour le construire. L'indice triangulaire HRV est une estimation de la HRV totale.

Les méthodes géométriques sont moins affectées par la qualité des données enregistrées et peuvent fournir une alternative a des paramètres statistiques plus faciles à obtenir. Toutefois, la durée de l'enregistrement devrait être d'au moins 20 minutes, ce qui signifie que à court terme les enregistrements ne peuvent pas être évalués par des méthodes géométriques.

De toutes les variétés du domaine temporel et des méthodes géométriques disponibles, le Groupe de travail de l'ESC et l'NASPE ont recommandé l'utilisation de quatre mesures pour l'évaluation de la HRV: SDNN, SDANN, RMSSD et l'indice triangulaire de HRV.

Analyse du domaine fréquentiel


L’analyse du domaine fréquentiel (densité spectrale de puissance) décrit les oscillations périodiques de la fréquence cardiaque décomposée à des fréquences et des amplitudes différentes, et fournit des informations sur la quantité de leur intensité relative (la variance ou de la puissance ) en rythme sinusal du cœur. Schématiquement, l'analyse spectrale peut être comparée aux résultats obtenus quand la lumière blanche passe à travers un prisme, résultant en lumières différentes de différentes couleurs et longueur d'onde. L'analyse spectrale de puissance peut être effectuée de deux façons: 1) par une méthode non paramétrique, la transformation de Fourier rapide (FFT), qui se caractérise par des pics discrets pour plusieurs composantes de fréquence, et 2) par une méthode paramétrique, l'estimation du modèle autorégressif, résultant en un spectre continu d’activité. Alors que la FFT est une méthode simple et rapide, la méthode paramétrique est plus complexe et exige une vérification de l'adéquation du modèle choisi.

Lors de l'utilisation de la FFT les intervalles RR individuels stockés dans l'ordinateur sont transformés en bandes avec différentes fréquences spectrales. Ce processus est similaire à la décomposition du son d'un orchestre symphonique dans les notes sous-jacentes. Les résultats obtenus peuvent être transformés en Hertz (Hz) en divisant par la longueur de l'intervalle RR moyen.

Le spectre de puissance est constitué de bandes de fréquences de 0 à 0,5 Hz et peuvent être classées en quatre bandes de: la bande de fréquence ultra-basse (ULF), la bande de fréquences très basse (VLF), la bande de fréquence basse (LF) et la bande de fréquence élevée (HF).

Variable

Unités

Description

Gamme de fréquences

Puissance Total

ms2

vvariance de tous les intervalles NN

<0.4 Hz

ULF

ms2

ultra basse fréquence

<0.003 Hz

VLF

ms2

très basse fréquence

<0.003-0.04 Hz

LF

ms2

puissance à basse fréquence

0.04-0.15 Hz

HF

ms2

puissance à haute fréquence

0.15-0.4 Hz

LF/HF

ratio

rapport de la puissance à fréquence basse / haute





Les enregistrements spectraux à court terme (de 5 à 10 minutes) sont caractérisés par les composants VLF, HF et LF, tandis que les enregistrements à long terme comprennent une composante ULF en plus des trois autres. Le tableau ci-dessus montre les paramètres les plus utilisés dans le domaine fréquentiel. Les composantes spectrales sont évaluées en termes de fréquence (Hz) et de l'amplitude qui est évaluée par la zone (ou la densité spectrale de puissance) de chaque composante. Ainsi, les unités carrés sont utilisées pour les valeurs absolues exprimées dans carré ms (MS2). Des logarithmes naturels (ln) de valeurs de puissance peuvent être utilisés en raison de l'asymétrie des distributions. Les puissances LF et HF peuvent être exprimées en valeurs absolues (MS2) ou en valeurs normalisées (nu). La normalisation de BF et HF est effectuée en soustrayant la composante VLF de la puissance totale. Elle tend à réduire, d'une part, les effets du bruit en raison d'artefacts et, d'autre part, afin de minimiser les effets des changements de la puissance totale sur les composantes LF et HF. Il est utile pour évaluer les effets des interventions différentes dans le même sujet (inclinaison graduée) ou lorsque qu’on compare les sujets ayant de grandes différences dans la puissance totale. Des unités normalisées sont obtenues comme suit:

