Variabilità cardiaca (HRV): stress e performance

Tra le diverse metriche a disposizione di preparatori atletici, nutrizionisti e allenatori, per il monitoraggio del carico di lavoro e del recupero, la variabilità cardiaca (HRV) si è affermata negli ultimi anni come uno strumento di primaria importanza per valutare lo stato di stress dell’organismo

Infatti, la variabilità cardiaca non si limita a contare il numero di battiti al minuto, ma quantifica le fluttuazioni temporali che intercorrono tra i singoli battiti cardiaci successivi. Quindi, a differenza della semplice frequenza cardiaca media a riposo, la variabilità cardiaca riflette la risposta integrata del sistema nervoso autonomo alle sollecitazioni fisiche e ambientali. Scopriamola meglio in questo articolo di Alessandro Lonero. 

Cos’è la variabilità cardiaca e quali sono le sue basi fisiologiche?

Per comprendere l’utilità applicativa della variabilità cardiaca, occorre innanzitutto chiarire la distinzione tra la frequenza cardiaca a riposo e la variabilità cardiaca stessa. La frequenza cardiaca indica il numero totale di contrazioni del cuore in un determinato intervallo di tempo, comunemente pari a un minuto. Diversamente, la variabilità cardiaca misura la variazione dell’intervallo di tempo tra battiti cardiaci consecutivi. Infatti, anche in presenza di una frequenza cardiaca costante di 60 battiti al minuto, i singoli battiti non si verificano a intervalli regolari di un secondo esatto.

Il cuore possiede un proprio pacemaker intimo, rappresentato dal nodo sinoatriale, che genera impulsi elettrici ritmici. Qualora il cuore fosse privo di meccanismi esterni di regolazione, il nodo sinoatriale produrrebbe una frequenza intrinseca di circa 100 battiti al minuto. Inoltre, nel ritmo generato unicamente dal nodo sinoatriale non è presente alcuna variabilità cardiaca intrinseca.

Tuttavia, il ritmo cardiaco viene costantemente modulato dal sistema nervoso autonomo, la cui attività è coordinata dall’ipotalamo. Il sistema nervoso autonomo è composto da due branche funzionali contrapposte:

1. Il sistema nervoso simpatico: è responsabile della risposta di attacco o fuga (fight or flight) di fronte agli stressor.
2. Il sistema nervoso parasimpatico: è dedicato alle funzioni di riposo, recupero e conservazione dell’energia.

A riposo, la frequenza cardiaca della popolazione generale varia indicativamente tra i 60 e i 70 battiti al minuto, mentre negli atleti si registrano valori significativamente più bassi. Tale evidenza dimostra che, in condizioni di riposo, l’attività parasempatica è nettamente predominante. La trasmissione dei segnali dal cervello al cuore avviene attraverso il rilascio di specifici neurotrasmettitori. Il sistema parasimpatico utilizza principalmente l’acetilcolina, mentre il sistema simpatico impiega la noradrenalina.

Quando viene rilasciata l’acetilcolina, essa si lega ai recettori adiacenti al nodo sinoatriale e rallenta la frequenza cardiaca. Tale processo avviene con latenze nell’ordine dei millisecondi. Di conseguenza, il sistema parasimpatico è in grado di ritardare quasi istantaneamente il battito successivo, aumentando così la variabilità cardiaca. Inoltre, l’attività parasempatica è modulata dalla respirazione e aumenta durante la fase di espirazione. Per cui, la variabilità cardiaca fornisce informazioni fisiologiche peculiari che non sono rilevabili tramite la semplice frequenza cardiaca media. Infine, è opportuno notare che eventuali artefatti di misurazione o battiti ectopici alterano notevolmente la variabilità cardiaca, pur mantenendo un impatto trascurabile sulla frequenza cardiaca.

La fisiologia dello stress e il mantenimento dell’omeostasi

L’organismo umano rileva continuamente le sollecitazioni esterne e interne tramite i sistemi sensoriali e invia queste informazioni al cervello. La priorità biologica consiste nel mantenere lo stato di equilibrio interno, definito omeostasi, necessario per il corretto funzionamento dell’atleta e per la tutela della sua salute.

