Apprenons à écouter notre coeur avec la Heart Rate Variability
La Heart Rate Variability (HRV) est une méthode permettant de mesurer et d’analyser la variabilité de la fréquence cardiaque (ou nombre de battements par minute), laquelle est d’une extrême importance pour de nombreux domaines d’application comme la cardiologie –bien sûr– mais aussi la psychophysiologie, la psychologie et la psychothérapie, la médecine holiste et celle du sport. Nous allons approfondir –dans ce long article en trois parties– notre connaissance de la HRV et nous réaliserons un appareil simple capable de détecter et d’enregistrer sur SD-Card la durée exacte s’écoulant entre un battement et le suivant. Ensuite, un logiciel analysera les données et fournira d’importantes informations sur notre état psycho-physiologique. Cette première partie est consacrée à l’étude théorique des battements du coeur; la deuxième le sera à la réalisation pratique dudit appareil et la troisième à son logiciel.
Voici donc un sujet très intéressant rassemblant la médecine, la santé et l’électronique: la “Heart Rate Variability” (HRV), une technique de mesure et d’analyse de la variabilité de la fréquence cardiaque avec des implications en cardiologie, psychophysiologie, psychologie, psychothérapie, médecine holiste et médecine sportive. Cette première partie de l’article approfondit l’aspect scientifique de cette technique et c’est seulement dans la deuxième que nous construirons un enregistreur cardiaque capable de détecter et d’enregistrer les paramètres cardiaques nécessaires pour effectuer des diagnostics médicaux. Nous utiliserons pour cela un logiciel spécifique pouvant fournir des informations importantes sur notre santé et notre état psychophysiologique.
Figure 1: Enregistrements de fréquences cardiaques.
Contrairement à d’autres appareils de mesure utilisant des capteurs particuliers et sophistiqués, le nôtre se contente d’un économique faisceau thoracique émetteur, employé habituellement avec les cardiofréquencemètres pour “fitness” et d’un appareil portatif sans fil avec enregistrement des données sur SD-Card.
Avec notre appareil, il est possible d’enregistrer les données à bref intervalle (quelques minutes) mais aussi à grand intervalle (la journée). Les informations enregistrées sur SD-Card peuvent être ensuite transférées sur PC où des programmes plus ou moins complexes (ou spécifiques pour un certain type d’analyse) effectuent l’analyse des données. Le format utilisé est un simple fichier avec extension txt.
Le fichier peut être envoyé par Internet à un laboratoire ou à un spécialiste pour analyse et interprétation diagnostique.
Introduction à la Heart Rate Variability (HRV)Nous avons pris l’habitude de considérer un coeur ayant un rythme “régulier” comme sain et efficace; au contraire nous pensons qu’un coeur a quelque problème, plus ou moins grave, quand son rythme n’est pas régulier, en d’autres termes quand il présente la fameuse “arythmie”. Ce n’est pas faux, mais seul un cardiologue pourra établir si c’est bien une arythmie et si elle est sans importance ou s’il faut la traiter avec une thérapie adéquate.
Nous devons toutefois prendre en compte le fait que l’arythmie en question est faite de variations macroscopiques du rythme cardiaque. En présence d’un épisode arythmique, le temps qui s’écoule entre une contraction cardiaque et l’autre varie de manière sensible par rapport au temps précédent et au suivant.
L’arythmie n’est donc pas le phénomène que nous appelons “variabilité du battement cardiaque”. La variabilité du battement cardiaque se réfère à des différences très petites entre un battement et l’autre, mais leur existence est extrêmement importante. Un coeur sain et efficace aura des battements toujours différents et ils seront d’autant plus différents que le coeur est plus sain et plus fonctionnel.
Figure 2b: L’analyse spectrale de la fréquence cardiaque normale donne un spectre des plus larges rappelant une situation chaotique.
Expliquons-nous mieux: même au repos et avec des fréquences moyennes constantes dans le temps (par exemple 70 b/m), les temps séparant les battements cardiaques seront toujours différents l’un de l’autre. Et il est bon que cette variabilité soit importante. Les facteurs influant sur la variabilité de la fréquence cardiaque sont:
• L’âge: cependant, avec l’âge, la variabilité du battement cardiaque se réduit progressivement.