LF ou HF norme (nu) = (LF ou HF (ms2)) * 100 / (puissance totale (MS2) - VLF (ms2))

La puissance totale de la variabilité de l'intervalle RR est la variance totale et correspond à la somme des quatre bandes spectrales, LF, HF, ULF et VLF. La composante HF est généralement défini comme un marqueur de la modulation vagale. Cette composante est la respiration et donc déterminée par la fréquence de la respiration. La composante LF est modulée par les deux systèmes nerveux sympathique et parasympathique. En ce sens, son interprétation est plus controversée. Certains scientifiques considèrent que la puissance LF, en particulier lorsqu'elle est exprimée en unités normalisées, comme une mesure de modulations sympathiques, d'autres l'interprètent comme une combinaison de l'activité sympathique et parasympathique. Le consensus est qu'elle reflète un mélange des deux entrées autonomes. En termes pratiques, une augmentation de la composante LF (stress mental et / ou physique, agents sympathomimétiques, pharmacologiques) est généralement considérée comme une conséquence de l'activité sympathique. Inversement, les b-bloquants ont entraîné une réduction de la puissance LF. Cependant, dans certaines conditions liées à la surexcitation sympathique, par exemple chez les patients à un stade avancé CHF, la composante LF est radicalement diminué, reflétant ainsi la diminution de la réactivité du nœud sinusal à des entrées de neurones.

Le rapport LF / HF reflète l’équilibre global sympathico-vagale et peut être utilisé comme une mesure de cet équilibre. Avec un adulte normal dans des conditions de repos, le rapport est généralement compris entre 1 et 2.

Les ULF et VLF sont des composantes spectrales avec des oscillations très faibles. La composante ULF pourrait refléter les rythmes circadiens et neuroendocriniens et les rythmes VLF composants à longue période. La composante VLF est un déterminant majeur de l'activité physique et a été proposé comme un marqueur de l'activité sympathique.

Corrélations entre les indices de domaine temporel et fréquentiel et les valeurs de référence normales.

Il y a des corrélations établies entre le domaine temporel et les paramètres du domaine des fréquences: pNN50 et RMSSD en corrélation avec eux-mêmes et avec la puissance HF (r = 0,96), et les indices SDNN SDANN en corrélation significative avec la puissance totale et la composante ULF. Les valeurs de référence normales et les valeurs chez les patients avec une MI pour des mesures standard de la variabilité du rythme cardiaque.

Limites des mesures standard de la HRV

La HRV s’occupe des variations d'intervalle RR et pour cette raison sa mesure est limitée aux patients en rythme sinusal et à ceux avec un faible nombre de battements ectopiques. En ce sens, environ 20 à 30% des patients post-IM à risque élevé sont exclus de toute analyse HRV en raison de l'ectopie fréquente ou des épisodes d'arythmie auriculaire, la fibrillation auriculaire en particulier. La dernière peut être observée dans près de 15 à 30% des patients atteints d'insuffisance cardiaque, dont l'exclusion de ces patients de toute analyse HRV.

Méthodes non linéaires (analyse fractale) de mesure HRV


Les méthodes non linéaires sont basées sur la théorie du chaos et de la géométrie fractale. Le chaos a été défini comme l'étude des multi variables, les systèmes non linéaires et non périodiques.Le chaos décrit les systèmes naturels d'une manière différente, car il peut rendre compte du caractère aléatoire de la nature. Peut-être la théorie du chaos peut aider à une meilleure compréhension de la dynamique des ressources humaines, en tenant compte du fait que le battement du cœur en bonne santé est légèrement irrégulier et chaotique dans une certaine mesure. Dans un proche avenir des méthodes non linéaires fractales peuvent donner de nouveaux aperçus sur la dynamique des ressources humaines dans le contexte des changements physiologiques et dans des situations à haut risque, en particulier chez les patients après infarctus du myocarde ou dans le contexte de la mort subite.

Des données récentes suggèrent que l'analyse fractale par rapport à des mesures de HRV standards semble déceler des tendances anormales des fluctuations RR plus efficacement.