← Gidsen over longevity & supplementen
Hoe hartslagvariabiliteit van ruis veranderde in je ochtendgetal
In 1963 publiceerde het American Journal of Obstetrics and Gynecology twee artikelen van Edward Hon en S. T. Lee direct na elkaar: pagina 804 tot 813, daarna 814 tot 826. Het eerste ging over het elektrocardiogram van de stervende foetus. Het tweede ging over de hartslagpatronen die aan foetale sterfte voorafgingen. Hon was een verloskundige aan Yale die eerst radio-ingenieur was geworden en pas daarna arts. Hij had een van de eerste systemen gebouwd die de hartslag van een baby tijdens de bevalling continu konden vastleggen.
Latere overzichten van dit werk wijzen allemaal op één waarneming. Voordat de foetus tekenen van nood liet zien, veranderden eerst de kleine verschillen in tijd van de ene slag naar de volgende. De gemiddelde hartslag was nog niet op een bruikbare manier veranderd. Het probleem verscheen in de ruimte tussen de slagen voordat het in de telling verscheen.
Meer dan tweehonderd jaar lang was dat kleine gewiebel een voetnoot. Fysiologen zagen het, maten het en gaven het een naam waardoor het als een fout klonk: sinusaritmie. Vandaag is datzelfde gewiebel een getal dat veel mensen vóór het ontbijt bekijken. Dit is het verhaal van hoe ruis een signaal werd. Het is ook het verhaal van wat er onderweg verloren ging, van een ziekenhuistape tot aan je pols.
Een paard, een hond en een voetnoot
Het eerste verslag is ouder dan de stethoscoop. In 1733 publiceerde de Engelse geestelijke en onderzoeker Stephen Hales Haemastaticks, zijn werk over bloeddruk bij dieren. Een historisch overzicht van George Billman noemt Hales de eerste die meldde dat de tijd tussen de slagen en de druk in de slagaders met de ademhaling stegen en daalden. Zijn proefdier was een paard dat bij bewustzijn was.
In 1847 bouwde de Duitse fysioloog Carl Ludwig de kymograaf, een beroete trommel die tijdens het draaien een drukcurve op papier vastlegde. Bij honden registreerde hij dat de pols versnelde als het dier inademde en vertraagde als het uitademde. Billman noemt dit de eerste gedocumenteerde registratie van respiratoire sinusaritmie. Het is hetzelfde ritme dat een moderne sensor elke nacht oppikt terwijl jij slaapt.
Daarna gebeurde er ongeveer een eeuw lang heel weinig. De bevinding was niet fout. Ze was gewoon niet interessant. Ademhaling veranderde de pols een beetje. Een gezond hart hield geen perfecte maat. Fysiologen zagen dit als een feit over de machinerie, zoals een automotor die op een helling op een iets andere toon bromt.
Waarom het gewiebel op ruis leek
De geneeskunde had goede redenen om het te negeren. Het grootste deel van de geschiedenis was de pols een frequentie: slagen geteld met een horloge gedurende vijftien seconden, daarna vermenigvuldigd met vier. Een frequentie is een gemiddelde, en een gemiddelde is juist bedoeld om de verschillen te verbergen tussen de dingen die het middelt. Zestig slagen per minuut kan zestig identieke tussenpozen van precies één seconde betekenen. Het kan ook tussenpozen betekenen die bij elke ademhaling een tiende seconde langer en korter worden. Je vingers op een pols kunnen dat verschil niet voelen.
Het snaargalvanometer-elektrocardiogram van Willem Einthoven, rond het begin van de twintigste eeuw ontwikkeld, maakte elke slag zichtbaar als een scherpe piek, de top die Einthoven R noemde. Voor het eerst kon de tijd tussen twee slagen met een liniaal worden gemeten in plaats van geschat. Maar vroege ECG-apparaten waren groot, stonden vast en werden gebruikt voor korte opnamen van een patiënt die stil lag. Een paar seconden papierstrook toont een hart in rust in een kliniek. Ze kunnen geen hart laten zien dat een hele dag leeft.
Er moesten twee dingen gebeuren voordat het gewiebel een meting kon worden. Iemand moest het hart urenlang opnemen, buiten de kliniek. En iemand moest laten zien dat het gewiebel veranderde wanneer er iets belangrijks gebeurde.
Een natuurkundige met een rugzak van 85 pond
Het eerste kwam uit Helena, Montana, en van een man die geen arts was. Norman Jefferis Holter had een masterdiploma in natuurkunde van UCLA en in scheikunde van de University of Southern California. Volgens de geschiedenis van de techniek door cardioloog Harold Kennedy werkte Holter eerst aan manieren om zenuwen zonder direct contact te prikkelen. Toen overtuigde een bezoek van de Bostonse cardioloog Paul Dudley White hem ervan dat het hart het belangrijkere probleem was.
