L’analyse de la variabilité de la fréquence cardiaque

Sources : 
http://www.perinat-france.org/

Lorsque l’on enregistre une FC et ici un ECG et que l’on regarde chaque battement cardiaques et notamment et les écarts en millisecondes entre chaque battements (intervalle dit R-R) et la variabilité en millisecondes de ces écarts et que l’on construit par des méthodes mathématiques des courbes qui reprennent tous ces points on va avoir la construction de cette VFC avec divers angles de vue en fonction des divers traitements mathématiques linéaires (courbes, spectres dus aux transformés de Fourier du nom du mathématicien et de ses travaux dans les années 1800) ou non linéaires (nuages de points du diagramme de Poincaré (autre mathématicien).

On peut aussi procédé avec une lecture de moyenne des écarts, c’est le fameux enregistrement du RMSSD proposé par certains cardio.

Le système nerveux végétatif 

Le système nerveux végétatif (ou système nerveux autonome -SNA-) est cette partie autonome non consciente de notre cerveau qui reçoit différentes sources de stress.

Certaines sources seront positives pour son activité et d’autres négatives.

Le système nerveux autonome est divisé en deux branches appelées : parasympathique et ortho sympathiques.

C’est le système de notre organisme qui contrôle en particulier les fonctions cardiovasculaire et respiratoires.

Si le système n’est pas au top c’est tout ce qu’il commande en subira des conséquences.

Extrait du site de 
http://www.francaise-bio-energetique.com/

Le système nerveux parasympathique 

• Il est mobilisé pour économiser les fonctions cardio-vasculaire et respiratoire… c’est la commande utilisée pour le repos avec effet d’une diminution de la fréquence cardiaque et plus généralement une baisse de l’état “d’éveil physiologique”.
• Il est dit “calmant” : il dirige l’oméostasie, active la restauration des réserves énergétiques, active la reconstruction cellulaires fait baisser la FC. Il est en relation avec la ventilation et le rythme respiratoire.

Le système nerveux orthosympathique  

• Il est la commande pour apporter de l’énergie sur des temps où l’organisme fait un effort ou lorsqu’il doit affronter un fort stress… 
• Le rôle du système nerveux sympathique est de mettre l’organisme en état d’alerte pour être efficace sur une action motrice notamment en “accélérant” le cœur, en favorisant la dilatation des bronches et en augmentant le rythme ventilatoire… sans oublier un effet sur l’optimisation de la contraction des artères (via l’adrénaline et la noradrénaline )
• Il  est dit “stimulant” car il dynamise, active et dirige la catabolisme et la dégradation des substrats, augmente la Fc et la source de contraction cardiaque et régule aussi les résistance vascualire périphériques en relation avec la tension artérielle.

Dans notre biologie rien n’échappe au double contrôle parasympathique et orthosympathique. Le cœur comme tous les autres organes n’y échappera pas. L’influence du parasympathique va donc faire baisser la FC alors que le sympathique va augmenter le ryrhme et la force cardiaque, le sysrtème orthosympathique va également gérer les résistance périphériques.

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Les méthodes de mesure de la VFC  

Il existe deux manières de mesurer la VFC :

La mesure fréquentielle 

(méthode souvent défaillante et subjective)

• Les deux composantes de cette VFC sont représentées par des ondes de fréquences différentes.
• On mesure les ondes émises par les deux systèmes.
• L’analyse la variabilité du rythme cardiaque présente trois bandes de fréquences significatives :
  • HF (hautes fréquences), correspond prioritairement au système parasympathique.
  • LF (basses fréquences), correspond prioritairement au système sympathique.
  • VLF (très basses fréquences).
  • Le système (sympathique, bande LF) envoie au coeur des signaux de fréquences faibles : entre deux impulsions on a un un laps de temps de 6 à 20”.
  • Le système (parasympathique, bande HF)  envoie à ce dernier des signaux de fréquences élevées : entre deux impulsions on a un un laps de temps de 1 à 6”..

Exemple de lecture des graphiques visualisant les influences des systèmes ortho et parasympathique.

