HARTSLAGVARIABILITEIT

Een introductie in de theorie van de hartslagvariatie

Het hart is heel geschikt om de twee hoofdtakken van het Autonoom ZenuwStelsel (AZS) te meten

• hartfrequentie is zeer gevoelig voor stress• het is heel eenvoudig te meten• dus zeer bruikbaar voor stressanalyse

METEN VAN DE VARIABILITEIT VAN HET HART

• Het aantal hartslagen per minuut

• Hartslagkracht: Pre-EjectiePeriode (PEP) maat voor de snelheid van de contractiekracht van het hart; Left-Ventricular Ejection Time (LVET)

• De tijd tussen de hartslagen : InterBeatIntervallen (IBI)

De hartfrequentie (en daarmee de IBI) vertoont voortdurend schommelingen. Deze variatie in het hartritme wordt hartslagvariabiliteit

(hsv) genoemd.

HARTSLAGPATRONEN

• Coherentie(synchronisatie ofritmeharmonisatie)

• Amplitude

HARTSLAGVARIABILITEIT EN VITALITEIT

• Een grotere variatie in de hartslagvariabiliteit betekent een grotere vitaliteit. Vitaliteit en reactiviteit zijn belangrijk omdat deze in de evolutie gezien een grotere kans op overleven bood. B.v. het snel kunnen handelen in een levensbedreigende situatie.

Variatie in reguleringssystemenbasis voor vitaliteit en gezondheid

BEINVLOEDING VAN DE HARTSLAGVARIABILITEIT

- Leeftijd- Bewegen- Ziekten van het hart- Adempatroon- Emoties

* negatieve gedachten en stress

* positieve emoties

Vrijkotte et al (2000)• Hartslagvariabiliteit bleek in alle perioden kleiner te zijn in de groep

met hoge werkstress.

• De parasympatische activiteit reflecteert dus meer de chronische

werkstress dan de sympatische activiteit.

ADEMHALING

• Bij inademen neemt de HF toe

• Bij uitademen neemt de HF af

Respiratory Sinus Arrythmia RSA

• RSA : na de inademing is de hoogste hartfrequentie, na de uitademing de laagste en dit is een maat voor de parasympatische activiteit (doornen). Dit verschil is gemiddeld 6 slagen.

ADEMEN IN KWALITEIT• Mannen tijdens rustig werk: 10-12 / minuut• Vrouwen tijdens rustig werk: 11-13 / minuut• Ademfrequentie voor herstel in rust: 6 / minuut• Verhouding inademing-uitademing voor herstel in rust: 1 : 2• Geen pauze na de inademing; wel pauze na de uitademing • Kwaliteit: ‘Effortless Diaphragmatic Breathing’

Samenhang hartfrequentie en ademhaling en de mate van coherentie.

Invloed ademhaling op hartfrequentie van

patiënt met boezemfibrilleren.

De RSA wordt voornamelijk door de parasympaticus veroorzaakt, terwijl de contractiekracht en de snelheid

vooral door de sympaticus worden veroorzaakt.

DE ‘BRAKE’ FUNCTIE VAN DE PARASYMPATICUS

Frequentiespectrum van hartslagvariantie

04/23/23 Gevirtz 18

Hertz to Breaths per minute• Hz B/min• .5 30• .25 15• .2 12• .18 11• .16 10• .15 9• .13 8• .12 7• .10 6

• .08 5• .06 4• .05 3• .03 2• .02 1

• B/min/60=Hz• Hz x 60 = B/min

0

10

20

30

40

50

0 0,1 0,2 0,3 0,4

Frequency (Hertz)

PSD

(ms2

/Hz)

HF

0.15 - 0.4

LF

0.04 - 1.5

VLF

<0.04

Typical HRV Power SpectrumTypical HRV Power Spectrum

HF: high frequency (0.15-0.4 Hz) is een uiting van de parasympathische invloed op het hart. Het correspondeert met de Resp.sinus arit. (Porges 2007)LF: Low Frequency (0,04-0,15 Hz) weerspiegeld de activiteit van de baroreceptoren en de spontane activiteit weerspiegelt. Een combinatie van sympatische en parasympatische activiteit). VLF: Very Low Frequency (0,04-0,04 Hz). Niet duidelijk gedefinieerd. Men vermoed vooral dat dit gebied invloed heeft op de thermoregulatie. LF/HF ratio: grotere waarden geven een dominantie van de sympaticotonus aan; lagere waarden een parasympatische dominantie.

