Heart rate variability in spinal cord injury

Colom Ribas Gabriel, Akaârir El ghourri Mourad, Gamundí Gamundí Antoni

University of the Balearic Islands. IUNICS. IDISBA. Mallorca, Spain

Corresponding authors

Colom Ribas Gabriel, gabriel.colom@uib.cat, Akaârir El ghourri Mourad, mourad.akaarir@uib.es, Gamundí Gamundí Antoni, antoni.gamundi@uib.es

Keywords: (((("Spinal Cord Injuries"[Mesh]) AND "Exercice"[Mesh]) AND "Cardiovascular System"[Mesh]) AND "Autonomic Nervous System"[Mesh]) AND "Heart Rate"[Mesh]

Introduction and objectives

Cardiovascular problems are the leading cause of morbidity and mortality in spinal cord injury (SCI), especially in high-level SCIs, where disruption of the sympathetic autonomic nervous system poses a significant challenge in rehabilitation. The study of heart rate variability (HRV) could help to assess sympathetic-vagal activity, predict overall patient status, quantify the effectiveness of cardiovascular rehabilitation, and individualise physical activity programmes based on the level and severity of injury.

Methods

An observational, retrospective cohort study was designed between two groups. The SCI group (LM) consisted of 8 male subjects with complete paraplegia, with injury levels between T1 and T5. The NO_SCI group (NO_LM) included 7 males with no known neurological and/or cardiovascular pathology. Variables were obtained under three conditions: Baseline, exercise, and recovery, determining tympanic temperature, blood pressure, oxygen saturation, and the heart rate variability signal in its linear, non-linear, and frequency parameters.

Results

Linear parameter analysis showed greater parasympathetic activity in the NO_LM group compared to the LM group, as indicated by the three indices, particularly during the baseline and recovery phases. Baseline SDNN with p=0.001 (t(13)=-4.140), recovery SDNN with p=0.001 (t(13)=-4.492), baseline rMSSD with p=0.001 (t(13)=-4.055), baseline pNN50 with p=0.009 (U(13)=-3.317), and recovery pNN50 with p=0.004 (U(13)=-3.248). In terms of frequency spectrum, the NO_LM group had statistically significant higher values in the low-frequency spectrum (NO_LM vs LM during exercise p=0.004 for t(13)=3.529 and during recovery p=0.008 for t(13)=-3.110). For non-linear parameters, the NO_LM group showed greater fluctuation (complexity) measured by DFA in α1 with significant differences during physical exercise compared to the LM group (p=0.020, t(13)=-3.807). Regarding sensitivity to initial conditions assessed by the Lmax parameter, significant differences were observed between both groups in the baseline condition (NO_LM vs LM group p=0.001, t(13)=4.743).

Discussion

Linear and non-linear analysis methods of HRV signal showed differences between the LM and NO_LM groups. The use of HRV signal could also have clinical utility in programming and adapting exercises according to the level of cardiovascular involvement, aiming to prevent undesirable cardiovascular events. The use of HRV signal as a biomarker for the autonomic nervous system opens new research avenues. One of the most promising areas of research is the study of neurocardiac interactions through vagus nerve stimulation.

La variabilidad del ritmo cardiaco en la lesión medular

Colom Ribas Gabriel, Akaârir El ghourri Mourad, Gamundí Gamundí Antoni

Universidad de las Islas Baleares. IUNICS. IDISBA. Mallorca, España

Autores para correspondencia

Colom Ribas Gabriel, gabriel.colom@uib.cat, Akaârir El ghourri Mourad, mourad.akaarir@uib.es, Gamundí Gamundí Antoni, antoni.gamundi@uib.es

Palabras clave: (((("Lesiones medulares"[Mesh]) AND "Ejercicio"[Mesh]) AND "Sistema cardiovascular"[Mesh]) AND "Sistema nervioso autónomo"[Mesh]) AND "Frecuencia cardiaca"[Mesh])

Introducción y objetivos

Los problemas cardiovasculares son la principal causa de morbi-mortalidad en la lesión medular, especialmente en las lesiones medulares altas, en las que la disrupción del sistema nervioso autónomo simpático supone un reto importante en la rehabilitación. El estudio de la variabilidad del ritmo cardiaco (VRC) permitiría evaluar la actividad simpático-vagal, predecir el estado general del paciente, cuantificar la eficacia de la rehabilitación cardiovascular y adaptar individualmente los programas de actividad física en función del nivel y severidad de la lesión.

Métodos

Se diseña un estudio observacional, de cohorte retrospectivo no randomizado entre dos grupos. Por una parte, el grupo LM (lesión medular) conformado por 8 sujetos varones afectados por una paraplejia completa, con niveles de lesión comprendidos entre T1 a T5. Por otra parte, el grupo NO_LM (no lesión medular) lo conforman 7 varones sin patología neurológica y/o cardiovascular conocida. Las variables se obtienen en tres condiciones: Basal, ejercicio y recuperación, determinando la temperatura timpánica, presión arterial, saturación de oxígeno y la señal de la variabilidad del ritmo cardiaco en sus parámetros lineales, no lineales y frecuenciales.

Resultados

En el estudio de los parámetros lineales se observa mayor actividad parasimpática en el grupo NO_LM en comparación con el grupo LM como indican los tres índices, especialmente durante las fases basal y recuperación. En SDNN basal con p= 0,001 (t(13)=-4.140), en SDNN recuperación con p= 0,001 (t(13)=-4.492), en rMSSD basal con p= 0,001 (t(13)=-4.055), en pNN50 basal con p=0,009 (U(13)=-3.317) y en pNN50 recuperación con p=0,004 (U(13)=-3.248). En cuanto al espectro de frecuencias, el grupo NO_LM obtiene valores superiores estadísticamente significativos en el espectro de bajas frecuencias (grupo NO_LM vs LM en ejercicio p=0,004 para t(13)=3.529 y en recuperación p=0,008 para t(13)=-3.110). En los parámetros no lineales el grupo NO_LM presenta una fluctuación (complejidad) medida con DFA en α1 con una significancia estadística mayor durante el ejercicio físico respecto al LM (p=0,020, t(13)=-3.807). En cuanto a la sensibilidad a las condiciones iniciales evaluadas con el parámetro Lmax, se aprecian diferencias significativas entre ambos grupo en el momento basal (grupo NO_LM vs grupo LM p=0,001, t(13)=4.743).

Discusión

Los métodos de análisis lineales y no lineales de la señal de la VRC muestran diferencias entre el grupo lesionado medular y no lesionado medular. El uso de la señal de VRC también tendría una utilidad clínica en la programación y adaptación de ejercicios en función del nivel de afectación cardiovascular, con el objetivo de prevenir eventos cardiovasculares no deseables. El uso de la señal de VRC como biomarcador del SNA abre nuevas líneas de investigación. Una de las líneas más interesantes es la que estudia las interacciones neurocardiacas a través de la neuroestimulación del nervio vago.