Jak měřit variabilitu srdeční frekvence?

Heart Vision (EKG) vs. Hodinky (PPG)

Zájem o měření variability srdečního rytmu (HRV) jako neinvazivního hodnocení autonomního nervového systému v průběhu let vzrostl. Existuje mnoho dostupných možností k analýze HRV, ale jaké jsou výhody a nevýhody těchto různých režimů měření? Je jedno přesnější než druhé? Koneckonců, pokud jde o měření HRV, přesnost údajů má zásadní význam, protože tyto informace používáme k pochopení a zlepšení svého fyzického a duševního zdraví. Níže probereme klady a zápory dvou nejběžnějších režimů měření HRV a to EKG a PPG.

Jak se měří HRV?

HRV, definováno jako časový interval mezi dvěma po sobě jdoucími údery srdce měřený v milisekundách, se nejčastěji měří buď pomocí techniky elektrokardiografie (EKG) nebo  fotopletysmografie (PPG). Každou z těchto metod popisuji níže.

Elektrokardiografické přístroje (např. Heart Vision)

Technika EKG jež se považuje za zlatý standart co se týče měření srdečního rytmu, využívá k měření HRV signál elektrického napětí vytvářený srdeční aktivitou. Naše nervové a mozkové buňky navzájem komunikují, přičemž používají elektrické a chemické signály, které také řídí náš srdeční tlukot. Tato elektrická vlna procházející naším tělem může být měřena na povrchu pokožky za pomoci elektrod a gelu, který pomáhá vést informace o elektrických signálech. Povšimněte si však, že za účelem provádění těchto měření není do těla vysílána žádná elektřina. Přístroje EKG měří spíše změny v napětí na různých oblastech kůže a zaznamenávají je do grafu. Tím je elektrokardiograf doslova vizuálním znázorněním elektrických signálů, jejichž zdrojem je naše srdce.

Přístroj Heart Vision

Náš přístroj Heart Vision je navíc komplexním terapeutickým systémem k měření funkčního stavu organismu, který má přesnost měření na úrovni milisekund a zároveň inteligentní filtrační systém různých artefaktů při fyzickém pohybu, nebo emočních a srdečních arytmií. Toto je velmi důležité k věrohodnosti a přesnosti naměřených dat. Dále přístroj představuje i mnoho dalších informací na základě analýzy HRV. V jeho softwaru nalezneme nejenom klasické, akademické indexy HRV čítající časové, frekvenční, geometrické i nelineární parametry, ale i další ukazatele funkčního stavu těla z pohledu tradiční čínské medicíny, Ájurvédy, dále tréninkové programy (řízené dýchaní, zvukové nahrávky pro harmonizaci atd.). Přístroj Heart Vision je určený především pro specialisty celostní medicíny (terapeuty, léčitele, maséry, cvičitelé jógy atd.), ale i pro celostní lékaře, sportovní trenéry, výživové poradce, fyzioterapeuty, kouče atd. Zároveň je přístroj vhodný i k domácímu použití pro dlouhodobý monitoring zdraví, biofeedback a práci s vlastním tělem a dechem.

Fotopletysmografické přístroje (např. hodinky, prsten, klip na prst či ucho)

Na rozdíl od EKG technika PPG využívá světla a senzorů pro měření změn v objemu protékající krve v našem kardiovaskulárním systému, a to zejména v žilách a kapilárách pod povrchem kůže. Pro měření srdečního rytmu technikou PPG je na naši kůži nepřetržitě svíceno LED světlo, přičemž jeho část se odrazí a rozptýlí zpět do zařízení s polovodičem, jemuž se říká fotodioda, která proměňuje světlo na elektrický proud. Jak naše srdce bije a vysílá puls naskrz celým naším kardiovaskulárním systémem, množství světla, které dosáhne fotodiodu se vzhledem ke změnám tlaku mění. Technika fotopletysmografie sleduje tyto změny světla a čas mezi jednotlivými pulsy, aby tím přesně určovala náš srdeční tep.

Jaké jsou výhody měření založených na EKG versus PPG?

Technika EKG se považuje za zlatý standart, co se týče měření HRV. Na rozdíl od PPG, které je nepřímou metodou, zaznamenává EKG elektrickou aktivitu srdce u jeho zdroje, a to na úrovni milisekund, což ho dělá spolehlivější a přesnější. Technika EKG umožňuje přesné měření srdečního rytmu na základě jednoho úderu srdce k druhému, takže je možné získat smysluplná HRV data pomocí krátce trvajících měření. Hlavním omezením je, že odečítání dat pomocí EKG musí být prováděno blízko srdce, což neumožňuje různorodou škálu nositelných zařízeních jiných než je klapka nebo řemínek umístněný na zápěstí. Na rozdíl od toho technika PPG může teoreticky odečítat hodnoty kdekoliv na těle (např. zápěstí, prst, ušní lalůček, atd.), čímž umožňuje větší flexibilitu ve smyslu typů nositelných zařízení. Vzhledem k tomu, že lidé jsou více zvyklí na myšlenku nošení zařízení podobného hodinkám (např. FitBit, Apple Watch), mohl by to být pro některé faktor představující zkratku při rozhodování se pro takovéto zařízení.

Omezení měření založených na PPG

Omezení techniky PPG jsou nicméně značná. PPG je vhodný pro měření HRV u zdravých jedinců, kteří jsou ve stavu klidu, ale rychle ztrácí přesnost, když dojde k zapojení fyzické aktivity - francouzští vědci zkoumali tyto rozdíly mezi oběma metodami průzkumu v případě zvýšené aktivace sympatiku spojené s fyzickou aktivitou. Vedle toho je technika PPG více náchylná ke ztrátě dat. To se děje proto, že senzory PPG si vyžadují relativně dlouhý čas pro nastavování, a to vzhledem k vyrušení efektů okolního světla, přizpůsobení se různým stavům a odstínům pokožky a vypořádání se s pohyblivými předměty. Kromě toho existují dva typy LED diod používaných pro optické senzory: červená a zelená. Optické senzory, které vyzařují zelené světlo, mohou mít za následek ještě méně přesná data, zejména na tmavší pokožce, protože melanin (barevný pigment pokožky) a hemoglobin (červené krevní barvivo) je vynikajícím absorbentem zeleného světla. PPG je navíc možné použít pouze na částech těla, které mají vysokou koncentraci cév, čím je docela náročné získat spolehlivý PPG signál od určitých částí těla, jako je například zápěstí. Například tato studie zjistila, že pomocí Apple Watch nebylo možné detekovat kolem 10% úderů srdce, a to jak v relaxovaném tak stresovém stavu. To by nebylo až tak problematické, pokud by se jednalo o jednotlivé izolované údery srdce. Tyto chyby se však měly tendenci vyskytovat u úderů jdoucích po sobě, což mělo za následek významné mezery v datech. Vzhledem k těmto omezením může používání techniky PPG k měření HRV vyústit ke ztrátě důležitých informací, které by mohly jinak pomoci jednotlivcům zlepšit jejich mentální a fyzické zdraví.

Centrum Oberonic

M.V.

Další zdroje:

Evaluation of Coherence Between ECG and PPG Derived Parameters on Heart Rate Variability and Respiration in Healthy Volunteers With/Without Controlled Breathing

The use of photoplethysmography for assessing hypertension

ECG vs PPG for Heart Rate Monitoring: Which is Best?

Jak funguje HRV