Rapid adjustments to autonomic control of cardiac rhythm at the onset of isometric exercise in healthy young adults.

Sympathetic nervous system (SNS) and parasympathetic nervous system (PNS) influences on cardiac rhythm at the onset of exercise, a time of rapid autonomic adjustments, are clinically important areas of investigation. Continuous wavelet transform (CWT) involves time-frequency-based heart rate variability (HRV) analysis allowing investigation of autonomic influences on cardiac rhythm during short durations of exercise. Therefore, the purpose of this study was to characterize SNS and PNS influences on cardiac rhythm at the onset of isometric exercise in healthy young adults. CWT analysis was retrospectively applied to R-R interval data (electrocardiogram) previously collected from 14 healthy young adults (26 ± 2 years) who performed 30-s, one-legged, isometric, calf exercise at 70% maximal voluntary contraction (MVC; 70% MVC trial) or rested (0% MVC trial). Absolute and normalized low-frequency (aLF, nLF; 0.04-0.15 Hz) and high-frequency (aHF, nHF; 0.15-0.4 Hz) bands and LF/HF were used to analyze one 30-s baseline period and six 5-s time windows during the 30-s exercise (70% MVC) or rest (0% MVC). Statistical analysis involved two-way analysis of variance with post-hoc analysis. aHF, aLF, LF/HF, nHF, and nLF displayed a trial-time interaction (all p ≤ 0.027). In the 70% compared to the 0% MVC trial, aHF and nHF were lower after 5-30 s (all p ≤ 0.040), aLF was lower after 20-30 s (all p ≤ 0.011) and LF/HF and nLF were higher after 5-20 s (all p ≤ 0.045). These results indicate the reduction of the PNS influence on cardiac rhythm begins sooner than the augmentation of the SNS influence at the onset of isometric exercise in healthy young adults.

Blood Pressure Prediction Using Ensemble Rules during Isometric Sustained Weight Test.

BACKGROUND: Predicting beat-to-beat blood pressure has several clinical applications. While most machine learning models focus on accuracy, it is necessary to build models that explain the relationships of hemodynamical parameters with blood pressure without sacrificing accuracy, especially during exercise. OBJECTIVE: The aim of this study is to use the RuleFit model to measure the importance, interactions, and relationships among several parameters extracted from photoplethysmography (PPG) and electrocardiography (ECG) signals during a dynamic weight-bearing test (WBT) and to assess the accuracy and interpretability of the model results. METHODS: RuleFit was applied to hemodynamical ECG and PPG parameters during rest and WBT in six healthy young subjects. The WBT involves holding a 500 g weight in the left hand for 2 min. Blood pressure is taken in the opposite arm before and during exercise thereof. RESULTS: The root mean square error of the model residuals was 4.72 and 2.68 mmHg for systolic blood pressure and diastolic blood pressure, respectively, during rest and 4.59 and 4.01 mmHg, respectively, during the WBT. Furthermore, the blood pressure measurements appeared to be nonlinear, and interaction effects were observed. Moreover, blood pressure predictions based on PPG parameters showed a strong correlation with individual characteristics and responses to exercise. CONCLUSION: The RuleFit model is an excellent tool to study interactions among variables for predicting blood pressure. Compared to other models, the RuleFit model showed superior performance. RuleFit can be used for predicting and interpreting relationships among predictors extracted from PPG and ECG signals.

Dinámica no lineal de la regulación autonómica cardiovascular durante la prueba del peso sostenido en pacientes con diabetes mellitus tipo 2 / Nonlinear dynamics of cardiovascular autonomic regulation during the sustained weight test in patients with type 2 diabetes mellitus