• Le niveau de la fréquence cardiaque en b/m: la variabilité diminue rapidement avec l’augmentation des battements par minute.
• Les erreurs de comportement: drogue, tabac, excès de café ou d’alcool, sommeil insuffisant, stress, fatigue excessive, réduisent la variabilité du battement cardiaque.
• La génétique: nous pouvons naître avec une variabilité plus ou moins forte.
• La sédentarité: nous bougeons peu et quand nous le faisons c’est en voiture.
• L’état de santé: diverses pathologies sont recherchées aussi au moyen de la variabilité de la fréquence cardiaque.
Le chaos, les f ractaies et le coeur
La découverte du chaos déterministe en physique a produit une véritable révolution: ces modèles sont si prédictifs dans certains secteurs de le physique qu’on a pensé les appliquer aux phénomènes biologiques (comme une métaphore, en quelque sorte) et même au comportement et à l’esprit humains.
Tout à coup, dans l’observation du monde, les ressemblances deviennent plus importantes que les différences. Le chaos est plus fondamental que l’ordre. Il est la situation la plus commune dans la nature, l’ordre étant relativement rare et pouvant être détruit par la plus petite perturbation.
La nature utilise le chaos comme partie intégrante de son programme d’évolution pour résoudre le problème consistant à adapter les formes de vie pour leur survivance dans un environnement en perpétuelle transformation, complexe et apparemment chaotique:
chaque schéma déterministe serait destiné à l’échec.
Par conséquent la nature choisit de combattre le chaos par le chaos, en engendrant une multitude de formes de vie à travers des mutations aléatoires.
En 1900, le physiologiste français Charles Richet soutenait que “l’instabilité est la condition nécessaire de la stabilité de l’organisme”. En d’autres termes, le chaos est maladie selon la conception asclépiade*, mais c’est une forme de santé dynamique pour la conception hygéique*.
Parmi les types, en nombre infini, de flocons de neige, il n’existe aucun moyen d’être un flocon de neige “salubre” ou “correct”. La mer n’est pas malade quand la tempête fait rage et soulève des montagnes d’eau. Dans le rapport entre la maladie et la santé, le modèle d’équilibre sain ne consiste pas à rester planté sur la terre mais à marcher sur une corde raide en funambules cherchant continûment à adapter et corriger ses propres fonctions psychophysiologiques.
La théorie du chaos suggère que l’on ne peut pas toujours prévoir les effets à long terme de nos actions et qu’il est par conséquent préférable d’être ouvert et flexible.
De même que la nature survit grâce à la biodiversité, il est fondamental pour l’homme d’entretenir une grande variété d’idées et d’approches; quand on ferme une voie, la nature en a bien d’autres parmi lesquelles choisir. C’est là la philosophie que l’on devrait enseigner partout et à tous: une spécialisation excessive est un ferment de mort!
Jusqu’en 1980 les spécialistes dans divers domaines étaient convaincus que les systèmes biologiques n’avaient qu’une seule solution: tendre vers un état d’équilibre et, par conséquent, la présence de fluctuations désordonnées, imprévisibles et chaotique était attribuée à des causes externes ou pathologiques, exceptionnelles, normalement absentes; en médecine, par exemple , on supposait des erreurs dans la récession du nombre de cas de maladie, crises d’épilepsie, arythmie cardiaque et ainsi de suite.
On commença alors, dans les années qui suivirent, à envisager que de telles variations “chaotiques” puissent être inhérentes aux systèmes, c’est-à-dire inclues dans les modèles théoriques déterministes qui décrivent l’évolution de ces systèmes. Ce nouveau mode de pensée a porté des fruits inespérés, en particulier dans les sciences médicales.
Beaucoup de chercheurs sont persuadés que le chaos procure au corps humain une flexibilité (une souplesse) qui lui permet de répondre à diverses stimulations.
On considère par exemple les propriétés électrophysiologiques du coeur; on le sait, la fonction physiologique du coeur est de pomper le sang pour l’envoyer dans tout le corps. Afin que cela se produise, une excitation électrique, dont l’origine est située dans des zones spécialisées du muscle cardiaque, se diffuse dans tout le myocarde, activant ainsi la contraction musculaire.
