Kwantificering van hartslagvariabiliteit in één minuut in luchtwegobstructiemodel (RRV Airway)

Na goedkeuring door de Institutional Review Board werd de studie uitgevoerd in een prospectieve cross-over, longitudinale cohortmanier. Gezonde vrijwilligers tussen de 20 en 40 jaar werden geïncludeerd. Elke deelnemer ondertekende een geïnformeerde toestemming. Uitsluitingscriteria waren respiratoire of cardiale pathologie, diabetes, een body mass index lager dan 18 of hoger dan 26 kg/m2, chronische medische aandoeningen met significante betrokkenheid van het sympathische of parasympathische systeem (bijv. diabetes), obstructieve slaapapneu, gebruik van medicijnen met ofwel cardiovasculaire of respiratoire effecten, en ECG-afwijkingen waaronder hartslag anders dan sinusritme, atrioventriculaire geleidingsblokkades, intrafasciculaire geleidingsvertragingen of verlengd QT-interval (de tijd tussen opeenvolgende Q- en T-golven op de elektrocardiogram).

Aanvankelijk onderging elke vrijwilliger een echografie-evaluatie (SonoSite™ M-Turbo™-echografiemachine, SonoSite, Bothell, Washington, VS) van de longen met behulp van een hoogfrequente lineaire sonde op mid-claviculaire lijnen om pneumothorax uit te sluiten, een apicaal beeld van het hart met behulp van een curve-lineaire sonde om pericardiale effusie uit te sluiten. Er werd een ECG met twaalf afleidingen verkregen en geanalyseerd om snelheids- of geleidingsafwijkingen uit te sluiten. Niet-invasieve bloeddruk en zuurstofverzadiging werden tijdens het onderzoek bij alle proefpersonen geregistreerd om eventuele complicaties te identificeren en te voorkomen.

Een ECG met drie afleidingen en spirometrie werden verkregen in rugligging met het bovenlichaam 30 graden geheven. Gegevens werden verzameld met behulp van een Datex AS/3-monitor (Datex Ohmeda Medical Equipment, GE Healthcare, VS). De gegevens werden geregistreerd met behulp van een digitaal naar analoog acquisitiekaart (NI-6008, National Instruments™, Austin, Texas, VS) en een Biosignal Logger van National Instruments™ Biomedical Workbench™ met een bemonsteringsfrequentie van 500 Hertz (Hz). Alle experimenten werden op hetzelfde tijdstip van de dag (begin van de middag) en onder dezelfde omstandigheden (dezelfde plaats en experimentele opstelling) uitgevoerd. Vrijwilligers kregen de instructie om gedurende 4 uur voorafgaand aan deelname aan het onderzoek niet te roken.

De luchtwegobstructie werd gesimuleerd door een 18 cm lange endotracheale tube met een inwendige diameter van 4 mm, verbonden met een spirometrieadapter en een antimicrobieel filter. Tijdens de belemmerde ademhalingsfase kregen de vrijwilligers de instructie om hun lippen stevig rond het filter te sluiten om luchtlekkage te voorkomen en werden ze aangemoedigd om een ​​piekdruk van 30-40 cm H2O te bereiken, met behulp van de onmiddellijke weergave op de spirometriemonitor. Voor elke vrijwilliger werden drie sets geregistreerd; elke set bestond uit één minuut normale onbelemmerde ademhaling die als controle diende, onmiddellijk gevolgd door één minuut belemmerde ademhaling. Na elke set kregen de vrijwilligers ten minste één minuut rust om te herstellen en terug te keren naar hun basisademhaling voor de volgende set.