Resumen Introducción: La dinámica no lineal de la regulación autonómica cardiovascular a partir de la variabilidad de la frecuencia cardiaca no ha sido previamente estudiada en pacientes con diabetes mellitus tipo 2 mediante la prueba del peso sostenido como inductor de hiperreactividad cardiovascular. Objetivo: Determinar las variaciones en la dinámica no lineal de la regulación autonómica cardiovascular durante la prueba del peso sostenido en pacientes con diabetes mellitus tipo 2. Método: Estudio cuasiexperimental, antes-después, con grupo control, realizado en junio-agosto de 2018 en la Facultad No. 1 de Medicina de Santiago de Cuba. Se trabajó con 15 pacientes que padecían diabetes mellitus tipo 2 sin otra enfermedad asociada y 15 sujetos sanos, a quienes se les aplicó la prueba del peso sostenido. Resultados: En los pacientes con diabetes mellitus, al realizar la prueba del peso sostenido se produjo un aumento significativo en la presión arterial sistólica, diastólica y media, y en la frecuencia cardiaca. En la entropía muestral, parámetro que evalúa la adaptabilidad de los sistemas, se produjo una disminución significativa (2.28 ± 0.33 vs. 1.83 ± 0.47 ms; p = 0.003143). El valor del estadístico C de la entropía muestral en estado basal quedó establecido en 0.973, siendo la variable con mayor capacidad predictiva. Conclusiones: Durante la prueba del peso sostenido en los pacientes con diabetes mellitus tipo 2 se produjo una disminución de la complejidad de la regulación autonómica cardiovascular; la entropía muestral basal constituyó el indicador de mayor eficacia en la identificación de alteraciones autonómicas cardiovasculares.

Abstract Introduction: The analysis of non-linear dynamics of cardiovascular autonomic regulation based on heart rate variability has not been previously studied in patients with type 2 diabetes mellitus using the sustained weight test as an inducer of cardiovascular hyperreactivity. Objective: To determine the variations in the non-linear dynamics of cardiovascular autonomic regulation during the sustained weight test in patients with type 2 diabetes mellitus. Method: A quasi-experimental, before-after study with a control group, from June-August 2018, at the No. 1 School of Medicine in Santiago de Cuba. We worked with 15 patients suffering from type 2 diabetes mellitus without other associated disease and 15 healthy subjects, to whom the sustained weight test was applied. Results: In patients with diabetes mellitus, when performing the sustained weight test, there was a significant increase in the hemodynamic parameters TAS, TAD, TAM and FC. In the sample entropy, a parameter that evaluates the adaptability of the systems, there is a significant decrease (2.28 ± 0.33 vs. 1.83 ± 0.47 ms; p = 0.003143). The value of the C statistic of the sample entropy at baseline was established at 0.973, being the variable with the highest predictive capacity. Conclusions: In patients with type 2 diabetes mellitus during the sustained weight test, there was a decrease in the complexity of cardiovascular autonomic regulation, the basal sample entropy was the indicator of greater efficacy in the identification of cardiovascular autonomic alterations.

Índice tobillo-brazo obtenido mediante fotopletismografía como marcador de insuficiencia arterial periférica asintomática en pacientes prehipertensos

RESUMEN Introducción: La enfermedad arterial periférica (EAP) puede presentarse de forma asintomática, de ahí la necesidad de su diagnóstico para evitar complicaciones. Objetivo: Determinar la presencia de enfermedad arterial periférica mediante el índice tobillo-brazo obtenido por fotopletismografía en pacientes prehipertensos. Método: Se realizó un estudio descriptivo de corte transversal, en un universo constituido por los 35 pacientes mayores de 18 años, con diagnóstico presuntivo de prehipertensión arterial, del Consultorio 2 perteneciente al Policlínico Universitario Josué País García de Santiago de Cuba. Para medir el índice tobillo-brazo se empleó el pletismógrafo digital ANGIODIN® PD 3000. Resultados: El 100% de los pacientes carecía de síntomas de EAP, pero al realizar la medición del índice tobillo-brazo se encontró que el 51,43% de ellos tenía signos de esta enfermedad. La EAP fue más frecuente en hombres (52,94 vs. 50,0%), sin que se encontraran diferencias estadísticas significativas (p>0,05). Conclusiones: El índice tobillo-brazo obtenido mediante fotopletismografía resultó útil para determinar la presencia de enfermedad arterial periférica asintomática en pacientes prehipertensos. Se identificó una alta incidencia de la enfermedad, con mayor frecuencia en el sexo masculino.