Coherentie gaat verder dan relaxatie

EMOTIES

• Emoties hebben een grote invloed op de werking van het hart

• Het hartritme beïnvloedt ons cognitief functioneren

• Negatieve emoties veroorzaken chaos in het hartritme, wat kan leiden tot verminderd functioneren van het brein.

QUICK COHERENCE (Heartmath)

1. Heartfocus (aandacht op de hartstreek)

2. Heart Focus Breathing (visueel ademen door de hartstreek)

3. Heart Feeling (oproepen van positieve emoties)

• Muziek• Aanrakingen• Mindfulness/meditatie/

visualisaties

HARTTRANSPLANTATIE

04/23/23 Gevirtz 25

Cardiac Parasympathetic Afferent System

• Vagal afferent pathways from the heart to the brain exceed brain to heart

• These can affect: – cortical function– EEG– Emotional memory system

04/23/23 Gevirtz 26

Heart as Endocrine “Gland”• Heart produces:

– Atrial peptides– Oxytocin– Dopamine– Epinephrine– Norepineprine

• Pulsing of impulses greatly affect communications in the Endocrine System

HARTSLAGVARIABILITEIT• 1 hz x 60 sec = 6 cycles / min .1 hz peak• Hrv bij 20 jarigen 5-10 verschil en bij 50 jarigen 3-5 verschil

• IBI wordt bij elke hartslag ge-extrapoleerd naar 1 minuut• De amplitude van de hrv is wel met de factor 2 te verbeteren. • HR max-HR min = b.v. 11.82 kies een drempel zo dat iemand ¾ van de tijd succes heeft. • Hoge snelle ademhaling > coherentie kan ook goed zijn omdat je de vagal tone stimuleert• 2 soorten van variabiliteit• A coherentie in golven met ademhaling (in fase)• B coherentie in magnitude• Ademhaling heeft geen 100 % invloed op hrv . onduidelijk hoeveel precies. • Dysfunctionele ademhaling: geen verwijding in onderste ribben en de bekkenbodem; toename van act. Van scalenus/trap. ; spanning in

de borst aan het eind van de uitademing; verminderde end-tidal CO2• Breathholding halverwege de uitademing is minder slecht dan aan het eind van de inademing; eerste is alleen symp. Tweede combi

symp/paras

HART EN ADEMHALING

Excessive SNS activity and diminished vagal tone are not only markers of an unhealthy

cardiovascular system, but can cause:

*–Increased cardiovascular workload–hemodynamic distress–endothelial dysfunction–coronary spasm–Left Ventricular (LV) hypertrophy–Serious dysrhythmias–(Metra et al., 2000)

* Increased vagal tone protects against the above(Iellamo et al., 2000)

THE EFFECTS OF HEART RATE VARIABILITY BIOFEEDBACK IN REDUCING BLOOD PRESSURE FOR THE TREATMENT OF ESSENTIAL HYPERTENSION

Anke Reineke, M.S., Richard Gevirtz, Ph.D., Lutz Mussgay, Ph. D. Alliant International University, San Diego

Introduction:

More than 65 million Americans currently have hypertension, which translates to one in four American adults who have elevated blood pressure (BP) levels. Higher BP levels increase one’s risk of developing cardiovascular disease, stroke, or renal insufficiency. Researchers have demonstrated that device-guided breathing with slower respiration patterns lowers BP in hypertensives (Schein et al., 2001). Attention has been given to baroreceptor reflex sensitivity (BRS) as a possible mechanism between slow breathing rates and BP changes, and studies with slower breathing rates have shown enhanced BRS (Bernardi, et al. 2002; Joseph et al.2005; Reyes del Paso, G. A., Hernandez, J. A., & Gonzalez, M. I. 2004).

Objectives

•The purpose of the study was to demonstrate if a course of heart rate variability (HRV) biofeedback will decrease mean arterial pressure (MAP) and increase resting BRS in patients with documented Stage-I hypertension.

• Further, we investigated if the HRV treatment group will maintain the reductions in MAP, and maintain the increases in BRS at three month follow-up.

Methods

Results

Conclusion

Graph

References

Graph

Antihypertensive Medication Changes by Group

02468

1012

Increase Same Decrease

Num

ber of Patient

s

TreatmentComparison

Fifty-five participants with Stage-I hypertension were recruited from the Psychosomatic Hospital St.-Franziska-Stift in Bad Kreuznach, Germany, and randomized to a treatment group, receiving 10 sessions of HRV biofeedback, or a comparison group, which received 10 sessions of electroencephalographic biofeedback. As dependent variable MAP and resting BRS were assessed at baseline, session 5, session 10, and three month follow-up (session 11). BRS was assessed with the Ohmeda 2300 Monitor, and the units were expressed as change in heart period (in ms) per mmHg change in systolic BP.

