Correlation between cardiac autonomic modulation in response to orthostatic stress and indicators of quality of life, physical capacity, and physical activity in healthy individuals.
健康な人における起立ストレスに反応した心臓自律神経変調と生活の質、身体的能力及び身体的活動の指標との相関
Goncalves TR
J Strength Cond Res. 2015 May; 29(5):1415-21
DOI: 10.1519/JSC.0000000000000769
Abstract
Increased heart rate variability (HRV) at rest is frequently associated to maximal oxygen uptake (VO2max), physical activity, and markers of quality of life (QoL). However, the HRV has not been observed during physical exercise or orthostatic (ORT) challenge. This study investigated the associations of HRV changes (ΔHRV) from rest at supine (SUP) to ORT positions with (VO2max), physical activity level, and QoL in young adults. Cardiac autonomic modulation was assessed by spectral analysis of R-R time series measured from SUP to ORT positions in 15 healthy volunteers (26 ± 7 years). Questionnaires were applied for evaluation of QoL (SF-36 score), to estimate (VO2max), and to quantify physical activity (Baecke Sport Score). All HRV indices at SUP, but not ORT, strongly correlated to QoL, estimated (VO2max), and physical activity. The ΔHRV from SUP to ORT showed significant correlations with all questionnaire scores (r = 0.52-0.61 for low frequency and r = -0.61 to -0.65 for high frequency, p ≤ 0.05). Higher vagal activity at rest and greater changes in adrenergic and parasympathetic modulation from SUP to ORT were detected in the volunteers exhibiting higher scores of QoL, estimated (VO2max), and physical activity. Taken together, the level of neural adaptations from resting SUP position to active standing, and physical activity and QoL questionnaires seem to be a simple approach to understand the physiological and lifestyle adaptations to exercise that may be applied to a large sample of subjects in almost any sports facilities at a low cost. 休息時の心拍変動（HRV）の増加はしばしば最大酸素摂取量（VO2max）、身体活動及び生活の質（QoL）のマーカーに関連している。しかしながら、HRVは身体的運動あるいは起立（ORT）実験中には観察されていなかった。この研究は、若年成人の仰向けでの休息（SUP）からORTポジションまでのHRV変化（△HRV）と、（VO2max）、身体的活動及びQoLとの関連性を調査するものであった。心臓自律神経変調が１５名の健康なボランティア（２６±７歳）でSUPからORTポジションで測定されたR-R時系列のスペクトル分析によって評価された。