SYKEVARIAATIOTUTKIMUS MENETELMÄNÄ JA KÄYTÄNNÖN TYÖKALUNA. Erikoislääkäri, Dosentti, LT Arja Uusitalo, HUS Kuvantaminen, HY

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "SYKEVARIAATIOTUTKIMUS MENETELMÄNÄ JA KÄYTÄNNÖN TYÖKALUNA. Erikoislääkäri, Dosentti, LT Arja Uusitalo, HUS Kuvantaminen, HY"

Amanda Ketonen
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 SYKEVARIAATIOTUTKIMUS MENETELMÄNÄ JA KÄYTÄNNÖN TYÖKALUNA Erikoislääkäri, Dosentti, LT Arja Uusitalo, HUS Kuvantaminen, HY

2 Sisältö Mitä on syke(väli)vaihtelu (HRV)? Analyysimenetelmiä Ominaisuuksia Diagnostinen työkalu?, Osviittaa antava apukeino?, Ennusteellinen markkeri?

3 HRV Kh4,työ1:klo 13:10-21: Sy kev älidata 600 Tarkkailu Huono data :35:42 22:45:42 22:55:42 23:05:42 23:15:42 23:25:42 23:35:42 1) Korkeataajuinen sykevaihtelu yli 9/minute 2) Matalataajuinen sykevaihtelu 2.4-9/minute Kellonaika mittauksen alusta HH:MM:SS klo 13:10-21: Sy ke :35:42 18:45:42 18:55:42 19:05:42 19:15:42 19:25:42 19:35:42 19:45:42 19:55:42 20:05:42 20:15:42 20:25:42 20:35:42 20:45:42 20:55:42 21:05:42 21:15:42 21:25:42 21:35:42 21:45:42 21:55:42 22:05:42 22:15:42 22:25:42 22:35:42 22:45:42 22:55:42 23:05:42 23:15:42 23:25:42 23:35:42 23:45:42 23:55:42 00:05:42 00:15:42 00:25:42 00:35:42 00:45:42 00:55:42 01:05:42 01:15:42 01:25:42 01:35:42 01:45:42 01:55:42 02:05:42 02:15:42 02:25:42 Kellonaika mittauksen alusta HH:MM:SS

4-9/minute Kellonaika mittauksen alusta HH:MM:SS klo 13:10-21:05 140 Sy ke 130 120 110 100 90 80 70 60 50 18:35:42 18:45:42 18:55:42 19:05:42 19:15:42 19:25:42 19:35:42 19:45:42 19:55:42 20:05:42

4 R-R välien muutos - interventiot

5 Uupunut naisurheilija Makuulla, säädelty hengitys (0.20 Hz) 5 min At the normal well-trained situation, HR 48 bpm, SD of RRI 82 ms In overtraining condition, HR 47 bpm, SD of RRI 12 ms Uusitalo 2000, Suomen Lääkärilehti

48 bpm, SD of RRI 82 ms In overtraining condition, HR

6 Mistä sykevaihtelu saa alkunsa? Hengityksen säätelemä sykevaihtelu parasympattinen säätely = korkeataajuinen vaihtelu HF n. 0.2 Hz ( Hz) Sentraalisesti säädelty inspiratorinen vagaalisten neuronien inhibitio (ja sympaattisten neuronien exitaatio) Hengitys perifeeriset hemodynaamiset refleksit ja rintakehän venytysrespetorit Taajuus, syvyys, tilavuus

7 Hengityksen vaikutus

8 Hengityksen vaikutus - hypobaric hypoxia Controls Yoga trainees Bernardi et al. (J Hypertens 19: , 2001) n=10 yoga trained, 9 controls, middle-aged

9 Mistä sykevaihtelu saa alkunsa? Valtimopaine ja perifeerinen verisuonten vastus vaihtelevat ja sitä säätelee sympaattinen hermojärjestelmä - barorefleksi loop = matalataajuinen vaihtelu (LF) n. 0.1 Hz ( Hz) Lämmön säätely, reniini-angiotensiini-aldosteroni-järjestelmä (RAAS) = VLF alle 0.04 Hz

säätelee sympaattinen hermojärjestelmä - barorefleksi loop =

10 Barorefleksi kaari Timmers H J L M et al. J Physiol 2003;553: by The Physiological Society

11 Sykevaihtelu 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1, seconds seconds Uusitalo et al ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0, seconds seconds Atropinization 0,01 mg/kg -blockade (propranolol)

