La frequenza cardiaca rappresenta il numero di battiti che il cuore compie in un minuto. Tuttavia, la sequenza di questi battiti non è regolare, mostrando una naturale variabilità tra un battito e l'altro. Questo intervallo di tempo variabile è noto come “variabilità della frequenza cardiaca” (o "Heart Rate Variability"). Tra i diversi ambiti di studio, lo sport riveste un ruolo di particolare rilievo, poiché l'analisi della variabilità della frequenza cardiaca consente di valutare sia i carichi di lavoro che le fasi di recupero, elementi fondamentali per ottimizzare l'allenamento.
La fisiologia della frequenza cardiaca.
Per comprendere la tecnica di analisi della variabilità cardiaca è bene partire da alcune nozioni di base sul segnale Elettrocardiografico (ECG), ossia la registrazione nel tempo dell'attività elettrica del cuore che si compone di onde rappresentative di ogni singola fase del ciclo cardiaco. (Fig 1)
- Onda P: depolarizzazione atriale e contrazione degli atri;
- QRS: trasmissione dell’impulso ai ventricoli
- Onda T: ripolarizzazione dei ventricoli
Il picco R rappresenta la sistole, percepita come il battito principale del cuore, che si rileva anche nel polso. La Frequenza Cardiaca (Heart Rate) corrisponde al numero di battiti cardiaci al minuto (bpm) ed è calcolata sulla base della sequenza degli intervalli R-R (2). Tuttavia, questa misura rappresenta soltanto una media, poiché il cuore non batte in modo costante come un metronomo. Esistono infatti variazioni tra gli intervalli R-R, che costituiscono l’espressione della variabilità cardiaca (Fig. 2).
Differenze in ms degli intervalli R-R
A cosa serve misurare l'HRV?
Le variazioni negli intervalli R-R (noti anche come N-N) sono influenzate da diversi fattori regolati dal sistema nervoso autonomo, che opera attraverso le sue due branche principali: il sistema nervoso Simpatico e il sistema nervoso Parasimpatico (vagale). Questa dinamica rende la variabilità della frequenza cardiaca un indicatore prezioso per valutare il livello di adattabilità psico-fisica di un individuo.
Il sistema nervoso Simpatico è responsabile di risposte fisiologiche come l'accelerazione del battito cardiaco, l'aumento della pressione arteriosa, la sudorazione e altre reazioni associate. Questi meccanismi si attivano in situazioni di allarme, come durante condizioni di stress o attività fisica intensa, preparando l'organismo ad affrontare la sfida (1).
Al contrario, il sistema nervoso Parasimpatico favorisce il rallentamento del ritmo cardiaco, la riduzione della pressione arteriosa, il rilassamento muscolare e la dilatazione dei vasi sanguigni. Questo si traduce in effetti visibili sull’atleta, come un respiro più profondo e rilassato. Il Parasimpatico entra in azione in condizioni di calma, riposo e assenza di stress, oltre che durante periodi di allenamento adeguato, supportando il recupero e il benessere generale.
Una valutazione che permette di monitorare il livello di stress/allenamento
Ogni individuo, compreso l’atleta, si trova costantemente in uno stato di equilibrio o predominanza tra i due sistemi nervosi. La capacità dell’organismo di spostare questo equilibrio verso l’uno o l’altro sistema è al centro dello studio della variabilità della frequenza cardiaca. Questo equilibrio dinamico, sia dal punto di vista fisiologico che psicologico, rappresenta un aspetto fondamentale da considerare nel processo di allenamento (1). Il bilancio simpatico-vagale diventa un indicatore chiave, un vero e proprio decision maker, perché permette di valutare il livello di recupero dell’atleta successivo agli allenamenti precedenti. In base ai risultati della variabilità cardiaca, è possibile adattare il programma di allenamento quotidiano, aumentando o riducendo il carico esterno, o persino sospendendo la sessione in caso di evidente e prolungato affaticamento (1).
Metodiche di valutazione dell'HRV
La variabilità della frequenza cardiaca può essere valutata utilizzando due diverse chiavi di lettura: la prima è nel dominio del tempo, calcolando un indice mediante operazioni statistiche sull’intervallo R-R; la seconda invece nel dominio delle frequenze, come analisi della densità spettrale di potenza (PSD). Entrambe le misure si ottengono a partire da registrazioni del segnale ECG della durata di circa 5 minuti.
Analisi nel dominio del tempo
La serie degli intervalli R-R dall’ECG costituisce quello che viene comunemente definito "tacogramma" (Fig.3). Da una sua analisi statistica è possibile ottenere degli indici che esprimono il grado di variabilità del battito cardiaco.
Figura 3 - Tacogramma
Valori dell’HRV mediante l’analisi nel dominio del tempo:
- SDNN (deviazione standard degli intervalli N-N): rappresenta una stima complessiva della HRV ed indica il grado di efficienza del sistema nervoso autonomo nel suo complesso. Esprime la flessibilità del sistema nervoso autonomo.
- RMSSD (radice quadrata della media delle differenze al quadrato tra intervalli N-N): è una stima delle componenti a breve termine della HRV (3). Riflette maggiormente il tono parasimpatico in quanto quest’ultimo è responsabile delle variazioni in tempi brevi della frequenza cardiaca. Esprime la resistenza del nostro sistema nervoso in risposta agli stimoli che riceve.
- PNN50: esprime in % il numero di intervalli R-R adiacenti che differiscono per più di 50 ms. Essendo un indice delle variazioni rapide della Fc e quindi è una misura prevalentemente parasimpatica. (esprime anch’esso la resistenza del sistema).