アンケートがQoL(SF-36スコアー)の評価のために、（VO2max）の予測し、そして身体活動(Baecke Sport Score)を定量化するために行われた。ORTではなくSUPでのすべてのHRV指標が強くQoL、予測（VO2max）及び身体的活動に関連していた。SUPからORTの△HRVが全てのアンケート数値（r=0.52-0.61、低周波数及びr=-0.61から-0.65、高周波数、p≦0.05）に有意な相関を示した。休息時の迷走神経活性がより高く、SUPからORTでのアドレナリンの変化と副交感神経変調がより大きいことがQOL、予測（VO２max）及び身体的活動の値が高値を示したボランティアで検出された。ひとまとめにすると、休息時SUPポジションから能動立位までの神経順応のレベル、及び身体的活動とQoLのアンケートが低コストでほとんどのスポーツ施設で大規模な被験者に適応されるかもしれない運動への生理学的及び生活スタイルへの順応を理解するための簡単な方法のようである。 KEY WORDS
health
body position
intro
自律神経系（ANS）の交感神経枝および副交感神経枝の活性化または阻害のため、心拍数（HR）の自律神経調節は絶えず変化します。 ANSのHRの自発的変動への寄与は、心拍変動（HRV）として知られるHR時系列のスペクトル分析によって評価できます。この技術は、心臓の自律神経機能の非侵襲的で信頼できる評価を提供します。 スペクトル分析によって得られた自律神経マーカーは、多くの場合、安静時仰臥位（SUP）または座位（SIT）位置での記録から計算されます。実際、これらの条件で得られた自律マーカーは参照値として使用され、個人のHRの神経制御を反映しています。
文献は、安静時のHRVが加齢を通じて減少し、迷走神経活動が身体能力、身体活動、生活の質（QoL）のレベルの増加に関連していることを示しています。身体能力、身体活動、QoL（健康指標）、およびHRVの間のこれらの相関関係は、SUPでHRVを測定したときに得られました。自律型マーカーはSITの位置でも取得され、これらの値はSUPで測定されたHRVと同等かそれより低いと報告されています。 また、起立性（ORT）ポジションの間に、HRVインデックスと身体能力の間に有意な相関が見られるといういくつかの証拠があります。しかし、ORT位置で評価されたHRVとQoLのマーカー、身体能力、および身体活動との関連についてはほとんど知られていない。簡単な記事では、SUPからORTへの自律神経の変化を調査し、より多くの運動を行った個人との関連性を示しました。
自律神経操作（DHRV）の調整と健康指標との関係の可能性についてはまだ議論されているため、HRVの絶対値のみが通知された場合は見つからない追加情報が明らかになる可能性があります。体位をSUPまたはSITからORTに変更すると、自律神経バランスが交感神経優位にシフトし、身体能力、身体活動、およびQoLに関連して発生する安静時の措置と比較して、心臓への自律神経調節をより適切に説明できる調整が誘導されます。
実際のアプリケーションでは、体の位置の単純な変化によって引き起こされる自律神経調節を検証することが重要です。この自律神経の変動がQoL、身体能力、身体活動などの健康の指標に関連する場合。より高い心臓の自律神経調整は、より良い身体的パフォーマンスの指標となり、心血管パラメーター、身体的条件、およびライフスタイルの間の関連性をよりよく理解できるようになるかもしれません。 したがって、本研究の目的は、健康な被験者のQoL、習慣的な身体活動、および身体能力のマーカーを使用して、体位をSUPからSITに変更し、次にORTに変更するときにDHRVを相関させることでした。 QoL、身体活動、および身体能力のより高い指標を持つ個人は、ORTとSUPの位置間のHRVインデックスの違いにより、迷走神経とアドレナリンの両方で、より大きな心臓自律神経変調を示す場合があります。 METHODS
Experimental Approach to the Problem
本研究では、SUP、SIT、ORTの3つの異なる体位で変化する心臓自律神経変調を評価します。その後、QoL、身体能力、および身体活動に関するアンケートが適用されました。時間と周波数の両方のドメインの心拍変動指数は、各体位間で直接比較されました。 SUPからSIT、SITからORT、SUPからORTの絶対HRV値とDHRVマーカーは、QoL、身体能力、および身体活動指標と相関がありました。 参加者は、実験室環境への適応を可能にし、機器を調整するために、SUPの位置で10分間安静にしました。各位置（SUP、SIT、ORT）で20分間心拍数を記録しました。姿勢変更の操作後、ボランティアはアンケートに回答して、QoL、習慣的な身体活動、および身体能力を評価しました。