Gli stressor rappresentano perturbazioni dell’omeostasi che attivano risposte adattative attraverso il sistema nervoso autonomo. Di conseguenza, la fisiologia a riposo costituisce una misura indiretta dello stress fisiologico totale. La variabilità cardiaca si configura quindi come un marcatore altamente sensibile e globale. Infatti, la variabilità cardiaca riflette la somma algebrica delle sollecitazioni derivanti dall’allenamento, dalle malattie, dal consumo di alcol e dalle fluttuazioni ormonali del ciclo mestruale.

Protocollo in tre fasi per il monitoraggio della variabilità cardiaca

Per utilizzare in modo efficace i dati relativi alla variabilità cardiaca nel contesto dello sport professionistico, è necessario strutturare un protocollo metodologico suddiviso in tre passaggi chiave:

1. Raccogliere dati accurati.
2. Raccogliere dati significativi.
3. Interpretare il range di normalità individuale.

Fase 1: Raccolta di dati accurati

La tecnologia scelta deve offrire un livello di accuratezza sovrapponibile a quello dei sistemi di riferimento di laboratorio, come l’elettrocardiogramma (ECG) o le fasce cardio di livello medico. Ciò significa misurare correttamente gli intervalli RR (o gli intervalli PP nel caso di sensori ottici). Pertanto, è necessario utilizzare esclusivamente dispositivi o applicazioni validate scientificamente.

Tra gli strumenti validati in letteratura rientrano l’applicazione HRV4Training basata sulla fotocamera dello smartphone, l’anello Oura Ring, lo smartwatch Polar Vantage V2, l’Apple Watch e le fasce toraciche Polar H7 o H10.

Fase 2: Raccolta di dati significativi

L’accuratezza dello strumento risulta inefficace se la misurazione viene eseguita in momenti non idonei. La procedura standard validata consiste nel rilevare il dato al mattino appena svegli, in posizione rilassata, prima di consumare la colazione o svolgere attività fisica. In alternativa, le evidenze scientifiche indicano che la media dei dati raccolti lungo l’intera durata della notte è equivalente alla misurazione mattutina. Quindi, l’operatore può scegliere liberamente tra misurazione mattutina o notturna completa, a condizione di mantenere la massima coerenza nel tempo.

Al contrario, i dispositivi indossabili che misurano la variabilità cardiaca mediante campionamenti sporadici di soli 5 minuti durante la notte (come l’Apple Watch) forniscono dati rumorosi e poco utili. Infatti, durante il sonno si verificano ampie fluttuazioni di variabilità cardiaca legate al ritmo circadiano e alle differenti fasi del sonno.

Fase 3: Interpretazione del range di normalità e dello Smallest Worthwhile Change (SWC)

La variabilità cardiaca presenta un’elevata oscillazione fisiologica da un giorno all’altro. Per cui, interpretare ogni aumento come un segnale positivo e ogni calo come un segnale negativo è un errore concettuale. È invece necessario stabilire il range di normalità individuale dell’atleta, raccogliendo i dati storici per un periodo di alcune settimane.

In ambito scientifico, la variazione minima clinicamente rilevante prende il nome di Smallest Worthwhile Change (SWC). Di conseguenza, soltanto le variazioni della variabilità cardiaca che fuoriescono dal range di normalità dell’atleta devono essere considerate come reali variazioni fisiologiche meritevoli di attenzione.

Analisi comparativa: frequenza cardiaca vs variabilità cardiaca

Un imponente studio condotto da Altini e Plews su oltre 28.000 individui e 9 milioni di misurazioni ha confrontato le risposte della frequenza cardiaca a riposo e della variabilità cardiaca in presenza di diversi stressor.

