На правах вводной статьи

В норме наш пульс в состоянии покоя не постоянен, его среднее значение может служить индикатором того, насколько наш организм адаптируется к тем нагрузкам, которые предшествовали этому состоянию покоя. В состоянии сна, пульс ниже всего. Утром он может быть выше, чем в периоды сна. В течении дня, даже во время отдыха, пульс обычно выше чем утром.

Так например, отслеживая пульс сразу после пробуждения можно относительно точно отслеживать степень усталости, накапливающейся в течении нескольких дней при серии тренировок, многодневных соревнований или сборов. Хотя это не очень точное измерение, потому как у некоторых людей это будет показателем не накопления усталости, а совпадения времени пробуждения и его биологических ритмов.

Более правильный способ — это измерять весь пульс ночью (а лучше 24/7) в течении тех периодов, когда важно следить за восстановлением, т.е. на сборах и многодневных гонках. Тогда по среднему пульсу за ночь и по его максимальному снижению хорошо видно, насколько организм способен адаптироваться к нагрузке.

Вот для примера, запись пульса в течении 36 часов после интенсивной тренировки (гонки).

В первую ночь пульс вначале держался ближе к 60 уд, постепенно снижаясь до 50. На следующий день в день активного отдыха ничего особенно интенсивного в нагрузке не было и на следующую ночь пульс вернулся к более привычным для состояния покоя (для конкретного человека) 39–42 уд/мин.

При этом, величина пульса говорит в основном только о величине адаптационных сдвигов в организме, характеризуя в основном энергообменные процессы, но не говорит об общей адаптации организма к нагрузочному стрессу.

За оценку уровня напряжённости отвечает вариабельность сердечного ритма. Но для начала по порядку. Напряжённость чего? Прежде всего уровень напряжения вегетативной нервной системы. Из курса физиологии мы помним, что:

Вегетативная нервная система (ВНС) — отдел нервной системы, регулирующий деятельность внутренних органов, желёз внутренней и внешней секреции, кровеносных и лимфатических сосудов и отвечает за постоянство гомеостаза (динамический баланс, постоянство внутренней среды организма).

Иначе говоря, это та часть нервной системы, которая обладает высокой степенью автономности и может работать без участия центральной нервной системы (ЦНС). Мы же не задумываемся пока спим, над тем как дышать, переваривать пищу, как должно биться сердце.

Что является индикатором уровня напряжения вегетативной системы? Проще всего и при этом достаточно точно определить уровень напряжения ВНС можно оценить по вариабельности сердечного ритма.

Что такое вариабельность? Это изменчивость. Как я уже сказал в начале, в состоянии покоя пульс не постоянен, он изменяется. Он изменяется настолько часто и настолько не сильно, что мы этого обычно не замечаем. Прежде всего что такое пульс? Это сокращения сердца, которое выталкивает кровь. Его принято измерять в количестве ударов (сокращений) сердца в минуту, но это очень грубая величина, с точки зрения математики, потому как происходит округление до целого и так не больших величин. Более точно о сердечном ритме говорит величина R‑R интервалов.

R‑R интервал, это время в миллисекундах между зубцами R на кардиограмме или время между соседними сокращениями желудочков сердца. Поскольку принято измерять эти интервалы с точностью не менее 1 мс (0,001 секунды), то это позволяет оперировать более точными параметрами описывающими работу сердца и сердечно-сосудистой системы (ССС)

Проще говоря, если мы говорим о R‑R интервале, мы оперируем не о том, сколько раз в минуту сердце сократилось, а сколько времени прошло между каждыми соседними сокращениями сердца. 

Ниже представлен график пульса и запись времени R‑R интервалов в состоянии покоя среднестатистического слабо тренированного тюленя (меня), в состоянии небольшой усталости и отсутствия формы. Как видно, из-за округления до целых значений пульс выглядит очень грубо и малоинформативно в плане статистической обработки и анализа. Масштаб времени по горизонтали 5 минут. 

Почему же пульс настолько колеблется, точнее сокращения сердца происходят с такой не регулярностью, а так волнообразно? Дело в том, что в состоянии покоя и отсутствии стресса сердечный ритм находится под управлением ВНС и наибольшее влияние на него оказывает дыхательный нервный центр. На картинке естественная дыхательная аритмия. Т.е. при совершении дыхания пульс на вдохе и на выдохе увеличивается и уменьшается. В данном случае, это именно тот вид аритмии, который является не просто нормой, а индикатором нормально работающей ВНС, выражающейся в таких вот волнообразных изменениях пульса.

Когда ВНС сильно напряжена, то управление сердечным ритмом начинают брать на себя высокоорганизованные центры коры и ствола головного мозга, т.е. на ритм большое воздействие начинает оказывать ЦНС, беря его под своё управление. И чем выше влияние ЦНС на ритм сердца, тем выше степень централизации управления ритмом, и сам ритм становится равномернее и строже. Сердце начинает сокращаться с одинаковыми промежутками времени и перестаёт реагировать на множество внутренних процессов. При этом величина ЧСС может не изменяться сильно.