Influence néfaste de la prise en compte de l’arythmie sinusale respiratoire (ASR) en lien à la fréquence respiratoire.

• Il existe des liens étroits entre notre rythme respiratoire et notre fréquence cardiaque : des interactions se mettent en place : pour faire court lorsque l’on inspire, de l’air riche en oxygène arrive dans nos poumons.
• Notre coeur accélère pour favoriser les échanges gazeux et permettent ainsi à l’oxygène de filer dans le sang. Quand nous expirons, c’est l’inverse se produit.
• Notre FC ralenti pour limiter les échanges entre l’air et notre sang afin de limiter la teneur en dioxyde de carbone dans le sang.

C’est ce phénomène expliqué un peu caricaturalement que l’on appelle l’arythmie sinusale respiratoire.

Chez de nombreux compétiteurs Elite prariquant un sport d’endurance l’ASR est très importante : elle va perturber la mesure fréquentielle.

Cela s’explique assez simplement par le fait que l’arythmie est pondérée par un nerf (le nerf vague) qui va fortement influencer les fréquences d”ondes des systèmes sympathique et parasympathique.

De très nombreux autres chercheurs (Saboul en particulier) ont remis en cause l’utilisation du fréquentiel en VFC pour les athlètes d’endurance.

Sources :

• Saboul. D, Pialoux. V and Hautier. C : / The breathing effect of the LF/HF ratio in the heart rate variability measurements of athletes/ Édition : European Journal of Sport Science (2012)
• Larsen PD, Tzeng YC, Sin PY, Galletly DC. / Respiratory sinus arrhythmia in conscious humans during spontaneous respiration. / Édition Respir Physiol Neurobiol. (2010)
• Sinnreich, R., Kark J.D., Friedlander Y., Sapoznikov / Five minute recordings of heart rate variability for population studies: repeatability and age (1998)
• Pinna, G.D., Maestri’R., Torunski A., Danilowicz > Szymanowicz L., Szwoch M., La Rovere M.T /Heart rate variability measures: a fresh ook at reliability. 

La mesure temporelle (le RMSSD) 

• On mesure très schématiquement les écarts de temps entre les intervalles de battements cardiaques (intervalles R-R donnant la valeur dite du RMSSD). 

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Comment faire son test ?

• Le test se fait avec une montre permettant l’enregistrement des intervalles R-R (Polar 800, suunto T6)
• Le matin au réveil, allongé, en respiration libre et pendant 5 minutes.

Combien de fois par semaine ?

• Je pense qu’une a deux mesures par semaine est un minimum pour pouvoir exploiter les données.
• C’est avec 3 ou 4 mesures que l’on commencera vraiment à avoir quelque chose de très précis. 
• Idéalement l’idéal pour un Elite à très forte charge d’entraînement reste le contrôle quotidien.
• Il faut tenter autant faire se peu que les mesures se fassent toujours les mêmes conditions, les mêmes jours pour obtenir une vision longitudinale.

Sources :

• Travaux de J. Cassiram, / “Using of new beat to beat recorder system for traditional analysis of heart rate
• Variability” 
  http://www.matsportweb.com/TRAINING/produit/polar/support/Cassirame07RS800HRV.pdf

Prudence sur les interprétations !

Il convient donc de ne pas trop se focaliser sur les RMSSD en terme de vision à court terme au risque d’interpréter trop vite chaque variation. De la même manière il serait simpliste de vouloir mettre en place une comparaison des valeurs brutes entre deux athlètes. Le RMSSD reste une valeur individuelle qui doit être interprétée avec ses propres valeurs antérieures au sein d’un suivi longitudinal.

De plus il est assez logique voir plutôt bon signe d’observer des grandes variations d’un jour à l’autre , ce sera un signe de bonne capacité d’adaptation physiologique aux différents types d’entraînement réalisés.

Quelques tendances possibles :

• le RMSSD va normalement diminuer lors des périodes de forte charge, stigmatisant ainsi une accumulation de fatigue.
• le RMSSD va augmenter lors des périodes d’affûtage, il serait pertinent qu’il atteigne des valeurs supérieures à la normale juste avant la compétition (travaux de Plews).
• un RMSSD restant longtemps sur une même valeur médiane est synonyme d’une monotonie trop élevée dans les entraînements.
• un RMSSD avec des restant de manière durables et constantes valeurs anormalement élevées (ou basses) sera un signe d’une alternance charge/ récupération inadaptée.