1998 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 21 41 61 81 102 124 146 168 191 213 237 260 284 307

12 Stolarz et al. Host and enviromental determinants of heart rate and heart rate variability in four European populations. J Hypertens 21: , N=1208 Vahvimmin määrittävät tekijät ovat ikä, sukupuoli, kehon asento, hengitystaajuus, verenpaine

13 Analyysitapoja 1) Aikasarjan muuttujat mm. keskihajonta, RMSSD, SDSD, pnn50 + toistattavimpia - tavallisimpia RMSSD(x)= (1/(n-1) (x(i)-x(i+1)) 2 ), 1:n-1 = perättäisten N-N välien erotuksen toisen potenssin summan neliöjuuri, pnn50 on sellaisten välien osuus prosentteina, jotka ovat suurempia kuin 50 ms R P Q T R-R interval, ms S

(1/(n-1) (x(i)-x(i+1)) 2 ), 1:n-1 = perättäisten N-N välien erotuksen toisen

14 2) Taajuusanalyysi: HF (>0.15 Hz), LF ( Hz), VLF (< 0.04 Hz, ULF) -vähemmän toistettava, -herkkä ulkoisille ja sisäisille häiriöille +pyrkii määrittämään vaihtelun alkuperää Huom! Käytetään ns. normalisoituja yksiköitä myös: kuvaavat suhdetta, ei absoluuttista määrää!!! 30 HR (bpm) Power [ms²/hz] V L F Power ms² L F Power ms² 5000 POWER SPECTRAL ANALYSIS Supine period Standing t (s) H F Power 1349 ms² Orthostatic Heart Rate Test Supine period Standing period Power [ms²/hz] V L F power ms² L F power 406 ms² 5000 H F power Freq [Hz] 79 ms² Freq [Hz]

!! 30 HR (bpm) Power [ms²/hz] 25000 V L F Power 20000 2529 ms² 15000 L F Power 10000 557 ms² 5000 POWER SPECTRAL ANALYSIS Supine period Standing 0 100 200 300 400 500 t (s) H F Power 1349 ms² 0.

15 Eri spektrianalyysimenetelmät AR (eri malleja numeroitu 14 18) Fast Fourier Transform Coarse graining spectral analysis (Yamamoto and Hughson 1991, J Appl Physiol)

16 FFT normaali päivä

17 3) Epälineaariset metodit esim. SD1, SD2, ApEN, SampEN, DFA HR turbulenssi - vähiten tutkituja + eivät niin herkkiä ulkoisille häiriöille + erilainen informaatio mallintaa syke(väli)vaihtelua ja antaa laadullista infoa

18 Short-time Fourier Transform: Frekvenssianalyysi ajan funktiona R-R interval, ms R standing up T P Q S Low Frequency Power (0,04 0,15 Hz) LFP ln(ms 2 ) High Frequency Power (0,15 1,0 Hz) HFP ln(ms 2 ) Mahdollistaa jatkuvan frekvenssianalyysin muuttuvissa olosuhteissa

0,15 Hz) LFP ln(ms 2 ) High Frequency Power (0,15 1,0 Hz) HFP

19 STFT - kaksi esimerkkiä DANIEL W. GRIFFIN AND JAE S. LIM Signal Estimation from Modified Short-Time Fourier Transform. IEEE TRANSACTIONS ON ACOUSTICS, SPEECH, AND SIGNAL PROCESSING, VOL. ASSP-32, NO. 2, APRIL 1984

20 Käytäntöön? Erilaiset tutkimuspaketit muutamia/useita markkereita Lepo/interventio/vertailut Neuroverkkoihin perustuvat päätelmät/ohjelmat

21 Mittaustapoja -Lyhyen ajan (laboratorio) mittaukset -Lepo, interventiot, hengitystaajuus? - Pitkän ajan seurannat (24 h - Holter tutkimus)

22 Ominaisuuksia Toistettavuus Validisuus Sensitiivisyys/Spesifisyys /negatiivinen ja positiivinen ennustearvo

23 The intrasubject [n = 122, 2-16 (mean 10) times in 6 months] reproducibility in the ULTRA study, the coefficient of variation (%) Whole recording (40 min) Rest (5 min) Paced breathing (5 min) Standing (5 min) Exercise (5 min) Recovery (5 min) lnmeannn lnsdnn lnr-mssd lntotal power lnlf lnhf ln(lf/hf-%) Tarkiainen et al. Proceedings of 27the Progress Report Meeting of the Finnish Cardiac Society, Oulu, Finland 2001

