Il biofeedback è un processo che permette a un individuo di imparare come cambiare l’attività fisiologica allo scopo di migliorare la propria salute e le proprie prestazioni. Strumenti precisi misurano gli indici di attività fisiologica quali le onde cerebrali, la funzione cardiaca, la respirazione, l’attività muscolare e la temperatura della pelle. Tali strumenti “restituiscono” (in inglese feed back) all’utente in modo rapido e accurato, momento per momento, le informazioni relative al suo funzionamento fisiologico. L’acquisizione di consapevolezza di queste informazioni – spesso in combinazione con una serie di cambiamenti nel modo di pensare, nelle emozioni e nel comportamento – agevolano e sostengono i cambiamenti fisiologici desiderati. Nel corso del tempo, questi cambiamenti possono perdurare anche in assenza dell’uso continuo di uno strumento.
Gli obiettivi del biofeedback sono tre:
Consapevolezza: una migliore consapevolezza dei processi cognitivi, fisiologici ed emotivi è fondamentale per creare un cambiamento Cambiamento: la capacità di autoregolazione dipende dalla capacità di creare cambiamenti utili; Generalizzazione: un miglioramento che sia duraturo nel tempo è possibile solo quando le abilità apprese nello studio del terapeuta vengono generalizzate all’ambiente quotidiano.
Storia e sviluppo Il biofeedback è nato negli Stati Uniti verso la fine degli anni Cinquanta, grazie alla convergenza di diversi campi e discipline, quali il condizionamento strumentale per le risposte del sistema nervoso autonomo, la psicofisiologia, la terapia comportamentale e le strategie di gestione dello stress.
Una delle principali applicazioni del biofeedback è quella di fornire strumenti che siano in grado di rilevare e gestire i processi associati all’arousal psicofisiologico, come la tensione muscolare, la vasocostrizione periferica e l’attività elettrodermica. In particolare, uno strumento per il biofeedback ha tre compiti:
Monitorare un processo fisiologico d’interesse; Fornire una misura oggettiva del processo che viene monitorato; Presentare ciò che viene monitorato e misurato come un’informazione significativa.
Il monitoraggio diretto di diversi processi fisiologici risulta impossibile da effettuare: per questo motivo, gli strumenti per il biofeedback accedono indirettamente a tali processi fisiologici attraverso dei loro correlati che risultano più accessibili. Ad esempio, uno strumento per il biofeedback non è in grado di misurare la contrazione muscolare in modo semplice e diretto, ma misura il suo correlato elettrico. La contrazione muscolare deriva infatti dalla contrazione delle fibre muscolari che costituiscono un muscolo; a loro volta, le fibre muscolari sono azionate dai segnali elettrici trasportati da cellule chiamate “unità motorie”: la contrazione muscolare corrisponde all’attività elettrica aggregata nelle fibre muscolari. Questa attività elettrica può essere rilevata attraverso elettrodi ad ago che vengono fatti penetrare nella pelle sopra il muscolo o, più comunemente, attraverso elettrodi di superficie posizionati sulla pelle sopra il muscolo.
Biofeedback HRV Il biofeedback HRV ha lo scopo di insegnare alle persone a cambiare il livello tonico di arousal fisiologico aumentando l’ampiezza della variabilità della frequenza cardiaca. La variabilità della frequenza cardiaca (HRV) rappresenta le fluttuazioni degli intervalli di tempo tra battiti cardiaci successivi – definiti intervalli interbattito – ed è una proprietà delle complesse interazioni tra cuore e cervello, così come dei processi non lineari del sistema nervoso autonomo. In parole semplici, l’HRV riflette le accelerazioni e le decelerazioni ritmiche della frequenza cardiaca, chiamate oscillazioni della frequenza cardiaca. L’ampiezza e la complessità di queste oscillazioni sono un indice della capacità di autoregolazione dell’organismo: maggiori sono l’ampiezza e la complessità delle oscillazioni, migliore è la condizione di salute della persona.