ABSTRACT Introduction: Peripheral artery disease (PAD) may present with no symptoms at all, hence the need for diagnosis to avoid complications. Objective: To determine the presence of peripheral artery disease by means of the ankle-brachial index obtained by photoplethysmography in prehypertensive patients. Method: A descriptive cross-sectional study was carried out in a population of 35 patients over 18 years of age, with a presumptive diagnosis of prehypertension, belonging to the Family Doctor's Office 2 from the Policlínico Universitario Josué País García in Santiago de Cuba. The ANGIODIN® PD 3000 digital plethysmograph was used to measure the ankle-brachial index. Results: None of the patients had symptoms of PAD, but after measuring the ankle-brachial index, 51.43% of them were found to have signs of this disease. Peripheral artery disease was more frequent in men (52.94 vs. 50.0%), with no significant statistical differences (p>0.05). Conclusions: The ankle-brachial index obtained by photoplethysmography was useful in determining the presence of asymptomatic peripheral artery disease in prehypertensive patients. A high incidence of the disease was identified, with a higher frequency in the male sex.

Diferencias en los parámetros lineales del balance autonómico basal entre estudiantes de medicina y atletas juveniles de béisbol / Differences in linear parameters of the basal autonomic balance between medical students and young baseball players

RESUMEN Introducción: La modulación autonómica cardiovascular puede ser considerada como una herramienta útil en la determinación del estado fisiológico de la interacción entre los sistemas nervioso autónomo y cardiovascular. Objetivo: Determinar las diferencias en los parámetros lineales del balance autonómico basal entre estudiantes de medicina y atletas juveniles de béisbol. Método: Se realizó un estudio analítico de tipo transversal en el Laboratorio de Ciencias Básicas Biomédicas de la Facultad Nº. 1 de la Universidad de Ciencias Médicas de Santiago de Cuba. Universo y muestra de 36 individuos (Grupo 1: 18 atletas juveniles de béisbol de alto rendimiento, Grupo 2: 18 estudiantes de medicina). Los datos fueron recolectados mediante de polígrafo PowerLab de 8 canales, y fueron procesados usando el software Kubios® versión 3.0.4 Premium. Resultados: Existieron diferencias significativas en los valores de pNN50 (p=0,009), índice de estrés (stress index [p=0,044]), y en los índices parasimpático (p=0,005) y simpático (p=0,001) entre estudiantes y atletas. La capacidad discriminatoria del índice parasimpático para asociarse con la mejor forma física de los atletas fue buena (área bajo la curva 0,784). El punto de corte óptimo por encima del cual el índice parasimpático se asocia al grupo de los atletas, quedó establecido en 0,57. Conclusiones: El índice parasimpático se asoció con el grupo de atletas, lo que evidencia el predominio vagal en la modulación de la actividad cardíaca en los sujetos de este grupo.

ABSTRACT Introduction: Cardiovascular autonomic modulation can be considered a useful tool in determining the physiological state of the interaction between the autonomic nervous system and the cardiovascular system. Objective: To determine the differences in linear parameters of the basal autonomic balance between medical students and young baseball players. Method: A cross-sectional analytical study was carried out in the Biomedical Basic Sciences Laboratory, Faculty No.1, of the Universidad de Ciencias Médicas in Santiago de Cuba. The population and sample consisted of 36 individuals (Group 1: 18 high-performance young baseball athletes, Group 2: 18 medical students). Data was collected using an 8-channel PowerLab polygraph and it was processed using the Kubios® Software version 3.0.4 Premium. Results: There were significant differences in the values between students and athletes: pNN50 (p=0.009), stress index (p=0.044) and in parasympathetic (p=0.005) and sympathetic (p=0.001) indexes. The discriminatory ability of the parasympathetic index to be associated with the best physical fitness of the athletes was good (area under the curve 0.784). The optimum cut-off point above which the parasympathetic index is associated with the group of athletes was set at 0.57. Conclusions: The parasympathetic index was associated with the group of athletes, showing the vagal predominance in the modulation of cardiac activity in the individuals belonging to this group.

