שונות קצב לב

שׁוֹנוּת קֶצֶב לֵב (באנגלית: Heart rate variability - HRV) היא התופעה הפיזיולוגית של שונות במרווח הזמן בין פעימות הלב. שונות קצב לב נמדדת לפי השונות במרווח בין פעימה לפעימה. מונחים נוספים בהם נעשה שימוש כוללים "שונות באורך מחזור" ו-"שונות R–R" (כאשר R היא נקודה המתאימה לשיא של גל האלקטרוקרדיוגרם (ECG); ו-RR הוא המרווח בין שני R עוקבים). שיטות אשר משמשות לזיהוי פעימות כוללות ECG, לחץ דם, בליסטוקרדיוגרמות ואות גלי הדופק הנגזר מפוטופלטיסמוגרף (PPG). ECG נחשב לתקן הזהב למדידת שונות קצב לב מכיוון שהוא מספק שיקוף ישיר של הפעילות החשמלית הלבבית. נמצא כי שונות קצב לב נמוכה היא משתנה מנבא לתמותה לאחר אוטם שריר הלב, אם כי מחקרים אחרים מצאו כי המידע בשונות קצב הלב שהוא רלוונטי להישרדות לאחר אוטם שריר הלב נכלל במלואו בקצב הלב הממוצע. ישנם תוצאות ומצבים רבים אשר עשויים להיות קשורים גם לשונות קצב לב (בדרך כלל נמוכה), כולל אי ספיקת לב, נוירופתיה סוכרתית, דיכאון לאחר השתלת לב, רגישות ל-SIDS והישרדות לקויה בפגים. בנוסף לשימוש במדידת קצב לב לצרכים קליניים, גם למדידת הערכים הספציפיים של שונות קצב הלב בטווח התקין יש ערך, במיוחד במחקר בתחומי הפסיכופיזיולוגיה והנוירוארגונומיה. מחקרים רבים עוסקים במדידת ותיעוד הטווח התקין של ערכים אלה. שונות קצב לב קשורה לתחומי הפסיכופיזיולוגיה והנוירוארגונומיה. לדוגמה, שונות קצב לב קשורה לעוררות רגשית. נמצא כי שונות קצב לב בתדר גבוה (HF) פוחתת בתנאים של לחץ זמן חריף ולחץ רגשי ומצב חרדה מוגבר, וככל הנראה קשורה לקשב ממוקד ועיכוב מוטורי. נמצא כי שונות קצב לב נמוכה אצל אנשים אשר מדווחים על רמת דאגה גבוהה. אצל אנשים עם הפרעת דחק פוסט-טראומטית (PTSD), שונות קצב לב ומרכיב ה-HF שלו (ראה להלן) מופחתים בעוד שהמרכיב בתדירות הנמוכה (LF) מוגבר. יתר על כן, חולי PTSD לא הראו תגובתיות של LF או HF להיזכרות באירוע טראומטי. הבדלים כמותיים סטטיסטיים נמצאו גם בקרב אנשים בריאים, אנשים עם דיכאון ובקרב אנשים עם פסיכוזה. ישנו מתאם בין מרכיבים שונים של שונות קצב לב לבין מצבים פסיכולוגיים שונים. מחקרים שונים מצאו מתאמים שונים בין דחק לבין מרכיבים שונים של שונות קצב הלב, כאשר רוב הממצאים מעידים על כך שכתוצאה מממצב מלחיץ ישנה עליה במדדי ה-LF והיחס LF/HF לעומת ירידה ב-HF, אם כי ישנם ממצאים מסוימים לכיוונים ההפוכים, כמו גם מחקרים שלא מצאו שינויים ברכיבים אלה במצבי דחק. חלון הזמן הרלוונטי למדידת דחק מצבי באמצעות שונות קצב לב הוא לפחות 10 שניות, כאשר בדרך כלל נדרש חלון בגודל של 30 שניות ויותר. מדדי שונות קצב לב נמצאים במתאם עם מדדים פסיכופיזיולוגיים ונוירוארגונומיים שונים, כגון כוח אחיזה, אלקטרואנצפלוגרם (EEG), מוליכות עור, קוטר אישון ועוד. האינטגרציה הנוירו-ויסצרלית היא מודל של שונות קצב לב אשר רואה במערכת העצבים האוטונומית המרכזית את מקבל ההחלטות של ויסות קוגניטיבי, התנהגותי ופיזיולוגי בהתייחס לרצף של הרגשות. מודל האינטגרציה הנוירו-ויסצרלית מתאר כיצד קליפת המוח הקדם-מצחית מווסתת פעילות במבנים לימביים אשר פועלים לדיכוי פעילות מערכת העצבים הפאראסימפתטית (PSNS) והפעלת מעגלי מערכת העצבים הסימפתטית (SNS). שונות בתפוקה של שני ענפים אלה של