Это происходит обычно, когда величина стресса превышает величину адаптационных сдвигов организма и организм не в состоянии полностью компенсировать уровень оказываемого на него воздействия. Это может быть стресс любого характера: гормональный, физический, психологический и т.д.

Для чего всё это?

Вариабельность сердечного ритма можно изобразить графически и посчитать математически.

Графически можно изобразить вариабельность в виде скатерограмм и гистограмм распределения.

Скатерограмма: берём по оси X время R‑R интервала номер n, а по оси Y время следующего интервала, т.е. n+1 и ставим точку. Далее сдвигаемся на один интервал и по оси X откладываем время интервала n+1, а по оси Y время интервала n+2 и т.д.

Получается вот такое облако точек. Чем больше вариабельность, тем больше это облако растянуто вдоль оси проходящей через начало координат и правым верхним углом. Чем ритм более строгий и вариабельность ниже, тем облако короче, точки кучнее и сильнее прижаты к диагональной оси. На величину растянутости прежде всего влияет дыхательный центр.

Растянутось облака в стороны от оси свидетельствует о других, не дыхательных факторах влияния на ритм и тоже является характеристикой вариабельности.

Вот для примера скатерограмма вариабельности средне-тренированного молодого спортсмена с высокой адаптационной способностью организма:

Облако точек весьма равномерное, но при этом размазано на достаточно большой плоскости графика. Здесь же представлена гистограмма распределения пульса.

А вот для примера скатерограма в состоянии сильного стресса:

Это я в декабре, после 10 минут лёгкой аэробной нагрузки и 30 минут отдыха, на фоне 2‑х месячного тотального недосыпа и тяжёлого психологического стресса. Всё облако плотно сжалось в мелкую кучку. Вариабельность близка к физиологическому минимуму.

Математически индекс напряжённости можно посчитать. Такой математически выраженный индекс называется индекс Баевского, по имени автора впервые его описавшего.

Я не буду пересказывать написанное, для углублённого изучения можно почитать в первоисточниках:
http://www.vestar.ru/article.jsp?id=1267
или вот ещё не плохой материал для осмысления:
https://www.trilife.ru/blogs/7958/variabelnost-serdechnogo-ritma/

Суть

Индекс Баевского — показатель напряжённости ВНС, показывает в числовом выражении насколько сильно ваш организм испытывает стресс и насколько сильно в процесс управления ССС вмешивается ЦНС. Чем больше цифра, тем больше стресс, тем меньше вариабельность ЧСС.

В норме, именно для канонического индекса Баевского, показатели составляют от 50 до 150. Именно в этих пределах можно говорить, что организм не испытывает стресса.

Значения ниже 50 могут говорить об аритмии и необходимо изучить природу этой аритмии.

От 150 до 250 — значения в этом диапазоне говорят о том, что организм испытывает воздействие, с котором вполне способен справляться в пределах привычных ему уровней адаптационных сдвигов, т.е. ничего страшного, обычная работа, возможно не самая лёгкая, но посильная.

250 – 400 — организм испытывает ощутимый стресс и величина воздействия уже превышает адаптационные сдвиги, сердечный ритм частично находится под управлением ЦНС, а сам организм использует внутренние резервы.

400 – 600 — сильный стресс или острая форма заболевания, вариабельность около физиологического минимума, организм живёт за счёт исчерпания внутренних резервов.

600 – 900 — состояние близкое к паталогическим изменениям в организме.

Если у спортсмена после отдыха, утром в состоянии покоя обнаруживается индекс в районе 250–400, то значит он находится в средне-начальной стадии перетренировки и ему нужен отдых. Если значение более 400 (утром, после сна в состоянии покоя), то это уже признак сильной перетренировки или серьёзного заболевания. В этом случае уже не может идти речь ни о каких тренировках.

Если у обычного человека, не спортсмена, в состоянии покоя индекс превышает 400, то это может говорить, например, о назревающем инфаркте либо тяжёлом хроническом заболевании.

После небольшой нагрузки у нетренированного человека вариабельность ЧСС всегда будет сильно снижаться и следовательно будет увеличиваться индекс стресса. Однако по мере отдыха вариабельность будет возвращаться.

У детей при медицинском осмотре, на приёме врача, индекс может повышаться до 600–800. Это обусловлено сильным волнением от самого медицинского осмотра.

У тренированных спортсменов даже после интенсивной нагрузки индекс не уходит далеко выше 250–400, а после отдыха возвращается в диапазон 50–150.

Для примера, у Никиты скатерограмма (выше, хорошая скатерограмма) на утро после многодневной гонки показала индекс 50, что говорит о том, что несмотря на ощущаемую усталость в ногах, он находится в прекрасной форме и его организм прекрасно адаптировался к нагрузке в рамках многодневной гонки.

