Heart rate variability and respiration analysis correlated with sport

Abstract

[ES] El deporte es un campo de estudio en auge en la actualidad y, por tanto, hemos de destacar la importancia que recae en el deber de investigar y aportar nuevas contribuciones en este ámbito. La monitorización de la variabilidad de la frecuencia cardiaca durante la práctica deportiva ha adquirido una relevancia significativa en los últimos años. En este estudio queremos determinar la existencia de una correlación entre la frecuencia cardiaca y la frecuencia respiratoria en el deporte. Para ello hemos analizado la actividad física de trece sujetos, registrando sus señales de ECG y respiración. Dichas señales fueron adquiridas mediante el uso de un dispositivo portátil llamado SMARTEX, cuya precisión y fiabilidad en la obtención de medidas han sido previamente documentadas en un artículo de investigación. El objetivo de este trabajo es evaluar dicha relación si existe, para conseguirlo realizamos un análisis espectral univariable y bivariable de las señales de variabilidad de la frecuencia cardiaca (HRV) y respiración. Los parámetros espectrales y de co-espectro de ambas señales fueron calculados tanto en baja como en alta frecuencia durante las distintas etapas del protocolo de estudio. Este enfoque nos permitió explorar de manera detallada la dinámica de la relación entre estas dos variables fisiológicas durante la actividad física. Los resultados revelaron que, en efecto, existen patrones distintivos de correlación entre la frecuencia cardiaca y la respiratoria, nos centramos en el efecto que tiene el respirograma sobre el tacograma. En el protocolo deportivo que seguimos, se observó que los valores medios de la potencia del respirograma sobre el tacograma sufren una disminución hasta llegan a la fase de jogging, y a partir de ella, vuelven a aumentar hasta alcanzar su máximo valor en la fase de recuperación. Por lo tanto, podemos afirmar que la frecuencia cardiaca se ve muy influida por la respiración. Esta investigación puede contribuir al conocimiento científico en el campo de la fisiología del deporte y tiene potenciales aplicaciones en medicina y salud deportivas.

[EN] Sport is currently a burgeoning field of study; therefore, it is important to highlight the necessity of research to further contribute to this area. Monitoring of heart rate variability during sports practice has acquired significant relevance in recent years. In this work, we aim to determine the existence of a correlation between cardiac and respiratory frequencies in sports. To achieve this, we have analyzed the physical activity of thirteen subjects, recording their ECG and respiration signals. These signals were acquired using a wearable device called SMARTEX, whose accuracy and reliability has been proven in previous research articles. The objective of this work is to assess the relationship, if exists. To achieve this, we performed a univariate and bivariate analysis of the HRV and respiration signal. The spectral and cross-spectral parameters of the signals were computed at low frequency and at breathing frequency (high frequency, HF) during different sport stages. This approach allowed us to explore the dynamics of the connection between these physiological variables during physical activity. The results revealed that there are indeed distinctive patterns of correlation between heart rate variability and respiratory rate, where we focused on the effect of the respirogram on the tachogram. In the sports protocol we followed, it was observed that the mean power values of the respirogram on the tachogram decreased until the jogging phase, and from here, they started increasing again, reaching their maximum value in the recovery phase. Therefore, we can state that heart rate is considerably influenced by respiration. This research can contribute to scientific knowledge in the field of sports physiology and has potential applications in sports medicine and health.