מערכת העצבים האוטונומית מייצרת שונות קצב לב ופעילות בקליפת המוח הקדם-מצחית יכולה לפיכך לווסת את שונות קצב לב. שונות קצב לב היא מדד של הפערים הלא עקביים בין פעימות הלב ומשמשת כמדד להיבטים פסיכולוגיים שונים. נמצא כי שונות קצב לב היא מדד למידת העוררות של מערכת העצבים הפאראסימפתטית ושל מערכת העצבים הסימפתטית. היבטים פסיכולוגיים שונים מייצגים את האיזון בין שתי ההשפעות הללו. למשל, שונות קצב לב גבוהה מייצגת ויסות תקין של רגשות, יכולת החלטה וקשב, בעוד ששונות קצב לב נמוכה משקפת את התופעות ההפוכות. מערכת העצבים הפאראסימפתטית פועלת להורדת קצב הלב, בעוד שמערכת העצבים הסימפתטית פועלת להגברת קצב הלב, אשר חשובה מכיוון שהיא חלה על המצבים הפסיכולוגיים השונים שהוזכרו לעיל. לדוגמה, שונות קצב לב גבוהה עשויה לשקף פעילות פאראסימפתטית מוגברת, בעוד ששונות קצב לב נמוכה עשויה לשקף פעילות סימפתטית מוגברת. רגשות נובעים מהשפעת האירוע ומשכו על האדם. היכולת לווסת רגשות חיונית לסביבות חברתיות ולרווחה הנפשית. שונות קצב לב שופכת אור על המרכיבים הפיזיולוגיים אשר קשורים לוויסות רגשי. נמצא כי שונות קצב לב משקפת ויסות רגשי בשתי רמות שונות, בזמן מנוחה ובזמן השלמת משימה. מחקרים הראו שאדם עם שונות קצב לב גבוהה יותר בזמן מנוחה יכול לספק תגובות רגשיות מתאימות יותר בהשוואה לאלה שיש להם שונות קצב לב נמוכה במנוחה. במחקר אמפירי נמצא כי שונות קצב לב יכולה לשקף ויסות רגשי טוב יותר על ידי אנשים עם שונות קצב לב גבוהה יותר במנוחה, במיוחד כשמדובר ברגשות שליליים. בעת השלמת משימה, שונות קצב לב נתונה לשינויים, במיוחד כאשר אנשים צריכים לווסת את הרגשות שלהם. בנוסף, הבדלים בינאישיים קשורים ליכולת לווסת רגשות. התגלה בעבר שחלק גדול מוויסות הקשב נובע מתכונות מעכבות, שמהוות את ברירת המחדל בפעולת קליפת המוח הקדם-מצחית. לתהליכים מלמעלה למטה של קליפת המוח הקדם-מצחית ישנן השפעות פאראסימפתטיות. כאשר השפעות אלו פעילות, יכולת הקשב עלולה להיפגע. לדוגמה, חוקרים הציעו ששונות קצב לב יכולה להוות מדד לקשב. למשל, קבוצת חוקרים גילתה שלאנשים עם חרדה גבוהה ושונות קצב לב נמוכה יש קשב לקוי. בהתאם לממצאי מחקר זה, הוצע גם כי קשב מוגבר קשור לשונות קצב לב גבוהה ולפעילות מוגברת של עצב הוואגוס. פעילות עצב הוואגוס משקפת את השינוי הפיזיולוגי של מערכת העצבים הפאראסימפתטית והסימפתטית. הפעילות מאחורי קליפת המוח הפרה-פרונטלית ומערכות העצבים הפאראסימפטטית והסימפתטית יכולה להשפיע על פעילות הלב. עם זאת, לא כולם מושפעים באותו אופן. סקירה שיטתית של שונות קצב לב ותפקודים קוגניטיביים העלתה ששונות קצב לב במנוחה יכולה לנבא הבדלים בינאישיים בביצועי הקשב. יתרה מזאת, שונות קצב לב הצליחה להעיד על תפקיד הקשב ועל רמת הביצועים, תוך תמיכה בשונות קצב לב גבוהה כמדד פסיכופיזיולוגי של קשב וביצועים מוגברים. הן רגש והן קשב עשויים להבהיר את האופן שבו שונות קצב לב משמשת כמדד לתהליכי החלטה. נעשה שימוש במחקר בשונות קצב לב כמדד ליכולות החלטה. נמצא כי הן רגש והן קשב קשורים ליכולות החלטה. כישורי החלטה לקויים קשורים לחוסר היכולת לווסת או לשלוט ברגשות ובקשב. יכולת החלטה מושפעת לרעה משונות קצב לב נמוכה ומושפעת לחיוב מרמות גבוהות יותר של שונות קצב לב. זאת