Dans le champ de la physiologie cardiaque, on a récemment introduit des techniques d’analyse spectrale et c’est seulement à partir de 1990 que la dynamique non linéaire et la théorie du chaos ont été reconnues comme extrêmement prometteuses et mises en oeuvre en recherche fondamentale cardiologique.
Il était temps pour les médecins de s’éveiller de leur torpeur et de commencer à se servir des sciences physico-mathématiques. Ce qui est normal pour le rythme cardiaque, c’est d’être chaotique et non la fibrillation. Cette affirmation prend son appui théorique sur le fait que le système d’engendrement du rythme cardiaque est formé d’un oscillateur périodique contrôlé par une multiplicité de mécanismes non linéaires (hormones, systèmes sympathique et parasympathique...).
On a comparé, par exemple, les spectres de fréquences d’électrocardiogrammes de sujets sains et de sujets présentant une cardiopathie (malades du coeur). Eh bien on a observé que les ECG (ElectroCardioGrammes) des premiers présentaient des irrégularités sur une échelle allant de quelques secondes à quelques jours; les malades en revanche présentaient un spectre beaucoup plus plat. En approfondissant on a remarqué que des personnes très malades ont des battements cardiaques très réguliers avant leur décès!
En effet, le rythme cardiaque doit s’adapter à l’activité de l’organisme (respiration, activité mentale, etc.). Cet ajustement produit un rythme irrégulier. Dans certaines maladies, le coeur perd la capacité qu’il avait de s’adapter à l’activité de l’organisme et donc son rythme est extrêmement périodique; dans le stress ce phénomène s’accentue.
Comme le montre la Figure 1, la fréquence cardiaque peut être visualisée sous la forme de graphes en série temporelle (à gauche), en spectres de Fourier (au centre) et en représentations dans l’espace des phases (à droite).
Figure 3: La représentation dans l’espace des phases peut être réalisée en utilisant la méthode des “delay maps”
Une fréquence enregistrée douze heures avant un arrêt cardiaque (en haut) est presque constante: le spectre est plat et la trajectoire dans l’espace des phases fait penser à un attracteur à point fixe. Une fréquence précédant de neuf jours une mort cardiaque imprévue (au centre) est assez périodique: dans le spectre se trouve un seul pic et dans la représentation dans l’espace des phases on a une trajectoire à cycle limite.
La fréquence d’un coeur sain (en bas) apparaît erratique: elle a un spectre et une trajectoire de type à attracteur étra nge.
Cette révolution scientifique nous fournit une leçon de toute première importance: ce ne sont pas nécessairement des lois simples qui sous-tendent les comportements simples.
Le coeur, centre fonctionnel de l’appareil circulatoire, est un muscle strié involontaire ayant les dimensions d’une grosse pomme et pompant cinq litres de sang à la minute. Dans le coeur, les structures fractales ont un rôle vital dans la mécanique de la contraction et dans la condition de la stimulation électrique excitatrice, par exemple, un réseau fractal d’artères et veines coronaires transporte le sang depuis et vers le coeur.
Des études récentes se sont servi de la géométrie fractale pour expliquer certaines anomalies du flux sanguin coronarien, dont l’interruption peut causer l’infarctus du myocarde. En outre, un enchevêtrement fractal de fibres de tissu conjonctif à l’intérieur du coeur lie les valves mitrales ettricuspides au muscle sous-jacent; si ces tissus se rompaient, un important reflux de sang des ventricules vers les oreillettes se produirait, suivi d’une insuffisance cardiaque. Enfin, cette architecture aléatoire est évidente aussi dans les ramifications de certains muscles cardiaques.
Si on écoute le coeur avec un stéthoscope ou si on prend le pouls, le rythme cardiaque semble régulier; pour un individu au repos, l’intensité et la fréquence des pulsations semblent plutôt constantes et, pour cette raison, les cardiologues décrivent d’ordinaire la fréquence cardiaque normale comme “rythme sinusal normal”.
Une analyse plus attentive révèle que les individus sains ont des fréquences cardiaques variant considérablement même au repos; chez de jeunes adultes sains, la fréquence cardiaque, que est en moyenne de 60 battements par minute, peut varier de 20 battements par minute en quelques secondes; en une journée, la fréquence cardiaque peut passer de 40 à 180 battements par minute.
