Alt starter med tiden mellom etterfølgende hjerteslag, RR-intervallene, målt i millisekunder. Fra en serie RR-intervaller kan HRV beregnes på to hovedmåter.
Tidsdomene
Tidsdomene er statistiske beregninger av intervallene:
| Mål | Hva det er | Hva det sier mest om |
|---|---|---|
| RMSSD (ms) | Hvor mye hvert intervall skiller seg fra det forrige | Bremsen (parasympatikus). Mest brukt i klokker og apper |
| ln RMSSD | Den naturlige logaritmen av RMSSD | Samme som RMSSD, men enklere å følge over tid |
| SDNN (ms) | Standardavviket for alle intervallene | Total variasjon. Brukes mest på døgnopptak |
| pNN50 (%) | Andelen intervaller som skiller seg mer enn 50 ms fra det forrige | Bremsen (parasympatikus) |
Frekvensdomene
Frekvensanalyse, eller spektralanalyse, brukes innen mange fagfelt: økonomi, fysikk, meteorologi og medisin. Den bygger på ligningene til den franske matematikeren Joseph Fourier.
Spektralanalysen deler variasjonen i RR-intervallene opp etter hvor raskt den svinger. Graden av variasjon innenfor et frekvensområde kalles power og måles i ms²:
- Høyfrekvent (HF, 0,15–0,40 Hz): svingninger som varer 2,5–7 sekunder, omtrent i takt med pusten. Bare parasympatikus, altså bremsen, er rask nok til å endre pulsen så raskt. HF gjenspeiler derfor den parasympatiske aktiviteten.
- Lavfrekvent (LF, 0,04–0,15 Hz): svingninger som varer 7–25 sekunder. Både parasympatikus og sympatikus kan endre pulsen innenfor så lange perioder.
- Total power (0,0033–0,40 Hz) er den samlede variasjonen. De aller langsomste svingningene (VLF og ULF, under 0,04 Hz) utgjør omtrent 95 prosent av total power, men vi vet ikke hva de fysiologisk står for.
Joseph Fourier (1768–1830) var fransk matematiker og ekspert på egyptologi. I 1798 ble han med Napoleon på ekspedisjonen til Egypt, og fram til 1801 drev han omfattende forskning på egyptiske oldsaker. Som takk gjorde Napoleon ham til baron i 1809. I 1822 publiserte han «Théorie analytique de la chaleur», om hvordan varme ledes. Ligningene derfra, Fourier-rekkene, er siden tatt i bruk i fysikk, økonomi og etter hvert medisin.
Forholdet LF/HF
Fordi LF-båndet påvirkes av både parasympatikus og sympatikus, er forholdet LF/HF ikke et rent mål på balansen mellom de to, selv om det ofte oppfattes slik. Bruker man bare relative mål, som LF/HF og normaliserte enheter, kan viktig informasjon gå tapt.
Et eksempel: De parasympatiske målene faller i to helt forskjellige situasjoner. Blokkeres vagusnerven med atropin, faller de fordi bremsen er borte. Men de faller også hvis vagusnerven stimuleres hele tiden, for eksempel når blodtrykket drives opp med medisiner. Da blir pulsen lav, men uten svingninger. I begge tilfellene ville LF/HF endret seg i samme retning, selv om den parasympatiske aktiviteten er økt i det ene tilfellet og redusert i det andre. Absolutte verdier bør derfor alltid vises sammen med de relative.
Puster du sakte, under ni pust i minuttet, havner også pustesvingningene i LF-båndet.
For korte målinger hjemme, som en morgenmåling på noen minutter, er HF, RMSSD eller ln RMSSD de mest pålitelige målene.
Baroreflekssensitivitet
HRV måler den jevne (toniske) styringen av pulsen. Baroreflekssensitiviteten (BRS) måler hvor raskt og kraftig pulsen svarer når blodtrykket endrer seg. BRS er endringen i RR-intervall per endring i det systoliske blodtrykket. En BRS på 10 ms/mmHg betyr at når blodtrykket stiger med 1 mmHg, blir tiden mellom hjerteslagene 10 millisekunder lengre.