Analisi nel dominio delle frequenze
L’analisi della densità della potenza spettrale (PSD) permette di ottenere le informazioni di come la potenza (variazione) si distribuisce in funzione della frequenza. Le componenti spettrali con registrazioni di durata compresa tra 2 e 5 minuti possono essere suddivise in tre principali componenti:
- ULF (ultra low frequency) si trovano al di sotto di 0,0033 Hz. Riflette oscillazioni circadiane, temperatura corporea interna, metabolismo e sistema renina-angiotensina. Può essere valutato solo con registrazioni di 24 ore;
- VLF (very low frequency): nell’intervallo di frequenza tra 0,01 e 0,04 Hz. Sono correlate ai vari meccanismi lenti del sistema nervoso Simpatico, dei cambiamenti nella termoregolazione e, in ambito psicologico, dalle preoccupazioni e dai pensieri ossessivi. Per le difficoltà di interpretazione fisiologica la componente VLF non viene presa in considerazione nell’analisi della PSD per registrazioni ECG inferiori ai 5 minuti (3).
- LF (low Frequency): nell’intervallo di frequenza compresa tra 0,04 e 0,15 Hz. La banda delle LF viene considerata principalmente correlata all’attività del sistema nervoso simpatico ed alla regolazione dei barocettori.
- HF (high frequency): nell’intervallo di frequenze comprese tra 0,15 e 0,4 Hz. Esse vengono considerate come espressione dell’attività del sistema nervoso parasimpatico. Queste frequenze sono da considerarsi sensibili al ritmo e profondità della respirazione, che ne possono alterare i risultati. (Per valutazioni effettuate con una frequenza respiratoria inferiore ai 9 rpm il tono parasimpatico si esprime nel range delle LF).
Figura 4 - L'analisi spettrale di potenza dell'HRV
Il rapporto tra basse e alte frequenze (LF/HF) rappresenta un parametro cruciale per valutare l'equilibrio tra il sistema nervoso simpatico e quello parasimpatico. Un valore elevato del rapporto LF/HF indica una predominanza del sistema simpatico, associata a stati di stress, mentre un valore inferiore a 1 riflette una maggiore attività vagale, legata a fasi di recupero. Tuttavia, l'interpretazione di questo parametro richiede attenzione, poiché alcune condizioni fisiologiche possono influenzare le due componenti, rischiando di alterare l'accuratezza dell'analisi.
Metodo non lineare - Grafico di Poincarè
Le metodiche di valutazioni precedentemente descritte sono definite "lineari". Ad esse può essere aggiunto un altro metodo di valutazione che è quello del Grafico di Poincarè o metodo non lineare.
Il grafico è formato da punti indicanti gli intervalli R-R consecutivi in millisecondi. I punti sul grafico vengono segnati partendo dal primo valore sull’asse delle Y, il successivo su quello delle X e così via fino ad ottenere un grafico a dispersione di punti. Il grafico rappresenta ogni intervallo R-R in funzione di quello precedente, così che ogni punto corrisponda ad una coppia di intervalli R-R consecutivi (Fig.5). Si ottiene in questo modo una nuvola di punti la cui semplice osservazione già fornisce indicazioni circa il livello di variabilità cardiaca.
Figura 5 - Grafico di Poincarè
Da un punto di vista quantitativo la nuvola di punti ottenuta viene caratterizzata da due parametri: SD1 e SD2, che si ritengono essere indicativi rispettivamente della variabilità cardiaca a breve e lungo termine.
- SD1 = deviazione standard calcolata sull’asse verticale della diffusione; è indicativa di rapidi cambiamenti della frequenza cardiaca tra un battito e l’altro (riflette l’attività Parasimpatica)
- SD2 = deviazione standard calcolata sull’asse orizzontale della diffusione; è indicativa di fluttuazioni ritmiche della frequenza cardiaca nel tempo (p.e. cicli respiratori e riflette l’attività Simpatica)
- S = è l’area dell’ellisse per cui SD1 x SD2 x pigreco
In generale, una maggiore dispersione dei punti (area ellisse maggiore) è associata ad un corretto equilibrio del sistema nervoso autonomo, mentre una minore dispersione è associata ad uno squilibrio con predominanza dell'attività simpatica.
Conclusioni
La variabilità della frequenza cardiaca rappresenta quindi un valido sistema per monitorare lo stato di equilibrio psico-fisico dell'organismo in risposta ad eventi mediati dal sistema nervoso autonomo. Essendo anche l'attività sportiva un elemento in grado di influenzare tale equilibrio, l'applicazione dei metodi di programmazione ed allenamento basati su HRV si stanno sviluppando sempre più negli ultimi anni.
Bibliografia
- (1) Frequenza e Variabilità Cardiaca nello Sport: quando, come e perchè usarle?. S&C Anno V - Numero 18 / Ottobre-Dicembre 2016. Migliaccio G.M. – Omeri M. – Cosso M. – Padulo J.
- (2) Heart Rate variability, tecnica di analisi ed ambiti applicativi – Bio-t Tecnologie per la vita
- (3) METODI DI STUDIO DELLA VARIABILITA’ DELLA FREQUENZA CARDIACA- Marcello Traina, Angelo Cataldo, Diego Bellavia, Daniele Zangla, Giuseppe Russo - ISSN: 1974-4331 VOL III, FASC. 1, SEZ. 2, 2010
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