Pendant au moins un demi siècle, les médecins ont interprété les fluctuations de la fréquence cardiaque en termes d’homéostasie (soit le maintien interne d’un état
VLF (Very Low Frequency): fréquences comprises entre 0.01 et 0.04 Hz. La bande VLF est due en partie à l’activité du système nerveux sympathique et elle est influencée par les préoccupations et le stress.
LF (Low Frequency): fréquences comprises entre 0.04 et 0.15 Hz. La bande LF est considérée comme due principalement à l’activité du système nerveux sympathique et à l’activité de régulation des barocepteurs (ou barorécepteurs).
HF (High Frequency): fréquences comprises entre 0.15 et 0.4 Hz. La bande HF est considérée comme l’expression de l’activité du système nerveux parasympathique. Cette bande de fréquences subit une importante influence de la part du rythme et de la profondeur de la respiration.
stable, en dépit des variations de l’environnement extérieur). Les systèmes physiologiques se comportent de façon à réduire la variabilité et maintenir constantes les fonctions internes. Selon cette théorie, toute variabilité physiologique, fréquence cardiaque comprise, devrait revenir à son état stationnaire après avoir été perturbée.
Le principe de l’homéostasie suggère que les variations de la fréquence cardiaque sont simplement des réponses transitoires à un environnement oscillant; on pourrait imaginer qu’avec la maladie ou le vieillissement l’organisme perde sa capacité de maintenir une fréquence cardiaque constante au repos et que par conséquent la variabilité augmente.
Mais les choses se présentent différemment pour qui mesure scrupuleusement les intervalles normaux entre les battements cardiaques et les enregistre pendant toute la journée: la série temporelle ainsi obtenue semble irrégulière et, à première vue, complètement aléatoire.
Pourtant, si on examine le graphe à différentes échelles temporelles, certaines caractéristiques apparaissent:
si on focalise sur la série temporelle de quelques heures, on rencontre
des fluctuations rapides, dont les excursions et la séquence semblent proches de celles trouvées dans des séries temporelles plus longues; à des échelles temporelles encore plus restreintes (quelques minutes), il est possible d’observer des fluctuations encore plus rapides, toujours assez semblables au déroulement initial.
En conclusion, les fluctuations entre battements contigus dans des échelles temporelles différentes apparaissent semblables entre elles, exactement comme les ramifications d’une fractale géométrique et ce résultat suggère qu’un mécanisme de contrôle de la fréquence cardiaque puisse être intrinsèquement chaotique.
En d’autres termes la fréquence peut osciller considérablement, même en absence de stimulations extérieures, au lieu de revenir à un état stationnaire homéostatique.
Une méthode pour établir si les variations dans la fréquence cardiaque sont chaotiques ou périodiques consiste à calculer le spectre de Fourier de la série temporelle.
Le spectre de Fourier d’une forme d’onde quelconque (comme une série temporelle) révèle la présence de composantes périodiques.
Si une série temporelle a une fréquence cardiaque d’exactement un battement par seconde, le spectre correspondant est constitué d’un unique pic situé à la fréquence de 1 Hz (Figure 2a).
D’autre part, une série temporelle de battements cardiaques chaotiques devrait engendrer un spectre constitué de pics hauts et d’autres pics pas mieux connotés; en réalité, l’analyse spectrale de la fréquence cardiaque normale donne un spectre des plus larges rappelant une situation chaotique (Figure 2b).
Un autre outil d’analyse des dynamiques des systèmes complexes non linéaires est la représentation dans l’espace des phases ou espacement des états: cette technique suit les valeurs des variables indépendantes se modifiant dans le temps. Le grand nombre de variables indépendantes présentes dans beaucoup de systèmes complexes les rend inidentifiables et immesurables immédiatement; pour de tels systèmes, la représentation dans l’espace des phases peut être réalisée en utilisant la méthode des “delay maps” (Figure 3).
Labscisse de chaque point correspond à la valeur d’une variable à un instant donné, l’ordonnée crée la valeur de cette variable après un retard constant; la série de ces points forme une courbe ou trajectoire décrivant l’évolution du système. Pour identifier le type de système dynamique, chaotique ou périodique, on détermine les trajectoires pour différentes conditions initiales et on crée ensuite un attracteur, une région de l’espace des phases qui attire les trajectoires. Le type d’attracteur le plus simple est à point fixe: il décrit un système évoluant toujours vers le même état; dans l’espace des phases voisines de l’attracteur à point fixe, toutes les trajectoires convergent vers ce même point.