Holter keerde in 1947 terug naar Helena. Eind jaren veertig verzorgden hij en zijn medewerker Joseph Gengerelli de eerste uitzending van een elektrocardiogram, per radio verstuurd vanuit een rugzakzender van ongeveer 85 pond (≈39 kg). De proefpersoon droeg hem tijdens het sporten. Het was een absurd ding, en het bewees het punt: het elektrische signaal van het hart kon samen met de persoon de kamer uit.
De transistor liet de rugzak krimpen. In 1961 beschreef Holter het resultaat in Science: een draagbare bandrecorder die langdurig een continu ECG kon vastleggen van iemand die actief was, met een afspeelmethode waarmee een arts de lange band snel kon doornemen. Hij gaf de uitvinding aan Bruce Del Mar, wiens bedrijf het eerste klinische systeem ontwikkelde. De ‘holter’ is nog steeds de naam voor dit soort opname.
Holters artikel uit 1961 gaat over het opnemen van het hart van actieve mensen, niet over variabiliteit. Maar zijn recorder leverde de grondstof die het variabiliteitsonderzoek nodig had: tienduizenden intervallen van slag tot slag uit één gewone dag.
De verloskundige die tussen de slagen luisterde
Het leven van Edward Hon lijkt voor dit probleem te zijn ingericht. Volgens een biografisch profiel op Neonatology on the Web werd hij in 1917 geboren in een dorp bij Guangzhou, in een Australisch-Chinese familie, en groeide hij op in Tenterfield, Australië. In 1942 behaalde hij een diploma aan de Marconi School of Wireless in Sydney. Daarna studeerde hij geneeskunde in Californië en ging hij naar Yale voor zijn opleiding tot verloskundige. Daar stelde hij een elektronicalab voor, en Yale financierde dat via een Markle Scholar-beurs.
In 1958 beschreef hij een systeem dat het foetale ECG tijdens de bevalling continu vastlegde. De artikelen met Lee uit 1963 volgden. Hun waarneming, zoals de internationale normen van 1996 en het overzicht van Billman die allebei weergeven, was dat veranderingen in de intervallen tussen slagen kwamen vóór elke duidelijke verandering in de hartslag zelf. De bronnen vertellen ons niet of Hon dit zag als een algemeen principe van de fysiologie of alleen als een praktisch waarschuwingssignaal op de verloskamer. Zijn gepubliceerde werk was praktisch. Hij deelde hartslagpatronen tijdens weeën in, en die indeling ligt nog steeds aan de basis van foetale bewaking.
Zijn werk leidde, samen met dat van Roberto Caldeyro-Barcia en Konrad Hammacher, in 1968 tot de eerste commerciële foetale monitor. Continue bewaking werd daarna in veel ziekenhuizen routine. Latere studies trokken in twijfel hoeveel dat routinegebruik de uitkomsten verbeterde. Een goed signaal leidt niet altijd tot een goede beslissing over wat je daarna doet. HRV leert die les steeds opnieuw.
Van voetnoot tot ochtendgetal
Tweeënhalve eeuw van het interval tussen twee slagen
Van een test aan het bed tot een powerspectrum
In de jaren zeventig begon het gewiebel in klinieken te werken. David Ewing en zijn collega’s in Edinburgh ontwikkelden eenvoudige tests aan het bed voor mensen met diabetes. Een patiënt ademde diep, ging staan of perste tegen een gesloten luchtweg, en de arts mat hoeveel het interval van slag tot slag veranderde. Een kleine verandering wees erop dat de zenuwen die het hart aansturen niet normaal reageerden. De tests waren goedkoop en snel, en ze maakten van een curiositeit een klinisch hulpmiddel.
In 1978 bekeek een Australische groep onder leiding van M. M. Wolf 176 patiënten die op een hartbewakingsafdeling waren opgenomen. Drieënzeventig van hen hadden sinusaritmie, gemeten aan de variatie in hun intervallen van slag tot slag bij opname. In die groep stierven minder mensen in het ziekenhuis. Het was een kleine studie. Het was ook de eerste keer dat de oude voetnoot werd gekoppeld aan een uitkomst die artsen niet konden negeren.
Toen kwamen de ingenieurs. In 1981 publiceerden Solange Akselrod en collega’s van MIT een kort artikel in Science dat powerspectrumanalyse toepaste op schommelingen in de hartslag. Een powerspectrum neemt een rommelig signaal en sorteert het in langzame, middelste en snelle ritmes, zoals een prisma licht splitst. Snelle schommelingen, die de ademhaling volgen, weerspiegelen vooral de nervus vagus, de belangrijkste ‘rem’ van het parasympathische stelsel. Langzamere schommelingen weerspiegelen een mix van invloeden. Voor het eerst leek het gewiebel een uitlezing van het zenuwstelsel zelf.