Il biofeedback HRV ha l’obiettivo di incrementare l’aritmia sinusale respiratoria (RSA), ovvero quel riflesso modulatorio per cui la fluttuazione ritmica della frequenza cardiaca accompagna la respirazione, con la frequenza cardiaca che aumenta ad ogni inspirazione e diminuisce ad ogni espirazione: l’aritmia sinusale respiratoria promuove un aumento dell’efficienza respiratoria, aumentando il flusso sanguigno durante l’inspirazione, quando la concentrazione di ossigeno negli alveoli è più elevata.
Un altro riflesso modulatorio che viene notevolmente stimolato dal biofeedback HRV è il baroriflesso, un riflesso che aiuta a controllare le variazioni della pressione sanguigna, promuovendo una condizione di omeostasi pressoria.
Esistono diverse strategie che si possono utilizzare nel biofeedback HRV per aumentare la variabilità della frequenza cardiaca, delle quali il training per la frequenza di risonanza (RF) è uno dei più utilizzati. La frequenza di risonanza è quella frequenza respiratoria che produce le maggiori oscillazioni nella frequenza cardiaca tra l’inspirazione e l’espirazione: in altre parole, quando una persona respira a questa specifica frequenza (che generalmente cade tra le 4,5 e le 6,5 volte al minuto), l’HRV e la respirazione sono perfettamente sincronizzate, massimizzando l’aritmia sinusalerespiratoria. Inoltre, quando una persona respira alla sua frequenza di risonanza, l’aritmia sinusale respiratoria stimola il baroriflesso.
Metodi e strumenti L’HRV viene rilevata attraverso l'elettrocardiogramma (ECG) o il fotopletismografo (PPG), o entrambi. L’elettrocardiogramma utilizza elettrodi posizionati sul torace, sugli avambracci, sui polsi o sulla parte inferiore del tronco per misurare l’attività elettrica del cuore, e misura gli intervalli interbattito. Il fotopletismografo misura la quantità relativa di flusso sanguigno utilizzando un trasduttore fotoelettrico (o fototransistor) attaccato alle dita con una fascia di velcro. Una sorgente di luce infrarossa viene trasmessa o riflessa dal tessuto delle dita, rilevata dal trasduttore fotoelettrico e convertita in un segnale positivo di corrente continua.
Solitamente nel corso del biofeedback HRV viene rilevata anche la frequenza respiratoria utilizzando una cintura respiratoria dotata di estensimetro, che viene posizionata intorno al torace o all’addome. Questo strumento rileva la frequenza respiratoria mediante le fluttuazioni del volume del torace o dell’addome durante la respirazione: quando una persona inspira, il torace (o l’addome) si espande, facendo aumentare la tensione dell’estensimetro; quando una persona espira, il torace (o l’addome) si contrae, facendo diminuire la tensione dell’estensimetro.
Infine, per determinare la frequenza di risonanza di un individuo viene utilizzato un pacer, seguendo il quale l’individuo prova a respirare per alcuni minuti a una frequenza di 6,5, di 6, di 5,5, di 5 e di 4,5 respiri al minuto. Molti software per il biofeedback sono dotati di un pacer integrato che permette di impostare il numero di respiri al minuto e di regolare la proporzione tra il tempo di inspirazione e quello di espirazione; se così non fosse, è possibile scaricare quello disponibile sul sito web della Biofeedback Foundation of Europe (www.BFE.org).
Interpretazione del segnale Quando si parla di biofeedback HRV, quello che si va ad osservare non è il segnale elettrico generato dal cuore mostrato dall’ECG, ma la traduzione di questo segnale in un grafico ad onde della frequenza cardiaca, in cui ogni punto rappresenta la frequenza cardiaca istantanea. Una volta rilevato il picco R, si va a calcolare il tempo trascorso dal picco R precedente e si determina il numero di battiti cardiaci al minuto che si sarebbero verificati se la frequenza cardiaca non fosse cambiata in quel minuto e tutti gli intervalli R-R fossero stati uguali; queste oscillazioni degli intervalli R-R sono definite oscillazioni della frequenza cardiaca. Il grafico considerato per l’HRV biofeedback, quindi sarà costituito dall’onda sinusoidale della frequenza cardiaca.