SUPおよびSITポジションでHRVを評価するために、手動傾斜のシート（Dentemed、Belo Horizonte、ブラジル）が使用されました。 SUPからSITへの変更、次にORTへの変更は手動で実行されました。 HRVは、体位の変化に関連するバイアスを回避するために、各位置の最後の10分間でのみ分析されました。心拍数は、R-Rモニター（RS810、Polar Electro Oy、オウル、フィンランド）を使用して心拍ごとに記録されました。実験全体は、午後14:00から16:00の午後、暦年の4月から8月にかけて、温度が22から24℃の静かな部屋で実行されました。
Subjects
この研究では、15人のボランティア（11人の男性）で、身体活動的ではなく（定期的な運動を行っていない）健康な人（26 ±7才、72.2 ±10.0 kg、172.1 ±8.3 cm、24.3 ±2.6 kg/m2 of BMI）、1日間の実験プロトコルを受けた。 参加者は、ANSまたは栄養補助食品を変更する薬を使用していませんでした。 すべてのボランティアは、試験前日の激しい身体活動（5代謝当量(METs)以上）を避け、良い睡眠をとり、試験の3時間前に通常の食事を摂り、飲まないように指示されました。 テスト当日にカフェインを含む飲料。 手順は、ヘルシンキ宣言に基づき、ヒトを含む研究に関する機関の地方倫理委員会によって承認され、すべてのボランティアは研究に参加する前にインフォームドコンセントを提供しました。
procedures
時系列R-R間隔は、アーティファクト除去の自動アルゴリズムによって分析され、ビートごとのR-R間隔シリーズは、キュービックスプライン補間を使用して200ミリ秒間隔の等間隔の時系列に変換されました。スペクトル分析は、カスタマイズされたアルゴリズム（Matlab 6.0; Mathworks Inc.、Natick、USA、USA）を使用した50％オーバーラップのハニングウィンドウであるウェルチ法による高速フーリエ変換を使用して処理されました。 時間領域分析は、RR間隔（すべての通常RR間隔の平均）、SDNN（すべての通常RR間隔の標準偏差）、NN50（通常のRR間隔が反対の50ミリ秒以上異なる）、pNN50（正常なRRの割合）の測定で構成されました隣接の50ミリ秒を超える間隔）、およびRMSSD（隣接する通常のRR間隔の連続する差の合計の平方根）。周波数領域では、パワースペクトル密度関数は、次の3つの古典的な周波数帯域に統合されました。（a）非常に低い周波数帯域（VLF：0.01– 0.04 Hz）、（b）低周波数帯域（LF：0.04–0.15 Hz） ）、（c）高周波帯域（HF：0.15–0.40 Hz）。 HFは、迷走神経調節の指標として使用されましたが、LFは、主に交感神経系の影響のパラメーターと見なされていました。スペクトル値は正規化単位（nu）で表され、各成分のパワーをVLF成分が減算された合計パワー（TP）で除算し、この値に100（LFnuおよびHFnu正規化されたLFおよびHFパワー、それぞれ）。 LF / HF比は、交感神経迷走神経バランスのマーカーとして採用されました。
QoL、習慣的な身体活動、および身体能力は、特定のアンケートによって評価されました。 QoLは、スコアが0から100までのSF-36アンケートを使用して定量化されました。SF-36のドメインは、機能ステータス（4ドメイン）、幸福（3ドメイン）、および全体の3つのカテゴリを定義するためにグループ化されています健康（1ドメイン）。全体的な健康状態（SF-36スコア）がQoLマーカーとして採用されました。 習慣的な身体活動および身体能力は、それぞれBaeckeらおよびẂısenらのアンケートによって評価されました。 Baeckeアンケートは、過去12か月以内の身体活動におけるエネルギー消費に関連するスコアを提供する、広く使用されている手段です。自宅、職場、およびスポーツやレジャーなどの自由時間で実行されるアクティビティのインデックスを提供します。この研究では、すべてのボランティアが家庭と仕事の活動に対して同様の価値を示したため、「スポーツ指標」のみが考慮されました。 Wisenアンケートを使用して、最大酸素摂取量（推定VO2max）を推定しました。このアンケートは、臨床および疫学的セットで心肺機能を推定するために頻繁に使用される非運動器具です。 Statistical Analyses
データの正規性は、単変量解析により承認されました。 すべてのデータは平均（SD）として表されました。 SUP、SIT、およびORT位置のHRVは、有意なF比の場合にテューキー事後検定が続く反復測定の分散分析によって比較されました。 自然対数法は、TP、VLF、LF、HFの周波数領域の変数を調整するために適用されました。 ピアソンの相関テストを適用して、HRVおよびDHRVとQoL、身体活動、および身体能力マーカーとの関連を検証しました。 すべての場合において、有意水準は0.05未満に設定され、計算はGraphPad Prism 5.0ソフトウェア（GraphPad Software Inc、San Diego、CA、USA）によって行われました。 15人の被験者のサンプルサイズは、研究に中程度の統計的検出力を提供します（ベータ= 0.86）。 Results