I risultati hanno dimostrato una netta superiorità della variabilità cardiaca in termini di sensibilità:

• Intensità dell’allenamento: Di fronte a carichi di allenamento di varia intensità, la variabilità cardiaca ha evidenziato una variazione del 4.6%, a fronte di un modesto 1.3% rilevato per la frequenza cardiaca. Inoltre, la sensibilità della variabilità cardiaca allo stress da allenamento rimane inalterata con l’avanzare dell’età, mentre la risposta della frequenza cardiaca tende ad attenuarsi nei soggetti più anziani.
• Ciclo mestruale: Nel passaggio dalla fase follicolare a quella luteale, la frequenza cardiaca aumenta dell’1.6%, mentre la variabilità cardiaca subisce una riduzione del 3.2%.
• Alcol e Malattia: Lo stato di malattia e l’assunzione di alcol provocano variazioni da 3 a 4 volte superiori rispetto all’allenamento, con un aumento del 6% della frequenza cardiaca e una riduzione del 10-12% della variabilità cardiaca.

Considerando che le soglie pratiche di cambiamento significativo (SWC) sono pari al 2% per la frequenza cardiaca e al 3% per la variabilità cardiaca, si evince che le variazioni della frequenza cardiaca indotte dall’allenamento (1.3%) rimangono al di sotto della soglia di rilevabilità. Pertanto, la frequenza cardiaca a riposo non è sufficientemente sensibile per guidare il monitoraggio dei carichi quotidiani. Al contrario, la variabilità cardiaca supera la soglia del 3%, confermandosi un indicatore altamente reattivo. Tuttavia, occorre ricordare che la variabilità cardiaca è molto sensibile ma poco specifica, poiché risponde in modo aspecifico a qualsiasi forma di stress.

Prescrizione dell’allenamento guidata dalla variabilità cardiaca

L’applicazione pratica della variabilità cardiaca trova la sua massima espressione nella prescrizione dell’allenamento guidata dai dati fisiologici (HRV-guided training). Il principio fondamentale consiste nel somministrare gli stimoli ad alta intensità solo quando l’atleta si trova in una condizione di prontezza fisiologica.

Lo studio scientifico condotto da Alejandro Javaloyes e collaboratori ha dimostrato che un gruppo di atleti allenato con metodologia guidata dalla variabilità cardiaca ha ottenuto adattamenti e miglioramenti della performance superiori rispetto a un gruppo sottoposto a periodizzazione tradizionale. Infatti, gli autori attribuiscono questo risultato a una migliore scansione temporale dei carichi ad alta intensità, inseriti esclusivamente quando i valori di variabilità cardiaca dell’atleta non erano soppressi rispetto ai valori storici.

Viceversa, nei giorni in cui la variabilità cardiaca dell’atleta scende al di sotto del suo range di normalità, il preparatore deve introdurre la necessaria flessibilità nella programmazione, riducendo l’intensità della seduta. Per cui, l’adozione della variabilità cardiaca evita che l’accumulo di stress acuto sfoci in uno stato di affaticamento cronico e sovrallenamento.

Tabelle di sintesi scientifica e operativa

Di seguito, alcune tabelle che riassumono i principali concetti relativi alla variabilità cardiaca e al suo utilizzo

Confronto fisiologico e metodologico tra FC e HRV

Protocollo operativamente validato in tre fasi per il monitoraggio dell’HRV

Risposta percentuale della FC e HRV agli stressor

Vantaggi e limiti (Pro e Contro) del monitoraggio della Variabilità Cardiaca nello sport

Conclusioni

In sintesi, la variabilità cardiaca rappresenta uno strumento fisiologico di straordinario valore per preparatori atletici, allenatori e nutrizionisti sportivi. Poiché il sistema cardiaco è costantemente regolato dall’asse cervello-cuore tramite il sistema nervoso autonomo, la variabilità cardiaca riflette lo stato integrato di stress e recupero dell’atleta.

Tuttavia, per trarre benefici concreti è indispensabile adottare strumenti validati, raccogliere dati in momenti opportuni e interpretare le fluttuazioni esclusivamente in relazione al range di normalità individuale. Integrare l’allenamento guidato dalla variabilità cardiaca consente di dosare la somministrazione dei carichi ad alta intensità con la massima precisione, migliorando la prestazione sportiva e salvaguardando la salute dell’atleta nel lungo periodo.