Моя скатерограмма (плохая) говорит о том, что мне на фоне сильного психологического стресса и физической утомлённости хватило всего 10 минут лёгкой аэробной нагрузки и даже через 30 минут после этой нагрузки я находился в зоне паталогических изменений в организме. Мой индекс стресса составил 650. Я существовал исключительно на неизвестных мне до этого резервах организма.

Обе скатерограммы выше сделаны АнгиоСканом, не по ЭКГ, а методом фотоплетизмографии, по пульсовым волнам. Точность измерения именно R‑R интервалов в этом случае не хуже, чем по ЭКГ. При этом время измерения должно составлять не менее 3–5 минут.

Как измерять?

Всегда в состоянии покоя. Если вы хотите видеть динамику восстановления или перетренированности, то утром, в одно и тоже время, до еды. Это обязательно, потому что после еды ВНС слишком занята на утилизацию того, что вы в себя поглотили и даже пульс может быть на 5–10 ударов выше.

Самый классический вариант: лёжа, лежать 5 минут, никакой музыки, звуков, телевизора, смартфона, вообще ничего. Потом 5 минут лёжа измерять. Встать и делать второй замер стоя тоже 5 минут.

Если интересна реакция на определённую нагрузку, то измерять несколько раз: до нагрузки, через малое время после нагрузки и после небольшого отдыха. Например при оценке ССС и сосудов и общефункционального состояния я делаю 3 пробы: непосредственно до нагрузки, через 5 минут после определённой нагрузки и через 30 минут после нагрузки. Тренированный человек вернёт все показатели в норму через 30 минут гарантированно.

Альтернативные методы и более простые варианты

Разный современный софт предлагает в качестве показателя вариабельности сердечного ритма некий критерий HRV (который собственно и расшифровывается как вариабельность сердечного ритма). Однако разный софт использует не всегда те же методы, что и канонический индекс Баевского.

Например некий HRV считает программа для андроида pulsometr-RR (автор Aimar Mun). Это именно её белая скатерограмма выше. Для той скатерограммы она считает следующие показатели:

Здесь: AVNN — предположительно среднее время пар интервалов; SDANN, RMSSD — стандартное отклонение средних значений и квадратный корень из суммы квадратов разности пар интервалов. HRV — собственно показатель вариабельности. Насколько он коррелирует с каноническим индексом Баевского я не готов сказать, но можно ведя параллельные измерения оценить степень родства этих индексов. При этом другой софт даёт совершенно другие диапазоны показателей HRV.

Так же часть показателей умеет считать Golden Cheetah, например по записи 5 минутной, которая была в начале этого текста он насчитал следующие параметры:

Но здесь нет собственно HRV или индекса Баевского, а значения например RMSSD весьма сильно отличаются от приложения под андроид. Последние 2 скриншота — измерения делались одновременно с одного датчика пульса в одно и тоже время, следовательно набор данных полностью идентичен. При этом присутствует свой показатель: Recovery Points.

Ещё один не классический и не канонический индекс стресса предлагает сам Garmin в своих часах. Штатное приложение называется «Нагрузка» и оно есть на всех устройствах среднего и верхнего ценового диапазона. Работает оно просто: надо 3 минуты стоять неподвижно и расслаблено и на выходе будет некий показатель от 1 до 100%, чем выше цифра, тем выше стресс.

Очевидно, что все эти методы основаны на близкой математической модели и ими можно пользоваться не сравнивая показания между собой, а сравнивая изменения в динамике и в хронологии.

Старые часы Polar так же умели делать тест на основе вариабельности и показывали свои относительные попугаи, помогая сориентироваться в тренировочном процессе и избежать перетренировки. Я переводил статью с сайта Polar для своих часов:
http://velo100.ru/интерпретация_результатов_теста_polar_ownoptimizer

Что касается более профессиональных методов анализа вариабельности ЧСС, то там используется ещё дополнительно частотный/спектральный анализ значений и делается оценка влияний гуморально-метаболических механизмов, а так же активность и реактивность симпатического и парасимпатического отделов нервной системы. Но это уже другая история.

p.s. кстати, не только самые современные Garmin‑ы умеют записывать в файл тренировки значения R‑R интервалов, но и достаточно древние тоже, просто нет настройки которая это бы включала. Но эту настройку можно включить через специальный FIT-файл, подробнее написано здесь: https://support.firstbeat.com/en/support/solutions/articles/9000061051-how-to-upload-measurements-from-selected-garmin-devices

Я надеюсь, что у вас сложилось хотя бы самое примерное общее понимание того, что такое вариабельность ЧСС. В дальнейшем я постараюсь более подробно и детально остановиться на практических примерах измерения, анализа и расшифровки ситуаций, связанных с этим понятием в спорте.