Baroreceptor Reflex Sensitivity for both Groups over Sessions

02468

1012

1 5 10 11Session

BRS

(ms/

mm

Hg) Treatment

Comparison

15 12 9 6 3 0 Week

100

90

80

70

60

Treatment

Comparison

Group

Mean Arterial Pressure for both Groups over Sessions

0

50

100

150

1 5 10 11Session

MA

P (m

m H

g)

TreatmentComparison

The results suggest that irrespective of group assignment, patients with hypertension reduced MAP levels after 10 sessions of a biofeedback based intervention, however, these changes were not maintained long-term. The treatment group may have shown additional benefits, since they had significantly greater reductions in antihypertensive medications (42%) while maintaining their BP levels. With further studies, using improved experimental design, HRV biofeedback could serve as an adjunct to the conventional medical care in the treatment of hypertension.

Contrary to the hypothesis, both groups significantly reduced MAP averaging 10.85 mm Hg (p < .05) at session 5, however, these changes were not maintained at follow-up. A survival analysis revealed that the treatment group had significantly greater reductions (p = .03) in antihypertensive medication (42%), while maintaining their BP levels, than the comparison group (11%). Additionally, the treatment group had significantly lower increases in antihypertensive medication (5%) than the comparison group (33%).

Results

There was a significant Group X Time interaction (p < .05) for BRS. At session 5, the treatment group showed higher resting BRS levels, whereas the comparison BRS levels stayed the same. However, these changes were not maintained at follow-up. Resting BRS was associated with MAP (r = .34).

Bernardi, L., Porta, C., Spicuzza, L., Bellwon, J., Spadacini, G., Frey, A. W., et al. (2002). Slow breathing increases arterial baroreflex sensitivity in patients with chronic heart failure. Circulation, 105(2), 143-145. Joseph, C. N., Porta, C., Casucci, G., Casiraghi, N., Maffeis, M., Rossi, M., et al. (2005). Slow breathing improves arterial baroreflex sensitivity and decreases blood pressure in essential hypertension. Hypertension, 46(4), 714-718. Reyes del Paso, G. A., Hernandez, J. A., & Gonzalez, M. I. (2004). Differential analysis in the time domain of the baroreceptor cardiac reflex sensitivity as a function of sequence length. Psychophysiology, 41(3), 483-488. Schein, M. H., Gavish, B., Herz, M., Rosner-Kahana, D., Naveh, P., Knishkowy, B., et al. (2001). Treating hypertension with a device that slows and regularises breathing: A randomised, double-blind controlled study. J Hum Hypertens, 15(4), 271-278.

04/23/23 Gevirtz 32

Resonance in Physiological SystemsResonance is a property of an oscillating system in

which perturbations at specific frequencies produce large increases in oscillation amplitudes.

A system has resonance properties if two processes (functions) of the system interplay against each other in a feedback relationship.

Resonce system

04/23/23 Gevirtz 33

Pendulum as a Resonance System

• The pendulum may oscillate because kinetic and potential energies of mass are linked with each other by feedback. The process of kinetic energy change elicits a process of potential energy change and vice versa.

Stimuli

04/23/23 Gevirtz 34

Resonance• We found that the human cardiovascular system has resonant

features. • Each person has a specific resonant frequency in the range

of .055 - .12 Hz. • Breathing at resonant frequency causes high amplitudes in both

heart rate (HR) and blood pressure (BP) oscillations.• We have found that breathing at resonant frequency trains the

reflexes of the cardiovascular system, in particular, the baroreflex.

04/23/23 Gevirtz 36

The Cardiovascular System Has The Cardiovascular System Has the Property of Resonancethe Property of Resonance

• HR, BP, vascular tone, and other functions of the cardiovascular system continually change in healthy people.

• These changes are as important for the autonomic nervous system as movements for the nervous-muscular system.

• HR and BP variability reveal resonant properties of the cardiovascular system.

04/23/23 Gevirtz 37

Baroreceptor Sensitivity(normal)

• A rise in BP stimulates the baroreceptor to signal to the SA node through the PNS to brake the HR

• A drop in BP stimulates the baroreceptor to increase HR through the SNS

• The ability of BP to regulate HR is called “Baroreceptor Sensitivity” (BRS)

• The system is neuro-plastic

GevirtzRespiration

Heart Rate

Blood Pressure

Delay~ 5 sec

Time

Time

Time

HR and BP Oscillations Elicited by the Stimulus of Respiration

04/23/23 Gevirtz 39Stimuli

Heart Rate

Blood Pressure

Delay~ 5 sec

HR and BP Reactions to Stimuli if the Baroreflex Works

Time

Time

Time

Functional Resonance

Stimuli elicit HR changes which, after a delay, change BP.BP changes, in turn elicit, HR changes due to baroreflex activity.