ועוד, נמצא כי שונות קצב לב במצב מנוחה מהווה מנבא משמעותי של תפקודים קוגניטיביים כמו יכולת החלטה. נמצא כי שונות קצב לב נמוכה, מלווה במצבים פסיכולוגיים כגון חרדה, מובילה להחלטות גרועות. לדוגמה, קבוצת חוקרים מצאה ששונות קצב לב נמוכה היא מדד לאי-ודאות גבוהה יותר, אשר מוביל לכישורי החלטה לקויים, במיוחד בקרב אנשים עם רמות גבוהות יותר של חרדה. שונות קצב לב משמשת גם להערכת מיומנויות החלטה במשחקים בסיכון גבוה. התיאוריה הפוליוואגית היא דרך נוספת לתאר את המסלולים במערכת העצבים האוטונומית אשר מתווכים שונות קצב לב. התיאוריה הפוליוואגית מדגישה שלושה תהליכים עיקריים: תגובה לא פעילה לאיום סביבתי, תגובה פעילה לאיום סביבתי, ותנודה בין חיבור וניתוק לאיום סביבתי. תיאוריה זו, כמו אחרות, מפרקת את שונות קצב הלב על סמך מאפייני תחום התדרים. עם זאת, התאוריה שמה דגש רב על הפרעת קצב ועל העברתה על ידי מסלול עצבי משוער המובחן ממרכיבים אחרים של שונות קצב לב. ישנן עדויות אנטומיות ופיזיולוגיות לשליטה פוליוואגלית בלב. שונות במרווח בין פעימה לפעימה היא תופעה פיזיולוגית. הסינוס (אשר נקרא גם קשר הגת והפרוזדור) מקבל מספר קלטים שונים, כאשר קצב הלב המיידי או מרווח ה-RR והשונות שלו הם התוצאות של קלטים אלו. ירידה בפעילות מערכת העצבים הפאראסימפתטית או פעילות מוגברת של המערכת הסימפתטית תגרום להפחתת שונות קצב הלב. נמצא קשר בין פעילות בתדר גבוה (HF) (בטווח שבין 0.15 עד 0.40 הרץ) לפעילות פאראסימפתטית. פעילות בטווח זה קשורה להפרעת הקצב בסינוס הנשימה. קיים פחות ידע על התשומות הפיזיולוגיות של פעילות התדר הנמוך (LF) (בטווח שבין 0.04 עד 0.15 הרץ). למרות שבעבר נחשבה שונות קצב הלב כמשקפת פעילות סימפתטית, כיום מקובלת הסברה כי היא משקפת תערובת של מערכות העצבים הסימפתטית והפאראסימפתטית כאחד. פסיכופיזיולוגיה נוירוארגונומיה דופק C. Bruser, K. Stadlthanner, S. de Waele, S. Leonhardt, Adaptive Beat-to-Beat Heart Rate Estimation in Ballistocardiograms, IEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine 15, 2011-09, עמ' 778–786 doi: 10.1109/TITB.2011.2128337 Axel Schäfer, Jan Vagedes, How accurate is pulse rate variability as an estimate of heart rate variability?, International Journal of Cardiology 166, 2013-06, עמ' 15–29 doi: 10.1016/j.ijcard.2012.03.119 Emily Lam, Shahrose Aratia, Julian Wang, James Tung, Measuring Heart Rate Variability in Free-Living Conditions Using Consumer-Grade Photoplethysmography: Validation Study, JMIR Biomedical Engineering 5, 2020-11-03, עמ' e17355 doi: 10.2196/17355 J T Bigger, J L Fleiss, R C Steinman, L M Rolnitzky, R E Kleiger, J N Rottman, Frequency domain measures of heart period variability and mortality after myocardial infarction., Circulation 85, 1992-01, עמ' 164–171 doi: 10.1161/01.CIR.85.1.164 Robert E. Kleiger, J.Philip Miller, J.Thomas Bigger, Arthur J. Moss, Decreased heart rate variability and its association with increased mortality after acute myocardial infarction, The American Journal of Cardiology 59, 1987-02, עמ' 256–262 doi: 