Une forme plus compliquée d’attracteur consiste en un cycle limite, correspondant à un système évoluant vers un état périodique; dans l’espace des phases voisines de ce cycle limite, les trajectoires suivent un parcours régulier pouvant être circulaire ou elliptique.
D’autres attracteurs définis comme “étranges”, décrivent des systèmes qui ne sont ni statiques ni périodiques; dans l’espace des phases voisines de cet attracteur, deux trajectoires présentant des conditions initiales identiques et qui divergent ensuite rapidement et sur de longues
distances temporelles deviennent très différentes: un système de ce type est dit chaotique. De nombreuses études ont analysé la représentation dans l’espace des phases pour le battement cardiaque normal: les résultats montrent un comportement plus semblable à un attracteur étrange qu’à un attracteur périodique, caractéristique d’un processus réellement régulier.
Ces observations concordent avec les enquêtes cliniques ayant démontré comment la dynamique d’un battement cardiaque normal peut être chaotique. Le mécanisme responsable d’une variabilité chaotique dans la fréquence cardiaque de l’individu sain, naît probablement dans le système nerveux.
Le noeud sinusoatrial (le “pacemaker” naturel du coeur), soit une petite zone où sont localisées des cellules qui, en se contractant légèrement avant les autres, déclenchent les contractions dans tout le muscle cardiaque, reçoit le signal de la partie involontaire du système nerveux, dite autonome.
Elle comporte à son tour deux composantes: le système parasympathique et le sympathique; la stimulation parasympathique diminue la fréquence de décharge des cellules du noeud sinusoatrial, tandis qu’une stimulation sympathique a l’effet opposé; ces deux composantes agissent comme un continuel jeu de “tir à la corde” sur le “pacemaker”. Les fluctuations de la fréquence cardiaque chez les sujets sains sont le résultat de cette alternance continuelle de stimulations.
Beaucoup de pathologies présentent une augmentation de périodicité et une diminution de variabilité. Les premières indications du fait que même le coeur sur le point de s’arrêter peut se comporter avec périodicité, proviennent de l’analyse de Fourier sur des formes d’onde d’électrocardiogrammes pendant une tachycardie paroxystique ou fibrillation ventriculaire, rythmes très rapides conduisant assez souvent à l’arrêt cardiaque:
l’activité de fibrillation à l’intérieur du coeur est un phénomène bien plus périodique que ce que l’on croyait.
Une étude rétrospective d’électrocardiogrammes de personnes ayant eu de graves pathologies cardiaques a permis de découvrir que la fréquence cardiaque de ces patients devenait souvent moins variable que la normale en un moment quelconque, de minutes à mois, avant la mort par arrêt cardiaque. De nombreux autres chercheurs sont arrivée à la même conclusion: Kleiger et ses collaborateurs ont démontré pour la première fois comment les patients présentant une déviation standard de la fréquence du battement cardiaque inférieure à 50 ms, présentaient un risque de mort quatre fois supérieur par rapport à des sujets ayant des valeurs supérieures à 100 ms. Cette valeur pronostique était, dans cette étude, indépendante de celle de la présence d’arythmie ventriculaire. Ces données ont été ensuite confirmées par diverses autres études cliniques.
Dans certains cas la variabilité globale de la fréquence était réduite, dans d’autres apparaissaient des oscillations périodiques de la fréquence qui ensuite s’interrompaient de manière inattendue. De façon quasi identique, le système nerveux peut présenter une perte de variabilité et une apparition de périodicité pathologique désordonnée comme dans l’épilepsie, la maladie de Parkinson et le syndrome maniaco-dépressif; en particulier si l’organisme est attaqué par le stress, psychologique ou physiologique.
Le système cardiovasculaire se caractérise par un réseau complexe d’afférences localisées au niveau des vaisseaux, du muscle cardiaque, et des poumons, permettant un contrôle continu des paramètres biochimiques et hémodynamiques. Le contrôle est dévolu au système nerveux autonome qui, à travers les deux composantes sympathique et parasympathique répond à chaque modification —même infime— de l’appareil cardiovasculaire,
avec une réaction de signe contraire afin de maintenir l’homéostasie du système.