04/23/23 Gevirtz 40

Chemoreceptors: Control of Respiratory Drive

• Peripheral Chemoreceptors– Located primarily in the carotid and aortic

bodies(in humans mostly carotid)– Increase firing rapidly primarily in response to

hypoxia, but also to hypercapnia – Control ventilation

• Central Chemoreceptors– Sensitive to pH of cerebral spinal fluid

Conclusion1) Each person has a specific resonant

frequency.

2) The resonance frequency range is between 4.5 to 6.5 (times/min).

3) Asthma does not affect the resonant frequency.

Not a breathing technique but facilitate the flow of breathing

• Invitation to sit like a queen or king• Focus attention on breath• Feel the pendulum respiration-inhalation• Inhale with attention to chest-heart area• Exhale with attention to abdomen• So the attention is not in the head, but in

the cheast-heart-abdomen

Van Dixhoorn et al. Results• Several studies using breathing retraining• Recent review :

– Relaxation therapy for rehabilitation and prevention in ischaemic heart disease: a systematic review and meta-analysis.Eur J Cardiovasc Prev Rehabil. 2005 Jun;12(3):193-202. Review.

– CONCLUSION: Intensive supervised relaxation practice enhances recovery from an ischaemic cardiac event and contributes to secondary prevention. It is an important ingredient of cardiac rehabilitation, in addition to exercise and psycho-education.

From, Chaitow, Bradley, & Gilbert (2002), Multidisciplinary Approaches to Breathing Pattern Disorders

HYPOCAPNIE• Respiration can be broken up conceptually into three phases:

external (gas uitw.) internal (zuurstoftransport), and cellular respiration (O2 verbruik bij ATP en mitochondrien.

• Torr is de maat voor CO2• F12 is normaal in daily life; > F16 is hyperventilatie • < 33 Torr is hypocapnie• Bij een gewone ademfrequentie kan toch hypocapnie ontstaan; het

is de vraag hoeveel gasuitwisseling er is. (dode ruimte)

BEHAVIORAL HYPOCAPNIA • increased level of pH, or respiratory alkalosis• < 35 mmHg is mild to moderate, 25-30 mmHg is serious,

and 20-25 mmHg is severe hypocapnia• Vasoconstriction can lower cerebral and coronary blood

flow/volume by up to 50 percent in a matter of seconds.

Symptoms and deficits triggered, exacerbated, caused, or perpetuated by HYPOCAPNIA

• RESPIRATION: shortness of breath, breathlessness, bronchial constriction and spasm, airway resistance, reduced• lung compliance, asthma symptoms; • CHEST: tightness, pressure, and pain; • PERIPHERAL CHANGES: trembling,• twitching, shivering, sweatiness, coldness, tingling, and numbness; • HEART: palpitations, increased rate, angina• symptoms, arrhythmias, nonspecific pain, • ECG abnormalities; EMOTION: anxiety, anger, panic, apprehension,• worry, crying, low mood, frustration, performance anxiety, phobia, generalized anxiety; • STRESS: tenseness, acute• fatigue, chronic fatigue, effort syndrome weakness, headache, burnout; SENSES: blurred vision, dry mouth, sound• seems distant, reduced pain threshold;• CONSCIOUSNESS: dizziness, loss of balance, fainting, black-out,• confusion, disorientation, disconnectedness, hallucinations, traumatic memories, self-esteem, personality shifts;• COGNITION: attention deficit, inability to think, poor memory, learning deficits; • MUSCLES: tetany,• hyperreflexia, spasm, weakness, fatigue, pain; • ABDOMEN: nausea, cramping, and bloatedness; • MOVEMENT:• coordination, reaction time, balance; • VASCULAR: hypertension, migraine, digital artery spasm, ischemia;• BLOOD: red blood cell rigidity, thrombosis; • SLEEP: apnea; • PERFORMANCE: endurance, altitude sickness.

48

- Changes in breathing volume relative to CO2 production regulate the moment to moment concentration of pH in the bloodstream.