HRV-analyse Een gedetailleerde beschrijving van de middelen voor het meten en evalueren van de betekenis van HRV is te vinden in de European Society of Cardiology en de North American Society of Pacing Electrophysiology Task Force over hartslagvariabiliteit, meetstandaarden en fysiologische interpretatie en richtlijnen voor klinisch gebruik14 . In het kort: het onbewerkte ECG-signaal werd voorbewerkt (inclusief high-pass filtering om afdwalen van de basislijn en identificatie van ECG-kenmerken te verwijderen) en de R-R-intervallen werden uit het onbewerkte ECG-signaal gehaald met behulp van de ECG Features Extractor van National Instruments™ Biomedical Workbench™ met een drempelaanpassingsfactor van 0,1 , een ruwe hoogste hartslag van 60 slagen per minuut, QRS-frequentie van 10-25 Hz en middelste QRS-onset en -offset.

Evaluatie van HRV wordt voornamelijk uitgevoerd met behulp van tijd- en frequentiedomeinen. Het kan ook worden uitgevoerd met behulp van niet-lineaire methoden; hier concentreerden de onderzoekers zich echter op de meer algemeen gebruikte tijd- en frequentiedomeinmethoden. Tijdsdomeinmetingen zijn gebaseerd op de statistische analyse van het tijdsinterval tussen twee aangrenzende QRS-golven op de elektrocardiogramcomplexen, ook wel R-R-intervallen genoemd (tijd tussen twee opeenvolgende R-golven op het elektrocardiogram). R-R-intervallen standaarddeviatie (SD), wortelgemiddelde kwadraat van opeenvolgende verschillen (RMSSD) tussen aangrenzende R-R-intervallen, aantal paren opeenvolgende R-R-intervallen die meer dan 50 milliseconden verschillen (NN50) en aandeel van NN50 gedeeld door totaal aantal R-R-intervallen (pNN50) worden routinematig gebruikt om HRV te kwantificeren. Frequentiedomein maakt gebruik van wiskundige manipulatie van het signaal, zoals de snelle Fourier-transformatie (FFT), die de tijdfunctie omzet in een som van sinusgolven met verschillende frequenties. Deze worden gebruikt om de spectrale vermogensdichtheid in zeer lage (VLF), lage (LF) en hoge frequentie (HF) bereiken te berekenen en om de fysiologische HRV-gerelateerde effecten te kwantificeren. In dit rapport hebben de onderzoekers de VLF niet opgenomen, omdat deze waarde niet betrouwbaar kan worden gemeten met een kort meetvenster van één minuut. Omdat HRV duidelijk gerelateerd is aan de hartslag, hebben de onderzoekers het HF-vermogen en het LF-vermogen genormaliseerd naar de hartslag15. De genormaliseerde waarden worden HFnorm en LFnorm genoemd.

HRV-parameters werden berekend over een bemonsteringsvenster van één minuut met behulp van de Heart Rate Variability Analyzer van National Instruments™ Biomedical Workbench™. Snelle Fourier-analyse werd gebruikt met behulp van een Hanning-venster van 1024 monsters met een overlapping van 50% en met een interpolatiesnelheid van 2 Hz en 1024 frequentiebakken. Zoals gesuggereerd in de literatuur voor de berekening van de spectrale vermogensdichtheid, werd HF gedefinieerd als 0,15-0,4 Hz, LF als 0,04-0,15 Hz en VLF zoals hieronder 0,04 Hz14.

Berekening van de ademhalingsfrequentie Om de veranderingen in de ademhaling tijdens de belemmerde ademhaling te evalueren, berekenden de onderzoekers de ademhalingsfrequentie tijdens de controleperiode en de periode van belemmerde ademhaling. de onderzoekers gebruikten de ruwe ECG-sporen om de ademfrequentie te berekenen16. Dit werd voornamelijk gedaan op basis van de R-golfamplitude en het berekenen van het aantal lokale pieken in het bemonsteringsvenster. Om zinvolle resultaten te verkrijgen, kozen de onderzoekers de controle- en de belemmerde ademhalingssegmenten met de meest voor de hand liggende veranderingen in de R-golfamplitude. Met behulp van deze methodologie konden de onderzoekers de ademhalingsfrequentie betrouwbaar evalueren bij 33 proefpersonen.