Des valeurs du RMSSD élevées (exprimées en msec) indiquant des signaux de fréquences élevées (onde HF) attestent que le coeur est placée prioritairement en phase d’économie d’énergie (donc “ralentisseur-repos”).

On peut donc effectivement dire que l’organisme se place sur une phase de surcompensation qui succède à un effort ou une période à forte charge.

Source :

• Plews, D. J., Laursen, P. B., Kilding, A. E., & Buchheit, M. / Variability in elite triathletes, Is variation in variability the key to effective training? A case comparison. / Édition : European Journal of Applied Physiology (2012) 

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Ébauche d’interprétation des valeurs 

Quand tout va bien : la situation reposée

Étape 1 : Plage des relevés sur la positon décubitus (couché) :

Le coeur est au repos, l’organisme en bon état de forme, c’est donc le système HF (“ralentisseur-repos” du parasympathique) qui domine.

Étape 2 : Juste après l’effort :

On peut être surpris de voir le système LF (accélérateur, sympathique) entrer fortement en action !
Néanmoins cela s’explique car il y a “urgence” à compenser les effets négatifs du stress de la mise en position debout par une importante régénération de systèmes impliquant le système orthosympathique.

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Les typologies de fatigue

inspirée des travaux de Keiser et Kuipers, 1988)

Il est essentiel d’identifier au mieux l’origine de la fatigue du sytème nerveux autonome pour apporter la remédiation individualisée la plus adaptée. 

À chaque type de fatigue correspond un type de modalités de récupération. La raison est simple : ce ne sont pas les mêmes systèmes qui sont touchés et donc pour remonter l’activité de l’un ou l’autre de ces systèmes il va donc falloir les soliciter de manière différentes.

• Fatigue A : effondrement des deux systèmes
• Fatigue B : hypertonie de l’activité orthosympathique
• Fatigue C : orthosympatique
• Fatigue D : hypertonie de l’activité parasympathique (cas le plus rare)

Fatigue type A : Un effondrement complet des deux systèmes

(observable en position couché)

• On constate un effondrement d’énergie des deux systèmes alors qu’en position debout il n’y a absolument rien de significatif sur les niveaux para et orthosympathique sauf une augmentation de FC.
• C’est un niveau de fatigue prononcé.

Eléments de réponse pour favoriser le retour à la “normale” :

• Dès que l’on repère cet effondrement on change de travail pour diminuer très fortement les séances lactique pour passer à un travail aérobie en dessous du seuil lactique ou ventilatoire.
• Ne pas s’inquiéter attention lsi la fatigue s’accroit encore pendant quelques jours,
• Un temps de pondération est nécessaire avant d’observer le retour des phénomènes de récupération avec la remontée des énergies qui sera associé à la baisse de la FC.
• Un temps de 2 semaines est souvent nécessaire.

Exemple d’une situation de fatigue avec effondrement des deux systèmes chez un traileur après un microcycle à forte dominante lactique.

Fatigue type B : Une hypertonie de l’activité orthosympathique 

(observable en position couché)

Un skieur alpiniste sortant d’un stage d’altitude.

• Lorsque les séances lactique s’enchainent il n’est pas rare alors de voir le système nerveux autonome donner de sérieux signaux d’alarmes avec en premier niveau de fatigue une hypertonie du système orthosympathique en position couché.
• Si cela reste “sous contrôle” tout va bien en phase d’affutage avec beaucoup de travail lactique on constate une excitation supérieure de l’orthosympathique avec une Fc qui augmente et l’activité parasymptahique qui diminue.
• Il faut alors 4 à 5 jours en fin de microcycle lactique pour retouver la situation normale.

Eléments de réponse pour favoriser le retour à la “normale” :

• Programmer des intensités d’entraînement orienté sur des intensités inférieure au seuil 1.
• La stimulation passera par le travail aérobie qui est un très fort stimulateur du parasympathique à condition bien sûr que l’intensité soit inférieur au premier seuil aérobie.