10.1016/0002-9149(87)90795-8 Eco J. C. de Geus, Peter J. Gianaros, Ryan C. Brindle, J. Richard Jennings, Gary G. Berntson, Should heart rate variability be “corrected” for heart rate? Biological, quantitative, and interpretive considerations, Psychophysiology 56, 2019-02 doi: 10.1111/psyp.13287 Fred Shaffer, J. P. Ginsberg, An Overview of Heart Rate Variability Metrics and Norms, Frontiers in Public Health 5, 2017-09-28 doi: 10.3389/fpubh.2017.00258 David Nunan, Gavin R. H. Sandercock, David A. Brodie, A Quantitative Systematic Review of Normal Values for Short-Term Heart Rate Variability in Healthy Adults: REVIEW OF SHORT-TERM HRV VALUES, Pacing and Clinical Electrophysiology 33, 2010-11, עמ' 1407–1417 doi: 10.1111/j.1540-8159.2010.02841.x Peter Nickel, Friedhelm Nachreiner, Sensitivity and Diagnosticity of the 0.1-Hz Component of Heart Rate Variability as an Indicator of Mental Workload, Human Factors: The Journal of the Human Factors and Ergonomics Society 45, 2003-12, עמ' 575–590 doi: 10.1518/hfes.45.4.575.27094 Peter Jönsson, Respiratory sinus arrhythmia as a function of state anxiety in healthy individuals, International Journal of Psychophysiology 63, 2007-01, עמ' 48–54 doi: 10.1016/j.ijpsycho.2006.08.002 Jos F. Brosschot, Eduard Van Dijk, Julian F. Thayer, Daily worry is related to low heart rate variability during waking and the subsequent nocturnal sleep period, International Journal of Psychophysiology 63, 2007-01, עמ' 39–47 doi: 10.1016/j.ijpsycho.2006.07.016 Hagit Cohen, Moshe Kotler, Mike A. Matar, Zeev Kaplan, Uri Loewenthal, Hanoch Miodownik, Yair Cassuto, Analysis of heart rate variability in posttraumatic stress disorder patients in response to a trauma-related reminder, Biological Psychiatry 44, 1998-11, עמ' 1054–1059 doi: 10.1016/S0006-3223(97)00475-7 H. Sabelli, J. Messer, L. Kovacevic, K. Walthall, Biotic patterns of heart rate variation in depressed and psychotic subjects, Nonlinear Dynamics, Psychology, and Life Sciences 15, 2011-01, עמ' 11–28 Giorgos Giannakakis, Dimitris Grigoriadis, Katerina Giannakaki, Olympia Simantiraki, Alexandros Roniotis, Manolis Tsiknakis, Review on Psychological Stress Detection Using Biosignals, IEEE Transactions on Affective Computing 13, 2022-01-01, עמ' 440–460 doi: 10.1109/TAFFC.2019.2927337 Tehila Hirsh, Yotam Sahar, Oren Musicant, Assaf Botzer, Shraga Shoval, Relationship between braking intensity and driver heart rate as a function of the size of the measurement window and its position, Transportation Research Part F: Traffic Psychology and Behaviour 94, 2023-04, עמ' 528–540 doi: 10.1016/j.trf.2023.03.013 Yotam Sahar, Tomer Elbaum, Michael Wagner, Oren Musicant, Tehila Hirsh, Shraga Shoval, Grip Force on Steering Wheel as a Measure of Stress, Frontiers in Psychology 12, 2021-06-07 