Die laatste zin is de zin die later de meeste correctie nodig had. We komen erop terug.
Het getal dat het beroemd maakte
In 1987 publiceerden Robert Kleiger, J. Philip Miller, J. Thomas Bigger en Arthur Moss het artikel dat hartslagvariabiliteit tot een bekende term in de cardiologie maakte. Ze onderzochten ongeveer 800 mensen die een acuut hartinfarct hadden overleefd. Bij ieder van hen was een 24-uurs-holteropname gemaakt. Daaruit berekenden de onderzoekers de standaarddeviatie van alle normale intervallen van slag tot slag over de dag. Die maat heet nu SDNN.
Zoals latere overzichten het samenvatten, hadden patiënten met een SDNN onder 50 milliseconden ongeveer 5,3 keer zoveel sterfte, over een gemiddelde follow-up van rond de 31 maanden, als patiënten boven 100 milliseconden. De bevinding was sterk, makkelijk te formuleren, en ze maakte van Holters banden een nieuw soort data.
Kijk wat dat getal was. Het kwam uit een hele dag opname, niet uit een meting van vijf minuten. Het kwam van mensen die net een hartinfarct hadden gehad, niet van gezonde mensen die een app bekijken. En het was een verband: lage variabiliteit markeerde een groep met een hoger risico. De studie testte niet of het verhogen van iemands SDNN iets zou veranderen. In hun overzicht uit 2017 stellen Fred Shaffer en J. P. Ginsberg precies die vraag over het trainen van mensen naar een hogere SDNN-categorie, en ze laten haar open. Ze is nog steeds open.
1996: het regelboek
Begin jaren negentig maten laboratoria ‘HRV’ op veel onverenigbare manieren. In 1996 publiceerden de European Society of Cardiology en de North American Society of Pacing and Electrophysiology een gezamenlijk Task Force-rapport in Circulation: normen voor meting, fysiologische interpretatie en klinisch gebruik. Het definieerde de maten, legde de frequentiebanden vast en beschreef twee soorten opname: korte van ongeveer vijf minuten en lange van 24 uur.
Het regelboek deed zijn werk. Resultaten van verschillende laboratoria konden eindelijk worden vergeleken. Maar een norm doet altijd twee dingen tegelijk. Hij maakt een meting overdraagbaar, en hij laat de versie die hij beschrijft lijken op de enige versie. De Task Force schreef haar regels vooral voor klinische opnamen op ECG-apparaten. Dertig jaar later bepalen die regels nog steeds de HRV-getallen die consumentenapparaten tonen.
Wat er wegviel bij het vereenvoudigen
De belangrijkste correctie kwam van de fysiologen. Het overzicht van Billman uit 2011 zet de problemen helder op een rij. HRV is een indirecte maat. Ze weerspiegelt het effect van het zenuwstelsel op de pacemaker van het hart, maar meet de zenuwactiviteit niet rechtstreeks. Het idee dat de langzamere ‘laagfrequente’ band het sympathische ‘gaspedaal’ meet, heeft geen stand gehouden, en de populaire LF/HF-‘balans’ staat nu sterk ter discussie. Zelfs het uitrekken van het eigen hartweefsel tijdens de ademhaling kan de intervallen veranderen zonder enige zenuwprikkel.
Ademhaling is de grootste variabele in de kamer. Langzamere, diepere ademhalingen vergroten het ademritme in de hartslag, soms flink. Billman merkt op dat veel studies bij mensen niet controleerden hoe deelnemers tijdens hun opnamen ademden. Shaffer en Ginsberg voegen toe dat een andere ademfrequentie binnen het normale bereik een veelgebruikte HRV-maat kan verschuiven zonder dat de gemiddelde hartslag verandert.
De duur van de opname telt net zo zwaar. Shaffer en Ginsberg stellen dat 24-uurs-, korte en ultrakorte waarden niet uitwisselbaar zijn, ook niet als dezelfde formule wordt gebruikt. Een lange opname bevat een hele dag werk, maaltijden, trappen en slaap. Een korte legt één rustig moment vast. Korte rustwaarden hangen slecht samen met 24-uurswaarden. Het getal dat HRV beroemd maakte, een SDNN over een hele dag bij overlevers van een hartinfarct, is dus niet het getal dat de meeste mensen nu zien.
Hoe het je pols bereikte
Het getal op de meeste wearables is een neef van dat van Kleiger, geen kopie. Meestal is het RMSSD: de wortel uit het gemiddelde van de gekwadrateerde opeenvolgende verschillen tussen slagen. RMSSD kijkt alleen naar hoeveel elke tussenpoos verschilt van de vorige. Daardoor is het gevoelig voor de snelle, aan de ademhaling gekoppelde veranderingen die vooral de nervus vagus weerspiegelen. Het is ook minder gevoelig voor de langzame verschuivingen die een 24-uurs-SDNN domineren.
