Effects of tVNS on autonomic response during controlled elicitation in hypertensive subjects

Hypertension is one of the most common chronic diseases and it is a major risk factor of morbidity and mortality worldwide. It rarely occurs in isolation, it often clusters with other diseases, such as Cardiovascular diseases (CVD). It is associated with alterations in cardiac autonomic modulation characterized by an increased sympathetic activity and a reduced vagal tone. Therefore the vagal activity and vagal sympathetic balance could be predictor of CVD and could be a marker of a potential therapeutic target in hypertensive subjects. Vagus nerve stimulation (VNS) has shown promise in the regulation of cardiac autonomic dysfunction in heart failure patients, however despite the encouraging results, the viability of VNS is undercut by the risks associated with surgical implantation. Non-invasive vagus nerve stimulation techniques have recently been developed to overcome the negative side effects associated with VNS. One of the recent techniques proposed is Respiratory-gated Auricular Vagal Afferent Nerve Stimulation (RAVANS). This method involves the transcutaneous electrical stimulation of the auricular branch of the vagus nerve (ABVN), which mainly supplies the auricular concha and most of the area around the auditory meatus. Experimental studies have demonstrated that ABVN acupuncture-like stimulation increases parasympathetic tone, reduces arterial blood pressure (ABP) and exerts an anti-arrhythmic effect. In this work, we present the results from an ongoing study investigating the short-term effects of different intensities of RAVANS on autonomic outflow in hypertensive subjects. In particular, the effects of RAVANS on HRV indices associated with three different elicitations: an hand grip task, a sit and stand task and a paced breathing task. Sixteen hypertensive subjects underwent three experimental sessions on non-consecutive days respectively. In each session subjects performed the three elicitations before and after RAVANS stimulation. Electrocardiogram recordings were collected and analyzed by a point process linear analysis of heartbeat dynamics, while instantaneous time-domain features and spectral features of heart rate variability were estimated. The results provide a preliminary characterization of three elicitations on the autonomic responses before and after two different RAVANS stimulation intensities.

L’ipertensione è una delle malattie croniche più comuni ed è un importante fattore di rischio di mortalità in tutto il mondo. Si verifica raramente da sola, più spesso si manifesta con altre malattie, come le malattie cardiovascolari (CVD). È associata ad alterazioni della modulazione autonomica cardiaca, caratterizzate da un’aumentata attività simpatica e da un ridotto tono vagale. Pertanto, l’attività vagale e l’equilibrio simpatico vagale potrebbero essere predittori di malattie cardiovascolari e potrebbero essere indice dell malattia in soggetti ipertesi. La stimolazione del nervo vago (VNS) ha mostrato risultati promettenti nella regolazione della disfunzione autonomica cardiaca nei pazienti con scompenso cardiaco, tuttavia, nonostante i risultati incoraggianti, l’utilizzo della VNS è scoraggiato dai rischi associati all’intervento chirurgico. Recentemente sono state sviluppate tecniche di stimolazione del nervo vago non invasive per superare gli effetti collaterali negativi associati alla VNS. Una delle recenti tecniche proposte è la stomolazione RAVANS (Respiratory-gated Auricular VagalAfferent Nerve Stimulation). Questo metodo prevede la stimolazione elettrica transcutanea del ramo auricolare del nervo vago (ABVN), che innerva principalmente la conca auricolare e il meato uditivo. Studi sperimentali hanno dimostrato che una stimolazione simile all’agopuntura aumenta il tono parasimpatico, riduce la pressione arteriosa ed esercita un effetto antiaritmico. In questo lavoro vengono esposti i risultati di uno studio in corso che indaga sugli effetti a breve termine di di verse intensità della stimolazione RAVANS sulla risposta autonomica in soggetti ipertesi. In particolare, gli effetti sugli indici della variabilità della frequenza cardiaca associati a tre diverse sollecitazioni: un esperimento di hand grip, attraverso dinamometro che registra le variazioni di forza, un’ attività di sit e stand, dove viene chiesto al soggetto si sedersi e alzarsi con tempi prestabiliti e infine un’ attività di respirazione controllata Sedici soggetti ipertesi sono stati sottoposti a tre sessioni sperimentali in giorni non consecutivi. In ciascuna sessione i soggetti sono stati sottoposti tre stimolazioni prima e dopo la stimolazione RAVANS. Le registrazioni dell’elettrocardiogramma sono state raccolte e analizzate mediante l’analisi Point Process della dinamica del battito cardiaco, successivamente sono state stimate le caratteristiche istantanee del dominio del tempo e le caratteristiche spettrali della variabilità della frequenza cardiaca. I risultati forniscono una caratterizzazione preliminare dei tre tipi di sollecitazioni sulle risposte autonome prima e dopo due diverse intensità di stimolazione RAVANS. I Questi risultati, se confermati in un campione di dimensioni maggiori, potrebbero contribuire a ottimizzare la stimolazione RAVANS come intervento terapeutico non invasivo e a basso costo, per la cura dell’ipertensione.