I metodi di misurazione dell’HRV sono:
HRV a brevissimo termine, che si basa su meno di 5 minuti di dati. Questo tipo di registrazione, nonostante sia estremamente importante per la sua evidente efficacia sia in ambito clinico che di ricerca, presenta gravi limitazioni a livello metodologico. HRV a breve termine, basata su circa 5 minuti di dati HRV, si forma a partire da due differenti ma sovrapponibili processi: la relazione simpatica-parasimpatica e i meccanismi di regolazione della frequenza cardiaca (ossia l’aumento e la diminuzione della frequenza cardiaca quando si inspira e quando si espira). Grazie alla relativa facilità di registrazione, le misurazioni a breve termine sono state ampiamente utilizzate. 24 ore HRV, che rappresenta il "gold standard" per la valutazione clinica dell’HRV, è una registrazione che si compone di ritmi circadiani, temperatura corporea centrale, metabolismo, ciclo del sonno e sistema renina-angiotensina. Queste registrazioni hanno un potere predittivo maggiore rispetto alle misurazioni a breve termine e, sebbene entrambe siano calcolate con le stesse formule matematiche, non possono sostituirsi l'una all'altra e il loro significato fisiologico può essere profondamente diverso.
Queste 3 misurazioni possono essere descritte secondo 3 domini: del tempo, della frequenza e delle misurazioni non lineari.
Per quanto riguarda i metodi del dominio del tempo, questi determinano la variabilità degli intervalli NN (che è l'intervallo R-R) ovvero il tempo che intercorre tra i battiti cardiaci. Quantificano la quantità di HRV osservata durante periodi di monitoraggio che possono variare da <1 minuto a >24 ore e si tratta di metriche che includono SDNN (deviazione standard degli intervalli interbattito dei battiti sinusali normali), SDRR (deviazione standard degli intervalli interbattito per tutti i battiti sinusali, anche i battiti anormali), SDANN (La deviazione standard della media degli intervalli normali-normali (NN) per ciascuno dei segmenti di 5 minuti durante una registrazione di 24 ore), indice SDNN (media delle deviazioni standard di tutti gli intervalli NN per ogni segmento di 5 minuti di una registrazione HRV di 24 ore), RMSSD (varianza da battito a battito della frequenza cardiaca ed è la misura primaria del dominio del tempo utilizzata per stimare i cambiamenti vagali mediati che si riflettono nell'HRV), HR Max - HR Min (differenza media tra le frequenze cardiache più alte e più basse durante ciascun ciclo respiratorio), HTI (misura geometrica basata su registrazioni di 24 ore che calcola l'integrale della densità dell'istogramma dell'intervallo RR diviso per la sua altezza) e TINN (larghezza della linea di base di un istogramma che visualizza gli intervalli NN).
All’interno del dominio della frequenza esiste la misura dell’analisi dello spettro di potenza, che utilizza un algoritmo chiamato trasformata rapida di Fourier (FFT) per scomporre l'onda della frequenza cardiaca nelle sue singole componenti di frequenza; le diverse componenti della frequenza vengono visualizzate sul grafico del dominio delle frequenze, in cui i tre intervalli separati di frequenze sono tipicamente identificati, ad esempio, utilizzando colori diversi.
L'analisi dello spettro di potenza visualizza la potenza relativa di ciascuna frequenza componente del segnale cardiaco in ogni momento. Le tre gamme di frequenze identificate dall'apparecchiatura di biofeedback sono HF, LF e VLF. Le frequenze identificate dall’apparecchiatura di biofeedback hanno differenti caratteristiche:
HF (o banda respiratoria - 0,15-0,40 Hz - viene convenzionalmente registrata per un periodo minimo di 1 minuto); LF (di 0,04-0,15 Hz è la banda tipicamente registrata su un periodo minimo di 2 minuti)