Hos unge, friske er BRS omtrent 15–20 ms/mmHg. Den avtar med alderen og er lavere ved høyt blodtrykk. Lav BRS etter hjerteinfarkt er en sterk og selvstendig markør for økt risiko for alvorlige rytmeforstyrrelser og plutselig død. Dette ble vist i en artikkel skrevet av Maria Teresa La Rovere og medarbeidere i Lancet i 1998. BRS krever at blodtrykket måles fra slag til slag, og kan derfor ikke beregnes med pulsbelte eller klokke alene.
EKG eller optiske sensorer?
HRV, spesielt målene på raske svingninger, er avhengig av presise registreringer. To ulike teknikker brukes:
- EKG måler elektriske signaler fra hjertet. Hver eneste sammentrekning av hjertekamrene følges av en elektrisk puls (QRS-komplekset). Toppen av dette er et skarpt signal som kalles R-takk. Dette gjør at tiden mellom etterfølgende hjerteslag (RR-intervallet) kan bestemmes med en feilmargin på bare noen få millisekunder. Pulsbelter som Polar H10 og Movesense måler EKG fra brystet på denne måten.
- Fotopletysmografi (PPG), optisk måling, bruker lys som sendes gjennom huden, reflekteres av de røde blodlegemene og fanges opp igjen av sensorer for å beregne hjertefrekvensen. Dette er de grønne lysene på undersiden av smartklokker og smartringer. Pulsbølgen er slak og avrundet, og kommer litt etter hjerteslaget. Derfor blir målingene mindre presise.
| EKG-belte | Optisk (klokke, ring) | |
|---|---|---|
| Signal | Elektrisk, skarp R-takk | Pulsbølge i blodet |
| Presisjon slag til slag | Svært god | God i ro, dårligere ved bevegelse |
| Under trening | God | Ofte upresis |
| Ekstraslag | Kan gjenkjennes og fjernes | Vanskelige å skille fra støy |
| Komfort | Belte rundt brystet | Merkes knapt, kan brukes hele døgnet |
| Egnet til | Presise målinger, trening, morgenmåling | Trender over tid, søvn |
I doktorgradsarbeidet mitt rundt år 2000 målte vi pulsen både med EKG og med en optisk fingermåler (Finapres). Allerede da var det tydelig at EKG var best: R-takken gjør RR-intervallene mer presise, og det er lettere å finne og fjerne støy og ekstraslag. Målingene fra fingeren hadde større spredning.
En studie fra 2023 sammenlignet HRV målt med smartklokke (fotopletysmografi) med høyoppløselig EKG hos pasienter med hjerte- og karsykdom og friske kontrollpersoner. Samsvaret var godt for mål på total og lavfrekvent variasjon, men dårligere for mål på rask variasjon fra slag til slag, særlig hos de syke. Det er nettopp disse målene, som RMSSD og HF, som sier mest om parasympatisk aktivitet.
Kort sagt: optiske sensorer er gode nok til å følge trender i ro og under søvn. Skal målene være presise, eller tas under aktivitet, er EKG best.
Kilder
- Task Force 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: 1043–65.
- Sevre K. Autonomic cardiovascular regulation in healthy subjects and patients with cardiovascular disease. Doktoravhandling. Universitetet i Oslo, 2001.
- Sevre K, Rostrup M. Undersøkelser av hjertefrekvensvariabilitet og baroreflekssensitivitet. Tidsskr Nor Lægeforen 2001; 121: 3059–64.
- Billman GE. The LF/HF ratio does not accurately measure cardiac sympatho-vagal balance. Front Physiol 2013; 4: 26.
- La Rovere MT, Bigger JT Jr, Marcus FI, Mortara A, Schwartz PJ. Baroreflex sensitivity and heart-rate variability in prediction of total cardiac mortality after myocardial infarction. ATRAMI (Autonomic Tone and Reflexes After Myocardial Infarction) Investigators. Lancet 1998; 351: 478–84.
- Theurl F, Schreinlechner M, Sappler N, et al. Smartwatch-derived heart rate variability: a head-to-head comparison with the gold standard in cardiovascular disease. Eur Heart J Digit Health 2023; 4: 155–64.