- “As a consequence of hyperventilation, the decrease in PCO2 will reduce the caliber of the arteries and thereby impede the flow of blood to body tissue (ischemia), and the increase in blood pH will reduce the amount of oxygen that hemoglobin can release to the body tissue (hypoxia). Therefore, the heart must pump more frequently and with greater vigor in order to compensate for the decrease in pCO2 and increase in pH.”{ Ley, 1987, p.309}

PROVOCATIE-TESTS VERHOOGDE SENSITIVITEIT VOOR pCO2

• Test 1: hvs test (30x per minuut gedurende 4 minuten) en breath holding test

• Patienten met paniekstoornis kunnen hun adem minder lang inhouden en roept hun angstverschijnselen op

• Test 2: inademen van lucht met 35 % CO 2 geeft veel sneller hun symptomen en geen problemen bij controlegroepen. Het ademen wordt ook moeilijk bij ze. Dit gebeurt ook bij 5 % CO2 ! Zij zijn hun flexibiliteit kwijtgeraakt.

• M.n. de amygdala en de hippocampus zijn gevoelig voor hypoxie!! En veroorzaken de fysieke reacties na de paniekstoornis. De amygdala is ook gevoelig voor veranderingen in de zuurgraad (lactaat b.v.). Allemaal bewijs dat er een relatie is tussen respiratoire signalen en paniek.

VENENVENEUZE DRUK

• De veneuze druk wordt bepaald door:- Zwaartekracht- Contractie skeletspieren- Cardiac output- Sympatische vasoconstrictie- Ademhalings-activiteit (ph)

HYPERVENTILATIEHYPOVENTILATIE

DYSFUNCTIONELE ADEMHALING

• Te snelle hoge ademhaling ( > 16)• Forced inspiration• Fixatie na inspiratie Breath holding: FFFfreeze reaction

• Onvoldoende uitademing• Zeer lange retentie na korte ademhaling afgewisseld met

opluchtende zucht• Afwezigheid buikademhaling• Paradoxale of reverse ademhaling

ADEMPATRONEN• Meestal lichte hyperventilatie (nekpijn, licht in het hoofd, druk en pijn op de borst, licht

duizeligheid, ademnood, hartkloppingen. Uitademing is slechts 70 % > oplossing is very slow exhalation (meeste O2 opname gebeurd tijdens de uitademing. Tijdens de inademing komt O2 in de longen en circuleert er)

• Dysfunctionele ademhaling: adem inhouden, snelle ademhaling, paradoxale or reverse breathing, Zuchten (gasps and sighs), hoge ademhaling icm afwezigheid buikademhalinghy

• Hyperventilatie door hele grote langzame ademhaling maar heel oppervlakkig (gasuitwisseling in de dode ruimte)

• Korte boze ademhaling: kaak aanspannen, dreigende houding,

OVER ADEMEN

• Yogi; doorduwen alleen tijdens de uitademing (Yogi doen niet aan ffff)

• Laat patiënten zelf hun adempatroon ontdekken• Ideaal ademen is vooral variatie > leer verschillende adempatronen

aan, waarbij het hele lichaam betrokken is. • Ontspan bij pijn het herstel gaat veel sneller• Hoge ademhaling : bad emotion in the belly (vaak door fff, aangeleerd patroon, strakke kleding, buikoperaties)• Hoe lager je ademt hoe minder infecties in de longen. • Snelle hoge ademhaling: je irriteert je keel

DE UITADEMING

• !! koude douche . eerst ademhaling dan uitademing en dan pas koude douche > altijd UITADEMEN tijdens pijn of ongemak-ervaring

• Rugklachten laat ze uitademen tijdens verandering van houding• Sporters lopen langzamer als ze de schouders aangespannen

houden• Rsi: mensen zijn geconditioneerd in een overmatige fff actieve

houding

OEFENING • Spelletje doen met en zonder vasthouden van de ademhaling• Knijpen tijdens inademing vergelijken met knijpen in je hand tijdens uitademing• Oefening+• In zit inademen icm extensie lwk en flexie hoofd, dan uitademen icm flexie lwk en hoofd naar

neutraal . bij uitademen anus gaat omhoog, bij inademen omlaag. Extensie van de nek kom daarna veel verder

• Oefening: draad door naald (en hield je je adem vast?)• Bedenk in welke situaties je adem verandert (evt. Vastzit. • Oefening: buikademhaling met 3 kg op de buik• Oefening: staan, armen spreiden, roteer > hoe ver kom je; dan optrekken schouders, ontspan,

denk dat je ver kan bewegen > visie: pijn maakt stijf > ontspan en beweeg verder dan eerst.• Oefening; denk aan negatieve emotie, daarna aan positieve emotie bij een ingezakte

zithouding;; daarna idem maar zitten met hoofd licht omhoog kijken. > bij positieve gedachten gaat het hoofd omhoog; bij negatieve gedachten zakt het verder in.

•