Ce qui n’est pas simple à obtenir pour un compétiteur trop souvent habitué à se la jouer en mode formule 1 non stop !

Et pourtant si ce travail en aérobie strict constitue la base de l’entrainement pour des courses longue c’est qu’il permet aux athlètes ayant cette forte base aérobie d’être particulièrement résistant à la fatigue.

• Placer des programmes “récupération” en électrostimulation.
• Prise de douches plutôt froides.

Fatigue type C : Un affaissement total de l’activation orthosympathique 

(observable en test de position couché)

En situation de fatigue orthosympathique.

• Dans ce cas de fatigue rien ne se voit en position couché.
• La fatigue s’observe en position debout.
• On constate un affaissement plus ou moins total de l’activation orthosymptathique qui va être accompagné d’une augmentation très importante de la FC.
• Le système orthosympathique gérant les résistance périphériques sa faiblesse provoque une très mauvaise contraction des vaisseaux sanguins dans les jambes.

Cela va obliger le cœur à faire des efforts important pour faire remonter le sang des jambes d’où la remontée de la FC.

• Cette fatigue est souvent observable lorsque la phase d’affutage comprend trop de travail intensif.
• Sur ce type de fatigue le système orthosympathique commandant tous les sytèmes de direction de la glycolyse et les capacités de puissance et de dégradation de l’énergie il sera totalement illusoire de penser jouer la carte de la performance.

Eléments de réponse pour favoriser le retour à la “normale” :

Sur ce type de fatigue la réponse va consister à structurer des séances courtes avec des phases de sprints explosifs alactique.

Fatigue type D : Une hypertonie du système parasympathique 

(observable en position couché)

La plus rare des fatigues, la plus sournoise mais la plus sévère.

• Cette hypertonie est associée à une baisse de FC.
• Paradoxalement on pourrait se dire “génial ma Fc baisse et mon système s’activant de manière dominante au repos est très actif, donc je suis hyper reposé”.

Hélas non.

• Plus aucun dynamisme ne viendra soutenir un effort.
• Les performances sont en bernes pour un grand moment.
• En fait c’est le cas le plus grave qui va demander des délais de récupération extrèmement long (plusieurs mois).

Eléments de réponse pour favoriser le retour à la “normale” :

• On  va diminuer énormément les charges globales.
• À chaque séance (très courtes) d’entrainement sera placé un temps de stimulation alactique par des sprints explosifs pour  réveiller le système orthosympathique.
• Le programme “capillarisation” en électrostimulation.
• Un renfort en vitamine C, voir ponctuellement de la caféine, cure de Guarana par exemple.

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Les aspects techniques

Comment passer de la montre cardio à Kubios ?

Le logiciel KUBIOS :

Le traitement des données peut se faire sur un tableur type excel (voir ci-dessous) ou en utilisant le logiciel KUBIOS (logiciel finlandais en anglais) de traitement de infos :

http://kubios.uku.fi/download/activate/32be9c281fd962d343c9b9fb6519abf999041cb5/KubiosHRV_2.0_installer.exe

Illustration avec une montre Polar.

Étape 1 :

Enregistrer avec le Polar Pro Trainer ou Polar Precision Performance SW le test RR

Aller sur le logiciel Kubios HRV pour modifier les Préférences.

Étape 2 :

Ouvir le fichier HRM qui se trouve normalement là :

• C:\Program Files \Polar\Polar ProTrainer\Utilisateur\2012
• Modifier le file info en mettant le level sur very low
• Et cliquerapply

Étape 3 :

L’analyse sera créée il suffira alors de la sauver en PDF pour la lire.

Pour les utilisateur de la Suunto : 

Il vous suffira de mettre le Data type sur Suunto STE/SDF-files.

Le reste de la procédure sera à l’identique de Polar pour récupérer le fichier en STE et modifier aussi le File Info.

Et pour les inconditionnels de l’Iphone :

La manipulation se fera avec un connecteur wahoo Fitness et une ceinture ANT+.