La variabilité des cycles cardiaques dépend de la modification continue du contrôle autonome du battement de la fonction du noeud du sinus en réponse à des variations chimiques et de tension. Il existe une variabilité de la fréquence cardiaque due à la composante oscillatoire et en particulier aux variations synchrones avec la respiration et avec le tonus vasomoteur; et aussi une variabilité circadienne associée aux variations du cycle cardiaque en réponse à l’activité physique et à l’état de sommeil ou de veille.
On l’a dit, la fréquence cardiaque peut être indiquée par un nombre moyen de battements cardiaques à la minute. Ce nombre, par exemple 70 b/m, est seulement une valeur moyenne, car en réalité le temps écoulé entre un battement cardiaque et l’autre n’est pas constant, mais change continûment.
La Heart Rate Variability (HRV) est une méthode pour mesurer et analyser la variabilité de la fréquence cardiaque et elle est d’une grande importance, car à partir de ces mesures il est possible de déduire un grand nombre d’informations; par exemple on peut évaluer le risque d’arythmie cardiaque et d’infarctus et même l’équilibre entre les systèmes nerveux sympathique et parasympathique.
La HRV est née dans le domaine de la cardiologie mais de nombreuses études scientifiques ont montré, ces dernières années, son importance comme indicateur dans d’autres secteurs
Cet appareil reçoit les impulsions provenant de la cage thoracique, il calcule le délai écoulé entre deux battements consécutifs et enregistre ces données sur SD-Card.
comme, par exemple, la psychologie, la psychiatrie, la psychothérapie, la médecine holiste et la médecine sportive; ce nombre de champs d’application possibles va croissant, les études cliniques sur la HRV publiées jusqu’ici touchent les domaines suivants:
• Cardiologie
• Hypnose
• Anxiété
• Stress
• Psychiatrie
• Psychothérapies
• Asthme
• Grossesse
• Diabète
• Surentraînement du sportif
De 1980 à aujourd’hui, ce sont environ 2130 publications dédiées à la HRV que l’on dénombre et les scientifiques qui s’y consacrent sont de plus en plus nombreux. La HRV est la variabilité naturelle de la fréquence cardiaque en réponse à des facteurs parmi lesquels figure le rythme de la respiration, les états émotionnels, comme l’anxiété, le stress, la colère, la relaxation, les pensées, etc.
Dans un coeur sain, la fréquence cardiaque répond rapidement à tous ces facteurs et se modifie en fonction de la situation vécue, afin de mieux adapter l’organisme aux diverses exigences auxquelles l’environnement nous soumet.
En général un individu sain présente un bon degré de variabilité de la fréquence cardiaque, c’est-à-dire un bon degré d’adaptabilité psychophysiologique aux différentes situations.La HRV est liée aux interactions entre les systèmes nerveux sympathique et parasympathique. En particulier, le système nerveux sympathique, quand il est activé, produit une série d’effets comme l’accélération du battement cardiaque, la dilatation des bronches, l’augmentation de la pression artérielle, la vasoconstriction périphérique, la dilatation pupillaire, l’augmentation de la sueur.
Les médiateurs chimiques de ces réponses végétatives sont la noradrénaline, l’adrénaline, la corticotropine et divers corticostéroïdes. Le système sympathique est la réponse normale de l’organisme à une situation d’alarme, de lutte, de stress.
Au contraire, le système nerveux parasympathique (appelé également activité vagale), quand il est activé, produit un ralentissement du rythme cardiaque, une augmentation du tonus musculaire bronchique, une dilatation des vaisseaux sanguins, une diminution de la pression artérielle, un ralentissement de la respiration, une augmentation de la relaxation musculaire; la respiration devient plus calme et plus profonde, les parties génitales, les mains et les pieds deviennent plus chauds.
Cela agit à travers le médiateur chimique par excellence qu’est l’acétylcholine. Le système parasympathique constitue la réponse normale de l’organisme à une situation de calme, de repos, de tranquillité et d’absence de danger et de stress. Notre corps, à tout moment, se trouve dans une situation déterminée d’équilibre ou de prédominance de l’un des deux systèmes.
