Assessment of Ventilatory Thresholds from Heart Rate Variability in Well-Trained Subjects during Cycling

Abstract

The purpose of this study was to implement a new method for assessing the ventilatory thresholds from heart rate variability (HRV) analysis. ECG, VO2, VCO2, and VE were collected from eleven well-trained subjects during an incremental exhaustive test performed on a cycle ergometer. The "Short-Term Fourier Transform" analysis was applied to RR time series to compute the high frequency HRV energy (HF, frequency range: 0.15 - 2 Hz) and HF frequency peak (fHF) vs. power stages. For all subjects, visual examination of ventilatory equivalents, fHF, and instantaneous HF energy multiplied by fHF (HF.fHF) showed two nonlinear increases. The first nonlinear increase corresponded to the first ventilatory threshold (VT1) and was associated with the first HF threshold (T(RSA1) from fHF and HFT1 from HF.fHF detection). The second nonlinear increase represented the second ventilatory threshold (VT2) and was associated with the second HF threshold (T(RSA2) from fHF and HFT2 from HF.fHF detection). HFT1 , T(RSA1), HFT2, and T(RSA2) were, respectively, not significantly different from VT1 (VT1 = 219 +/- 45 vs. HFT1 = 220 +/- 48 W, p = 0.975; VT1 vs. T(RSA1) = 213 +/- 56 W, p = 0.662) and VT2 (VT2 = 293 +/- 45 vs. HFT2 = 294 +/- - 48 W, p = 0.956; vs. T(RSA2) = 300 +/- 58 W, p = 0.445). In addition, when expressed as a function of power, HFT1, T(RSA1), HFT2, and T(RSA2) were respectively correlated with VT1 (with HFT1 r2 = 0.94, p < 0.001; with T(RSA1) r2 = 0.48, p < 0.05) and VT2 (with HFT2 r2 = 0.97, p < 0.001; with T(RSA2 )r2 = 0.79, p < 0.001). This study confirms that ventilatory thresholds can be determined from RR time series using HRV time-frequency analysis in healthy well-trained subjects. In addition it shows that HF.fHF provides a more reliable and accurate index than fHF alone for this assessment.

Heart rate variability is related to training load variables in interval running exercises

“…X-axis = time (s), Y-axis = frequency (Hz), Z-axis = power spectral density (PSD, ms 2 /Hz) (Cottin et al 2006). …”

Determination of Lactate Thresholds in Maximal Running Test by Heart Rate Variability Data Set

“…second lactate and ventilatory threshold -LT 2 and VT 2 , respectively) (3,5). As a result, studies have suggested that HRV analysis may be a potential and useful tool to estimate the exercise intensity of the first and second physiological thresholds (4,(6)(7)(8).…”

Limiar De Variabilidade Da Freqüência Cardíaca E Resposta Do Lactato Sanguíneo Em Exercícios De Carga Constante

“…Este achado corrobora a relação entre o limiar determinado pela VFC e a resposta metabólica de condição estável da concentração sanguínea de lactato. No entanto, embora outros estudos tenham indicado a possível relação entre a resposta da VFC e o LV 1 (ALONSO et al, 1998;ANOSOV et al, 2000;COTTIN et al, 2006;TULPPO et al, 1996) e o primeiro limiar de lactato (LIMA; KISS, 1999), o presente estudo indica uma possibilidade de proximidade do LVFC, como determinado por Lima e Kiss (1999), com o segundo limiar, uma vez que a carga constante correspondente ao LVFC conduziu a valores de lactato próximos e acima de 4 mmol.l -1 para 50% dos sujeitos, e não próximos a 2 mmol.l -1 , como seria a expectativa para o primeiro limiar (RIBEIRO, 1995). Valores em torno de 4 a 6 mmol.l -1 têm sido observados na carga de máximo estado estável de lactato em exercícios realizados em ciclos ergométricos por sujeitos treinados e que praticam atividade física de maneira recreacional (BENEKE;HUTLER;LEITHAUSER, 2000;BENEKE et al, 2003;FIGUEIRA et al, 2007), reforçando a hipótese de que nossos achados indicam uma possível relação da carga deste limiar da VFC com a maior carga em condição de estabilidade do lactato.…”

“…Em seguida, outros estudos verificaram a relação entre limiares da VFC determinados por diferentes métodos e o LV 1 , identificando similaridades entre os valores e/ou correlação significativa entre estas variáveis (ANOSOV et al, 2000;COTTIN et al, 2006). Cottin et al (2006) demonstraram que também o segundo limiar ventilatório (LV 2 ) poderia ser determinado a partir da análise da VFC no domínio da freqüência.…”

“…Cottin et al (2006) demonstraram que também o segundo limiar ventilatório (LV 2 ) poderia ser determinado a partir da análise da VFC no domínio da freqüência.…”