Een rekenvoorbeeld
Zelfde hartslag, ander hart: wat RMSSD echt telt
Sport bracht RMSSD in het dagelijks leven. In 2013 schreven Daniel Plews, Paul Laursen en collega’s over topduursporters in Sports Medicine. Hun groep gebruikte de logaritme van RMSSD, ’s ochtends gemeten, om te volgen hoe sporters zich aan training aanpasten. In dat artikel en in Plews’ latere proefschrift was de praktische bevinding bescheiden en nuttig: weekgemiddelden zeiden veel meer dan welke losse ochtend ook. Een paar geldige metingen per week waren genoeg om de trend te zien, en één lage dag op zich betekende weinig. We schreven eerder over hoe dat idee uitgroeide tot HRV-gestuurde training.
De laatste stap was de sensor. De meeste polsapparaten lezen niet de elektrische R-golf van het hart. Ze lezen polsgolven optisch, door de huid, en schatten de intervallen uit die golven. Dat werkt het best als je stilligt, en daarom tonen de meeste wearables HRV van de nacht. Elke stap sinds 1963 maakte de meting makkelijker te krijgen. Elke stap bracht haar ook een beetje verder weg van de omstandigheden waarin haar betekenis voor het eerst was vastgesteld.
Waarvoor dit verhaal echt bewijs levert
Eerlijk gelezen ondersteunt de geschiedenis drie beweringen en weigert ze een vierde.
Ten eerste: het gewiebel is echte fysiologie, geen ruis van het instrument. Hales zag het bij een paard en Ludwig bij een hond. Een moderne sensor ziet het bij jou. Het snelle deel ervan weerspiegelt vooral de vagale rem op je hart, en het volgt je ademhaling.
Ten tweede: het gewiebel kan veranderen voordat het gemiddelde dat doet. Dat was Hons waarneming op de verloskamer, en daarom kan je HRV dalen na een korte nacht, een late zware maaltijd of een paar drankjes terwijl je rusthartslag nauwelijks beweegt. Het signaal is gevoelig. Het is niet specifiek. Een lage meting vertelt je dat er iets veranderde, niet wat er veranderde.
Ten derde: de betekenis hangt af van de methode. Vierentwintig uur, vijf minuten en één nacht zijn verschillende metingen. Je getal vergelijk je het best met je eigen getal, op dezelfde manier gemeten, op hetzelfde moment van de dag. Leeftijd verlaagt HRV, en gezonde mensen verschillen onderling sterk. De hogere score van een vriend zegt bijna niets over jou.
De bewering die de geschiedenis niet ondersteunt, is de bewering die het makkelijkst verkoopt: dat een hogere HRV een doel op zich is, en dat je langer leeft als je haar verhoogt. De bekende bevinding over sterfte kwam van overlevers van een hartinfarct, en het was een verband. Niemand heeft aangetoond dat het opdrijven van de HRV van een gezond mens zijn gezondheid op lange termijn verandert. Wees voorzichtig met elk product of plan dat belooft het getal te ‘boosten’. HRV is een thermometer voor je herstel, geen thermostaat.
Dat is de aanpak achter de Agen Band. De nachtelijke HRV is een afgeleide waarde, berekend met een optische sensor, en wordt getoond als trend ten opzichte van je eigen basislijn. Het is een welzijnssignaal om op te letten, geen medische meting en geen diagnose. Onze gids over wat readiness-scores meten gaat verder in op de details. Heb je een hartaandoening, of een meting die je zorgen baart, praat dan met je arts. Een schatting aan de pols is geen klinische test.
De kern
Tweehonderd jaar lang was de kleine variatie tussen hartslagen een voetnoot met de verkeerde naam. Er waren een rugzak van 85 pond, een verloskundige die eerst radio-ingenieur was geweest en een paar spectrale analyses nodig om te laten zien dat de tussenpozen informatie droegen die het gemiddelde niet had. Die geschiedenis geeft één regel: een getal is maar zo goed als de vraag die het beantwoordt. Negeer deze week je HRV van één dag. Kijk in plaats daarvan naar een gemiddelde over zeven dagen. Zie je een lage dag, schrijf dan op wat er de dag ervoor gebeurde: slaap, alcohol, een zware training, reizen, een late maaltijd. Binnen een maand leer je meer over je eigen patroon dan een grafiek van de bevolking je kan vertellen. Net als bij de formule 220 min je leeftijd en het doel van 10.000 stappen, is het bruikbare getal het getal dat je met jezelf vergelijkt.