24 The interobserver (n = 6) reproducibility in the ULTRA study,the coefficient of variation (%) Whole Rest Paced Standing Exercise Recovery recording breathing (40 min) (5 min) (5 min) (5 min) (5 min) (5 min) lnmeannn lnsdnn lnr-mssd lntotal power lnlf lnhf ln(lf/hf-%) Tarkiainen et al. Proceedings of 27the Progress Report Meeting of the Finnish Cardiac Society, Oulu, Finland 2001

25 Toistettavuus edelleen Töyry et al (intrasubject): n = 4, 4 consecutive days, sedentary healthy people Power spectral analysis and RMSSD CV% % Uusitalo 1998 (intrasubject): n = 5, 5 consecutive days, athletes HR at supine and in orthostatic test CV% 4-8 %, SD of RRI CV% %, power spectral analysis CV% % Reproducibility of 24 hour recordings has been shown to be better than short-term recordings

26 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Validisuus? 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, seconds seconds SD1 during atropine seconds seconds * * * n=10 rmssd ** ** * ** * Atropine (µg/kg) Tulppo et al. Am J Physiol 1996 SD1 (ms)

27 Sykevaihtelua työkaluna? Epidemiologiset tutkimukset - OK Fysiologisten ja patofysiologisten ilmiöiden tutkiminen - OK Kliininen käyttö? ei vielä käytännössä ole -Diagnostiset testit? Autonominen neuropatia OK -Prediktiivinen markkeri? (Esim. kuolemanriski? Artymiariski?) - Seurannat: hoitovasteet? Vaikuttavuus?

28 Toistomittaukset-huomioitavia asioita Table 4. Factors have to take into consideration/have to be controlled when monitoring intraindividual training effects by measuring physiological markers Standardized Conditions Time of the day (56) Time of the year Testing environment; humidity, temperature, lightness Use of caffeine, alcohol, tobacco etc. substances Nutrition and previous meal Medication Actual health Menstrual cycle Training history (57) Training volume and intensity during previous days (58) Time interval to previous exercise Quality and quantity of sleep (59) Stress level (psychological, social, economical) Methodological Posture Identical collection, transportation, storage and analyze protocol Others Changes in blood volume (60) Changes in weight Uusitalo 2000, The physician and sportsmedicine

29 Unen eri vaiheet Villa et al. (Chest 117: , 2000) Friedman ANOVA p< infants 7 children

30 Yhteenvetoa 1 Hyvä fysiologinen markkeri vahvuuksineen ja heikkouksineen sydämen autonomisen säätelyn mittaamiseen Hallittu käyttö erilaisessa seurannassa mahdollista empiiristä ja keskitasoisesti tutkimuksellista näyttöä yhteydestä erilaisiin ilmiöihin kuten ylikuormittumiseen ja työstressiin tulkinta krittisesti osaaviin käsiin toisaalta mitä ja miten? Vaikuttavuudesta ei tietoa! Lisää tutkimusta! Erittäin potentiaalinen ikkuna kuvaamaan ihmisen terveyttä ja stressitasoa (kts. Thayer ym. Neuroscience and Behavioral Reviews 36; 2012.)

31 Yhteenvetoa 2 Tarvitaan uusia lähestymistapoja ja lisää tutkimusta Diagnostisena ja ennusteellisena testinä vaatii lisätutkimuksia mm. validiteetti, vaikuttavuus Autonominen neuropatia OK muiden testien ohessa kts. Esim. Karayannis ym, Expert Rev Cardiovasc Ther, 10; Review. Ennuste kts. Sanderock & Brodie Pace 9; 2006 ja nyt Huikuri & Stein Frontiers in Physiology 3; 2012

32 Task Force 1996 Eur Heart J 17; 1996, Circulation 93; Heart rate variability. Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology. Tarvittaisiin uusittu laitos

Samankaltaiset tiedostot

Arja Uusitalo, Erikoislääkäri, LT HUSLAB, Helsingin liikuntalääketieteen keskus

Arja Uusitalo, Erikoislääkäri, LT HUSLAB, Helsingin liikuntalääketieteen keskus Miksi seurantaa? Yleistä palautumisesta Seurantamenetelmät -HRV Yhteenvetoa Urheilu: huippu-, kilpa-, kuntourheilu Työntekijät