Respuesta autonómica cardiovascular durante la prueba isométrica cubana del peso sostenido / Cardiovascular autonomic response during the Cuban dynamic weight-bearing test

RESUMEN Introducción: La prueba del peso sostenido (PPS) es un ejercicio isométrico cubano, similar a la de handgrip, de mucha utilidad para inducir modificaciones hemodinámicas que permiten identificar la hiperreactividad cardiovascular en poblaciones de riesgo. Sin embargo, los cambios en la respuesta autonómica cardiovascular durante la PPS no se encuentran totalmente dilucidados. Objetivo: Determinar la respuesta autonómica cardiovascular durante la prueba isométrica cubana del peso sostenido. Método: Estudio cuasi-experimental (crossover) con 16 sujetos sanos, donde se evaluaron la presión arterial y la variabilidad de la frecuencia cardíaca, 5 minutos antes (reposo) y durante la PPS (2 minutos de maniobra y 3 minutos de recuperación), a través del análisis frecuencial (Fourier) y en tiempo-frecuencia (wavelet) de las bandas de altas (HF: 0,15-0,4 Hz) y bajas frecuencias (LF: 0,04-0,15 Hz), así como el análisis temporal y no-lineal (entropía de Shannon) de la serie de intervalos RR. Resultados: Aunque no existieron diferencias significativas (p>0,05) en los indicadores temporales (SDNN, RMSSD, pNN50), ni en los frecuenciales (LF, HF, LF/HF), se encontraron incrementos (p<0,05) de la presión arterial y una disminución significativa (p<0,05) de la complejidad (entropía) en la PPS con respecto al reposo, asociados con un pico en la LF y la relación LF/HF alrededor de los 2 minutos reflejados con los métodos en tiempo-frecuencia. Conclusiones: Existió un incremento dinámico en la respuesta simpática cardiovascular durante la PPS que se asocian a una disminución de la complejidad de este proceso fisiológico, lo que no es evidente con los métodos lineales tradicionales de la variabilidad de la frecuencia cardíaca.

ABSTRACT Introduction: The dynamic weight-bearing test (WBT) is a Cuban isometric exercise, similar to the hand grip test, which is very useful to induce hemodynamic modifications to identify cardiovascular hyperreactivity in at-risk populations. However, changes in the cardiovascular autonomic response during weight-bearing test are poorly understood. Objective: To determine the cardiovascular autonomic response during the Cuban dynamic WBT. Method: Quasi-experimental crossover trial with 16 healthy subjects; blood pressure and heart rate variability were assessed, 5 minutes before (rest) and during the WBT (2 minutes for maneuver and 3 minutes for recovery), through the frequency (Fourier) and time-frequency (Wavelet) analysis of high-frequency (HF: 0.15-0.4 Hz) and low-frequency (LF: 0.04-0.15 Hz) bands, as well as temporal and non-linear analysis (Shannon entropy) of the RR interval series. Results: Although temporal indicators (SDNN, RMSSD, pNN50) showed no significant differences (p>0.05) nor the frequencies (LF, HF, LF/HF); we found an increase (p<0.05) in blood pressure and a significant decrease (p<0.05) in complexity (entropy) in the WBT with respect to rest, associated with an HF peak and LF/HF ratio at nearly 2 minutes reflected with the time-frequency methods. Conclusions: There was a dynamic increase in the cardiovascular sympathetic response during the WBT associated with a decrease in the complexity of this physiological process, which is not evident with the traditional linear methods of heart rate variability.