• Étape 1 : réaliser le test avec l’IPhone via l’application HRV Tracker.
• Étape 2 : via l’ITunes transférer sur votre PC le fichier HRM dans un dossier que vous allez créer.
• Étape 3 : analyser avec Kubios comme pour Polar.

Sélection des plages sur KUBIOS 

En réalité pour celui qui veut faire les choses le plus finement possible le mieux reste de bien identifier les valeurs stables et donc de ne pas prendre la première minute du test.

Avec le logiciel Kubios Il est tout à fait possible sur un relevé pris avec vote cardio de sélectionner la plage que l’on souhaite analyser.

Étape 1 :

Retourner sur Kubios, sélectionner le fichier sur lequel a été enregistré le test.

La démarche :

• Cliquer en haut à droite sur l’onglet “file”
• Puis “open”
• Puis bien penser à choisir sur la fenêtre qui s’ouvre votre type de fichier.
• Exemple : pour un cardio polar : polar HRM-files(*.hrm)

Étape 2 :

Le fichier s’ouvre sur Kubios et là on va dégager les valeurs de la position couché ou celles de la position debout.

Ultra simple !

Il suffit de faire un simple glisser avec votre souris d’ordinateur (la partie jaune de la courbe des R-R sera celle qui sera prise en compte).

Voilà l’illustration :

Ici le compétiteur a fait un test couché puis debout (protocole utilisé que très rarement).

Et du coup une fois l’enregistrement fait (pour cela aller sur l’onglet en haut à gauche “file” puis “save résult as”) on obtient alors un fichier en pdf.

KUBIOS pour MAC :

Extrait du site : 
http://dsquintana.com/post/19814503981/how-to-install-kubios-hrv-on-a-mac-without-parallels

“I love my Mac but unfortunately one of the apps that I use regularly in my research, Kubios HRV, is only available on Windows and Linux. Windows virtualisation apps such as Parallels are great but I think it’s a bit much to shell out $70 or so (not to mention the cost of the Windows OS) to only use one program.

Enter WinOnX.

This app has been designed to Windows apps on your Mac without the need to buy virtualisation software or a Windows licence. Although many people have reported that some apps don’t work I thought I’d take the $4.99 plunge and try my luck.

After some tweaking I’m happy to say that I got Kubios working, here’s how;

Install WinOnX (Download from the Mac App Store here).

Download Kubios and install it in WinOnX.Download and install the Microsoft visual C++ 2005 SP1 redistributable package (x86) from here in WinOnX.

After completing these stepsKubios should work. I haven’t had the chance to poke around to make sure everything works but it successfully loads files and analyses data so it looks good so far. The only problem that I’ve found is that it has trouble saving the results as PDF, however saving as text or Matlab file works.

Even if you have virtualisation software I think this would be handy as it’s far quicker to load WinOnX not to mention taking up less CPU and memory resources.

Enjoy!

UPDATE

I’ve had a report that this doesn’t work with the latest update of Kubios (version 2.1). My suspicion is that this is due to the MATLAB runtime installer no longer being included in version 2.1 of Kubios. Downloading the MATLAB runtime installer from here and installing it before you try installing Kubios may help but I haven’t tested this yet.”

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Les montres cardio fréquencemètre enregistrant la VFC :

Pour ceux et celles que cela intéresse voila quelques exemple de montres capable de procéder à cet enregistrement.

• le T6 de Suunto
• la FRWD W600 (le must en terme d’autonomie avec une durée de 10h en mode enregistrement toutes les secondes (R-R)… et 60h d’enregistrement en mode un top toutes les 6 secondes)
• la RS 800 de polar
• Garmin avec logiciel HRV Tracker 
• Iphone avec Capteur Ant+ bloc Wahoo 

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Tableau de suivi longitudinal excel des valeurs de la HRV

Il est intéressant de créer un tableur pour réaliser un suivi longitudinal des valeurs de HRV en position décubitus et debout.

Lien pour télécharger le tableau :

image: http://static.e-monsite.com/manager/im/files/16/file16.png?v=516 
tableau-mensul-des-charges-d-entrainement-1.xlsx

Analyse des valeurs