参加者の呼吸数（呼吸/分）は視覚的に評価され、3つの体位の間で有意差はありませんでした（SUP = 17.8±3.4、SIT = 18.1±4.1、ORT = 19.1±2.7、p> 0.05）。表1は、HRVの時間領域と周波数領域で取得したデータを示しています。 R-RとRMSSDのみが、SUPとSITの間で大きな違いを示しました（SUP> SIT、p <0.001）。ただし、ORTで評価されたHRVは、ほとんどすべての時間領域マーカーでSITおよびSUPと比較して有意に低かった（p <0.05）。周波数ドメインの比較では、lnHF、LFnu、HFnuのSUPとSITの間に有意な差が示されました（p <0.05）。 SITとORTの違いは、lnHF、LFnu、HFnu、およびLF / HFで検出されました（p <0.05）。最後に、SUPおよびORT条件で得られたマーカーを比較すると、lnVLFとlnLFのみに有意差はありませんでした。図1は、SUP、SIT、およびORTの位置でのLFnuとHFnuのパターンを示しています。 SUPからSITへの変化内で、HFnuで20％の減少、LFnuで交感神経指数の17％の増加が観察され、それぞれ迷走神経離脱と交感神経駆動の増加が示唆されました。 SUPからORTへの変更は、迷走神経指数の69％の減少（p <0.001）と交感神経指数の55％の増加（p <0.001）を引き起こしました。図1は、ANS-SIT、SIT-ORT、およびSUP-ORTからの変更内のDLFnuおよびDHFnuも示しており、ANSの両方のブランチの心臓自律神経変調の大きさの増加を示しています。 アンケートの平均（SD）結果は、SF-36スコア= 69.3（12.9）、Baecke Sportスコア= 3.33（0.79）、推定VO2max = 40.2（5.77）mL / kg / minでした。 表2は、HRVおよびDHRVとSF-36スコア、Baecke Sportスコア、および被験者の推定VO2maxとの相関関係を示しています。
SUP-ORTのSUPポジションとDHRVで評価された値について、最良の関連性が得られました。図2に、ORT-SUPからのDHRV間のデータの分散とアンケートの指標を示します。
DISCUSSION
本研究では、異なる体位（SUP、SIT、ORT）で評価されたHRVに反映される心臓への自律神経変調の変化と、QoLマーカー、習慣的な身体活動、および若い健康な成人の身体能力の関係を調査しました。結果は、これらのQoLおよび身体能力のマーカーと、SUPからSUPからORTおよびHRVへのDHRVとの間で最良の関連性が得られたことを示しました。
ORT変化または受動的傾斜テストに関連する安静時のHRVを調査した以前の研究では、時間領域と周波数領域の両方で、HRダイナミクスに対するアドレナリンおよび迷走神経の影響に関して、現在の研究と同様の結果が報告されました。トレンド除去された変動分析の非線形法を使用して、カスティリオーニらは、SUPからSITへのHRVインデックスの有意差を観察しました。さらに、これらの著者は、SUPからSITポジションに変更するとき、および運動中に、若い人と年配の人との間のHRVインデックスの違いを報告しました。
交感神経駆動が増加するため、SUP、SIT、およびORTポジションで安静時のHRVを評価することには違いがあります。これらの違いは、自律神経指標とQoL、身体活動、および身体能力のマーカーとの関連性の大きさに影響を与えた可能性があります。本研究では、SIT位置のHRVは推定VO2maxおよびBaecke Sportスコアと有意に関連していたが、係数はSUP位置で得られたものと比較して低かった。 ORTポジションのHRVはBaecke Sportスコアとのみ有意な相関を示し、推定VO2maxとQoLとは有意な相関を示しませんでした。しかし、安静時に測定されたHRVではなく、SUPからORTへのDHRVで最良の関連性が見つかりました。したがって、体位は、安静時のHRVと現在観察されているマーカーとの関連度に影響を与えています。さらに、DHRVは、特にSITおよびORTと比較して、安静時のみの評価よりも、すべてのマーカーとの関連性をよりよく説明する場合があります。明らかに、これらの結果は、将来の研究で実験プロトコルを設計する際に考慮されるべきです。
いくつかの以前の研究では、QoLと身体活動マーカーとHRVインデックスとの関連性を評価しました。 Buchheit et alは、61±4歳の身体的に活動的な成人がSF-36およびBaeckeアンケートでより高いスコアを示し、また活動の少ない相手と比較してHF /（LF + HF）比に反映されるより高い迷走神経活動を示した。同じグループによる別の研究では、最大有酸素フィットネスとHRVの間、およびBaeckeアンケートと運動後のHR回復の間の有意な関連性が示されました。 Sandercockらは、中程度から高度の習慣的な身体活動レベルを持つ個人は、身体活動レベルが低い個人と比較して、R-R間隔、SDNN、およびRMSSDが高いことを実証しました。 GilderとRamsbottomは、身体活動レベルが低いまたは高い72人の若い女性のORTテストに応答してDHRVを測定しました。 HRVは通常の運動量に関連すると報告されました。運動量が多い女性は、運動量が少ない女性よりもSUPからORT位置までのDHRVが大きく、SUP位置で安静時のHRVも大きくなりました。