Modifications of the non-linear parameters of the heart rate variability related to the systematic practice of physical exercise

Introduction: In recent years, the relationship between the systematic practice of physical exercise, cardiovascular dynamics and the functioning of the autonomic nervous system has been recognized. Objective: To determine the modifications that non-linear parameters undergo in the autonomic cardiovascular regulation of the heart rate variability with the systematic practice of physical exercise. Methods: A retrospective cohort analytical study was conducted from February 2016 to August 2018. Population and sample: 36 individuals (Group 1: 18 high- performance baseball athletes; Group 2: 18 medical students). The data were collected in the Biomedical Basic Sciences Laboratory at Medical school 1, University of Santiago de Cuba, through the 8-channel PowerLab polygraph, and stored using the Kubios Software version 3.0.4 Premium. Results: Statistically significant differences between means were found in heart rate values (p = 0.000); SD1 (p = 0.025); SD2/SD1 ratio (p = 0.007); sample entropy (p = 0.011); short-term fluctuations α 1 (p = 0.019); mean line length (p = 0.016); max line length (p = 0.001); recurrence rate (p = 0.034); determinism (p = 0.010) and Shannon entropy (p = 0.015). The parameters of SD1 (C = 0.906) and sample entropy (C = 0.712) were significantly associated with a heart rate ≤ 70 beats per minute. Conclusions: With the systematic practice of physical exercise, the non-linear parameters of the autonomic cardiovascular regulation of the heart rate variability undergoes modifications that respond to a better adaptability of the autonomic nervous system, and to a greater capacity to regulate cardiovascular function(AU)

Evaluación del estado nutricional y vascular en estudiantes y atletas de beisbol de alto rendimiento / Assessment of the nutritional and vascular state in students and high-performance baseball athletes

Introducción: La evaluación del estado vascular es uno de los pilares en la prevención de las enfermedades cardiovasculares en atletas de elite y en la población general. Los índices de reflexión y rigidez arterial de la onda de pulso constituyen elementos objetivos que favorecen su evaluación. Objetivo: Caracterizar desde los puntos de vista antropométrico-nutricional y vascular a deportistas de beisbol de alto rendimiento. Método: Se realizó un estudio analítico transversal, entre enero y marzo de 2016, en 28 sujetos: 14 atletas de beisbol de alto rendimiento, categoría juvenil (edad: χ̅=18,2±1,4), y 14 estudiantes de medicina (edad: χ̅=18,1±1,7). Se realizó una evaluación antropométrico-nutricional y se determinaron los índices de reflexión y rigidez arterial de las ondas del pulso mediante el polígrafo PowerLab® (ADInstruments) del Laboratorio de Ciencias Básicas Biomédicas de la Universidad de Ciencias Médicas de Santiago de Cuba. Resultados: Se encontraron incrementos significativos en la talla (p=0,001), el peso (p<0,001), el índice de masa corporal (p=0,003) y en las presiones arteriales de los deportistas con respecto a los estudiantes. A pesar de no existir diferencias significativas entre los valores del índice de reflexión (p=0,085), se observó un incremento de los valores del de rigidez arterial (p=0,02) en los estudiantes (χ̅=6,1) respecto a los deportistas (χ̅=5,6). Conclusiones: Existió un aumento la presión arterial y el estado nutricional en los atletas comparado con los estudiantes, que contrasta con la menor rigidez arterial en los atletas. Lo que sugiere que en este tipo de actividad de alto rendimiento operan mecanismos fisiológicos protectores contra las enfermedades cardiovasculares(AU)

Localización de los generadores cerebrales del potencial evocado auditivo de estado estable a múltiples frecuencias moduladas a 40 hertzios / Brain sources localizing of multiple frequency auditory steady state response modulated at 40 hertz