doi: 10.3389/fpsyg.2021.617889 І. L. Popovych, O. V. Kozyavkіna, N. V. Kozyavkіna, T. A. Korolyshyn, Yu. S. Lukovych, L. G. Barylyak, Correlations between Indices of the Heart Rate Variability and Parameters of Ongoing EEG in Patients Suffering from Chronic Renal Pathology, Neurophysiology 46, 2014-04, עמ' 139–148 doi: 10.1007/s11062-014-9420-y Shadi Ghiasi, Alberto Greco, Riccardo Barbieri, Enzo Pasquale Scilingo, Gaetano Valenza, Assessing Autonomic Function from Electrodermal Activity and Heart Rate Variability During Cold-Pressor Test and Emotional Challenge, Scientific Reports 10, 2020-03-25 doi: 10.1038/s41598-020-62225-2 Contactless Measurement of Heart Rate Variability from Pupillary Fluctuations | IEEE Conference Publication | IEEE Xplore, ieeexplore.ieee.org Bradley M. Appelhans, Linda J. Luecken, Heart Rate Variability as an Index of Regulated Emotional Responding, Review of General Psychology 10, 2006-09, עמ' 229–240 doi: 10.1037/1089-2680.10.3.229 Julian F. Thayer, Esther Sternberg, Beyond Heart Rate Variability: Vagal Regulation of Allostatic Systems, Annals of the New York Academy of Sciences 1088, 2006-11, עמ' 361–372 doi: 10.1196/annals.1366.014 M. Malik, J. T. Bigger, A. J. Camm, R. E. Kleiger, A. Malliani, A. J. Moss, P. J. Schwartz, Heart rate variability: Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use, European Heart Journal 17, 1996-03-01, עמ' 354–381 doi: 10.1093/oxfordjournals.eurheartj.a014868 Vitaly Napadow, Rupali Dhond, Giulia Conti, Nikos Makris, Emery N. Brown, Riccardo Barbieri, Brain correlates of autonomic modulation: Combining heart rate variability with fMRI, NeuroImage 42, 2008-08, עמ' 169–177 doi: 10.1016/j.neuroimage.2008.04.238 Julian F. Thayer, Richard D. Lane, Claude Bernard and the heart–brain connection: Further elaboration of a model of neurovisceral integration, Neuroscience & Biobehavioral Reviews 33, 2009-02, עמ' 81–88 doi: 10.1016/j.neubiorev.2008.08.004 Sylvain Laborde, Emma Mosley, Julian F. Thayer, Heart Rate Variability and Cardiac Vagal Tone in Psychophysiological Research – Recommendations for Experiment Planning, Data Analysis, and Data Reporting, Frontiers in Psychology 08, 2017-02-20 doi: 10.3389/fpsyg.2017.00213 Julian F Thayer, Richard D Lane, A model of neurovisceral integration in emotion regulation and dysregulation, Journal of Affective Disorders 61, 2000-12, עמ' 201–216 doi: 10.1016/S0165-0327(00)00338-4 Kwang-Ho Choi, Junbeom Kim, O. Sang Kwon, Min Ji Kim, Yeon Hee Ryu, Ji-Eun Park, Is heart rate variability (HRV) an adequate tool for evaluating human emotions? – A focus on the use of the International Affective Picture System (IAPS), Psychiatry Research 251, 2017-05, עמ' 192–196 doi: 10.1016/j.psychres.2017.02.025 Gewnhi Park, Julian F. Thayer, From the