本研究では、HRVとBaecke Sportスコア、特にDHRVとBaecke Sportスコアの間に有意な相関関係が見つかりました。したがって、スポーツインデックスが高い人ほど、姿勢ストレスのためにHRVが大きく、迷走神経調節の大きさが大きいと推測できます。したがって、以前の研究で仮定されたものとは反対に、習慣的な身体活動と自律神経調節の間に関係がありますが、他の結果を批准します。現在の結果は、SUPからORTに変更する際の姿勢ストレスは、自律神経変調と健康の指標との関連の有用なマーカーである可能性があることを示しています。
現在、DHRVとさまざまなアンケートのスコアとの間に相関関係があることも、QoL、身体活動、および身体能力の値が大きいボランティアのアドレナリン作動性および迷走神経の変調が増加することを示唆しています。推定VO2max、SF-36スコア、およびBaecke Sportスコアが高い被験者は、SUPから直立に変更する際に、迷走神経およびアドレナリン作動性の心臓変調をより良く調整できるようです。
Laitinenらは、グループ1（32〜39歳）、グループ2（40〜59歳）、グループ3（60〜77歳）のさまざまな年齢層で、SUPからORTに変化する位置でDHRVを調査しました。グループ1のみが、SUPからORTへの交感神経迷走神経バランスと迷走神経活動に有意な差を示しました。したがって、高齢者では、位置ストレス下でのアドレナリン作動性および迷走神経調節の調整メカニズムが損なわれる可能性があります。 Luciniらはまた、年配の被験者では若い被験者と比較してDHRVの低下を観察しています。
本研究には、強調しなければならない制限がいくつかあります。体位の順序はランダム化されておらず、SUPからSITの位置への変更が有効でした。筋肉の収縮とSITの位置を推定する努力の影響があるかもしれませんが、HRV分析は、20分以内に各体位で10分後に実行されました。ほとんどの研究者は、SUPからアクティブまたはパッシブ立ち上げへのORTチャレンジに対する自律的修正を調査しているため、現在のアプローチは他のアプローチと一致しており、文献で比較できる場合があります。
体力の良い人や若い人はHRVが高く、安静時の迷走神経の変調が増加することが知られており、身体運動と健康の予後を処方するための練習アプリケーションのツールとして機能します。本研究では、SUPとSITの位置間の交感神経-副交感神経のバランスの違いを定量化し、1つの体位で得られたHRVインデックスを他の体位で外挿して比較することを可能にしました。つまり、SIT位置では、標準化された単位でのLF成分の電力はSUPの場合よりも17％高く、また正規化された単位でのHF成分の電力はSUPと比較して約20％低くなります。さらに、単純なタスクでアクティブなスタンディングマヌーバーとして取得した絶対値ではなく変更を使用すると、コーチ、医師、および医師が容易に適用できるアンケートで得られた心臓の自律変調と健康の指標に関する貴重な情報が得られる場合がありますトレーナー。
要約すると、本研究は、体位の変化内でのHRの継続的な記録に沿った交感神経の増加と迷走神経の変調の減少を示し、SUPから活動的立位までの最大の大きさでした。 SUP位置および身体能力、身体活動、およびQoLでの安静時のHRVインデックスには、SIT位置よりも有意な相関がありました。 SUPとSITの位置の間には、比較のために考慮しなければならない自律マーカーのかなりの違いがあります。最良の関連性は、これらのマーカーとSUPからORT位置、さらにSUP位置までのDHRVとの間で観察されたものであり、これはさらなる研究プロトコルで考慮され、追加情報を提供します。これらの結果は、より高いQoL、習慣的な身体活動、および身体能力を示す被験者は、SUP位置にある安静時の心臓の迷走神経調節も高く、SUPから立位に変更する際のアドレナリンおよび副交感神経の調整が増加することを示唆しています。
PRACTICAL APPLICATIONS
アクティブスタンディングは、運動を必要とせずに心血管系の神経制御に挑戦するためのシンプルで実用的な操作です。現在のデータは、心拍自律神経調節のマーカーであるHRVと身体活動アンケートから得られた身体活動指標との強固な関連性を示した。
安静時のSUPポジションからアクティブな立ち位置への神経適応のレベルは、HRコントロールに関する関連情報を追加するようです。総合すると、アクティブスタンディング、身体活動、およびQoLアンケートは、ほとんどすべてのスポーツ施設の被験者の大規模なサンプルに低コストで適用できる運動に対する生理的およびライフスタイルの適応を理解するための簡単なアプローチのようです。