Se estudiaron las bases neurales involucradas en la generación de los potenciales evocados auditivos de estado estable, obtenidos por estimulación con tonos modulados en amplitud a 40 hertzios de múltiples frecuencias, para lo cual se diseñó un protocolo de registro de alta resolución espacial, se aplicó el método bayesiano para estimar sus neurogeneradores y se definieron restricciones a priori para focalizar el cálculo inicial de las áreas de activación primaria al sistema auditivo. Los resultados logran activar fuentes generadoras a nivel del lóbulo temporal superior de ambos hemisferios; pero la activación cortical no es simétrica y se registra un efecto de lateralización interhemisférica, con activación del lóbulo temporal superior contralateral al oído estimulado en respuesta a tonos de 500 hertzios, mientras que para los tonos de 4 000 hertzios, el nivel de activación cortical es máximo a nivel del lóbulo temporal superior ipsilateral al oído estimulado. Los presentes resultados obtienen una nueva metodología para la evaluación del sistema auditivo, que puede ser aplicada en la caracterización de la reorganización cortical y neuroplasticidad en hipoacusias neurosensoriales severas y otras deprivaciones sensoriales.

The involved neural bases were studied in the generation of the auditory steady state response, obtained by stimulation with 40 hertz multiple frequency amplitude modulate tones, for which a high space resolution registration protocol was designed, the Bayes`method was applied to estimate their neurogenerators and restrictions were previously defined to focus the initial calculation from the primary activation areas to the auditory system. The results are able to detect generating sources at the level of the upper temporal lobe of both hemispheres; but the cortical activation is not symmetrical and an interhemispheric lateralization effect is registered, with activation of the contralateral upper temporal lobe to the stimulated ear as a response to tones of 500 hertz, while for the tones of 4 000 hertz, the cortical activation level is higher at the level of the ipsilateral upper temporal lobe to the stimulated ear. The present results obtain a new methodology for the evaluation of the auditory system that can be applied in the characterization of the cortical reorganization and neuroplasticity in severe neurosensory hearing loss and other sensory deprivations.

Localización de los generadores cerebrales del potencial evocado auditivo de estado estable a múltiples frecuencias moduladas a 40 hertzios / Brain sources localizing of multiple frequency auditory steady state response modulated at 40 hertz

Se estudiaron las bases neurales involucradas en la generación de los potenciales evocados auditivos de estado estable, obtenidos por estimulación con tonos modulados en amplitud a 40 hertzios de múltiples frecuencias, para lo cual se diseñó un protocolo de registro de alta resolución espacial, se aplicó el método bayesiano para estimar sus neurogeneradores y se definieron restricciones a priori para focalizar el cálculo inicial de las áreas de activación primaria al sistema auditivo. Los resultados logran activar fuentes generadoras a nivel del lóbulo temporal superior de ambos hemisferios; pero la activación cortical no es simétrica y se registra un efecto de lateralización interhemisférica, con activación del lóbulo temporal superior contralateral al oído estimulado en respuesta a tonos de 500 hertzios, mientras que para los tonos de 4 000 hertzios, el nivel de activación cortical es máximo a nivel del lóbulo temporal superior ipsilateral al oído estimulado. Los presentes resultados obtienen una nueva metodología para la evaluación del sistema auditivo, que puede ser aplicada en la caracterización de la reorganización cortical y neuroplasticidad en hipoacusias neurosensoriales severas y otras deprivaciones sensoriales(AU)

The involved neural bases were studied in the generation of the auditory steady state response, obtained by stimulation with 40 hertz multiple frequency amplitude modulate tones, for which a high space resolution registration protocol was designed, the Bayes`method was applied to estimate their neurogenerators and restrictions were previously defined to focus the initial calculation from the primary activation areas to the auditory system. The results are able to detect generating sources at the level of the upper temporal lobe of both hemispheres; but the cortical activation is not symmetrical and an interhemispheric lateralization effect is registered, with activation of the contralateral upper temporal lobe to the stimulated ear as a response to tones of 500 hertz, while for the tones of 4 000 hertz, the cortical activation level is higher at the level of the ipsilateral upper temporal lobe to the stimulated ear. The present results obtain a new methodology for the evaluation of the auditory system that can be applied in the characterization of the cortical reorganization and neuroplasticity in severe neurosensory hearing loss and other sensory deprivations(AU)