La capacité de l’organisme à modifier son équilibre dans un sens ou dans l’autre, vers l’un ou l’autre système, est très importante et c’est un mécanisme fondamental qui tend à l’équilibre dynamique de l’organisme des points de vue physiologique et psychologique.
D’où la grande importance de disposer aujourd’hui d’un outil scientifique comme la HRV, capable d’évaluer l’état des systèmes nerveux sympathique et parasympathique. Grâce à l’analyse de Fourier, n’importe quel signal, même irrégulier, peut être décomposé en une somme de fonctions sinusoïdales de diverses périodes et phases.
Le spectre de puissance est une représentation synthétique des sinusoïdales composant le signal. Le spectre de fréquence d’une fonction sinusoïdale apparaît comme un pic unique de grande hauteur (toute la puissance du signal est concentrée sur une seule fréquence).
Si nous faisons une analogie avec le système auditif, une seule sinusoïde peut être considérée comme l’analogue d’un son pur, par exemple celui d’un diapason.Le spectre de fréquence d’un bruit blanc, par exemple le son provenant d’un téléviseur à la fin des
émissions, est complètement plat, ce bruit est appelé “bruit blanc” et il se caractérise par la présence de toutes les fréquences possibles (audibles ou pas).
L’analyse dynamique
du battement cardiaque
La fondation expérimentale de la dynamique et la définition de certains des concepts fondamentaux de la description dynamique des phénomènes comme le concept de vitesse et d’accélération remonte aux travaux de Galilée, alors que la fondation définitive d’un traitement mathématique des phénomènes dynamiques commence avec Newton.
Ce n’est pas par hasard si la naissance de la science moderne coïncide avec la fondation expérimentale et quantitative des concepts de la dynamique:
en effet, la possibilité d’une description temporelle des processus naturels a toujours été identifiée comme l’indice de l’entreprise scientifique.
La dynamique quantitative a résolu avec grand succès, au cours de ses trois premiers siècles d’existence, des problèmes se référant à des éléments plutôt simples comme le mouvement oscillatoire d’un pendule ou les orbites des planètes autour du soleil.
Pour ces phénomènes, les scientifiques ont fourni des descriptions mathématiques extrêmement claires et élégantes garantissant une capacité prédictive quasi absolue. Les autres phénomènes naturels en revanche se sont dérobés pendant des siècles aux tentatives d’une description dynamique exhaustive à cause de leur caractère irrégulier et donc difficilement prévisible.
Par exemple, les turbulences de l’hydrodynamique (en médecine des vortex se produisant dans la circulation sanguine), le temps (atmosphérique, la météo), mais encore la “simple” interaction gravitationnelle quand les corps intéressés par des interactions non négligeables sont en nombre supérieur à deux. Presque tous les systèmes intéressant l’univers biomédical tombent dans cette catégorie d’imprévisibilité essentielle; c’est là l’un des motifs qui expliquent la faible mathématisation des sciences du vivant.
Malgré cela, la science médicale a toujours entretenu un rapport étroit avec les descriptions dynamiques:
les maladies sont décrites en termes de “cours”, au sens d’écoulement du temps et la reconnaissance d’un état pathologique se résout en un “pronostic”, c’est-à-dire en une prévision de la vitesse avec laquelle on atteint un état stable (indépendant du temps) positif (guérison) ou négatif (mort).
L’approche dynamique a également eu une très grande importance pour la physiologie: le développement de l’organisme de l’embryon à la vieillesse et à la mort a été une des lignes principales de systématisation de la connaissance biomédicale. Enfin, il n’est pas douteux que l’analyse des signaux biologiques variables dans le temps comme l’électrocardiogramme ou l’électroencéphalogramme constituent une source irremplaçable d’informations sur l’état physiopathologique des systèmes cardiocirculatoire et nerveux.
conclution
Nous arrêtons là la description de la HRV: dans la troisième partie consacrée au logiciel utilisé pour l’analyse des informations nous reviendrons sur l’interprétation des données enregistrées.
Dans la deuxième nous décrirons le fonctionnement de principe et nous construirons l’appareil que nous avons mis au point et qui est dédié à l’enregistrement des séquences RR: schéma électrique, schéma d’implantation des composants et programme résident du microcontrôleur utilisé gérant l’appareil dans sa totalité.
Publié dans Electronique-Magazine N°_99_Novembre_2007
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