heart to the mind: cardiac vagal tone modulates top-down and bottom-up visual perception and attention to emotional stimuli, Frontiers in Psychology 5, 2014-05-01 doi: 10.3389/fpsyg.2014.00278 Encarnación Ramírez, Ana Raquel Ortega, Gustavo A. Reyes Del Paso, Anxiety, attention, and decision making: The moderating role of heart rate variability, International Journal of Psychophysiology 98, 2015-12, עמ' 490–496 doi: 10.1016/j.ijpsycho.2015.10.007 Giuseppe Forte, Francesca Favieri, Maria Casagrande, Heart Rate Variability and Cognitive Function: A Systematic Review, Frontiers in Neuroscience 13, 2019-07-09 doi: 10.3389/fnins.2019.00710 Lorenza S. Colzato, Laura Steenbergen, High vagally mediated resting-state heart rate variability is associated with superior action cascading, Neuropsychologia 106, 2017-11, עמ' 1–6 doi: 10.1016/j.neuropsychologia.2017.08.030 Martin S. Shapiro, Rhanda Rylant, Amanda de Lima, Andrea Vidaurri, Herman van de Werfhorst, Playing a rigged game: Inequality's effect on physiological stress responses, Physiology & Behavior 180, 2017-10, עמ' 60–69 doi: 10.1016/j.physbeh.2017.08.006 Stephen W. Porges, The Polyvagal Theory: phylogenetic contributions to social behavior, Physiology & Behavior 79, 2003-08, עמ' 503–513 doi: 10.1016/S0031-9384(03)00156-2 Stephen W. Porges, The polyvagal theory: neurophysiological foundations of emotions, attachment, communication, and self-regulation, New York: W. W. Norton, 2011, The Norton series on interpersonal neurobiology, ISBN 978-0-393-70700-7 J.F. Thayer, Heart Rate Variability: A Neurovisceral Integration Model, Elsevier, 2009, עמ' 1041–1047, ISBN 978-0-08-045046-9. (באנגלית) Stephen W. Porges, The polyvagal perspective, Biological Psychology 74, 2007-02, עמ' 116–143 doi: 10.1016/j.biopsycho.2006.06.009 J. R. Haselton, I. C. Solomon, A. M. Motekaitis, M. P. Kaufman, Bronchomotor vagal preganglionic cell bodies in the dog: an anatomic and functional study, Journal of Applied Physiology 73, 1992-09-01, עמ' 1122–1129 doi: 10.1152/jappl.1992.73.3.1122 Philip J. Gatti, Tannis A. Johnson, V. John Massari, Can neurons in the nucleus ambiguus selectively regulate cardiac rate and atrio-ventricular conduction?, Journal of the Autonomic Nervous System 57, 1996-02, עמ' 123–127 doi: 10.1016/0165-1838(95)00104-2 H. E. Cooper, T. H. Clutton-Brock, M. J. Parkes, Contribution of the respiratory rhythm to sinus arrhythmia in normal unanesthetized subjects during positive-pressure mechanical hyperventilation, American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology 286, 2004-01, עמ' H402–H411 doi: 10.1152/ajpheart.00504.2003 George E. Billman, The LF/HF ratio does not accurately measure cardiac sympatho-vagal balance, Frontiers in Physiology 4, 2013 doi: 10.3389/fphys.2013.00026