Global Geographic, Seasonal, Environmental and Demographic Drivers of Variations in Longitudinal Cardiac Physiology in 5 million Fitbit Users

Het menselijk hart klopt niet in een vacuüm. Het reageert op de wereld om zich heen en past zijn ritme aan aan het tijdstip van de dag, het seizoen, de hoogte en de temperatuur. Twee specifieke metingen vertellen ons veel over dit delicate evenwicht: de rusthartslag, wat simpelweg is hoe vaak het hart per minuut slaat terwijl het lichaam in rust is, en hartslagvariabiliteit, die de kleine, gezonde schommelingen meet in de tijd tussen elke hartslag. Hoewel een gestaag, onveranderlijk ritme ideaal kan klinken, is een hart dat met elke ademhaling een klein beetje kan versnellen en vertragen, eigenlijk een teken van goede gezondheid en veerkracht. Deze getallen zijn bekende indicatoren voor cardiovasculaire fitheid, maar decennialang hebben wetenschappers worsteld met het begrijpen van hoe ze over de hele wereld veranderen. De meeste eerdere studies vertrouwden op kleine groepen mensen in individuele landen, waarbij momentopnames van gegevens werden gemaakt tijdens korte klinische bezoeken. Deze aanpak maakte het onmogelijk om het grote plaatje te zien: hoe verandert de hartslag van een persoon wanneer hij beweegt van de evenaar naar de polen, of wanneer de seizoenen veranderen van zomer naar winter?

Een team van onderzoekers, werkend met gegevens van Google en Fitbit, heeft deze vragen nu beantwoord op een schaal die nog nooit eerder was geprobeerd. Door de hartritmes van bijna vijf miljoen mensen in 217 landen en gebieden te analyseren, hebben zij de eerste wereldwijde modellen gebouwd die in kaart brengen hoe geografie, het weer en de tijd van het jaar de cardiale fysiologie vormen. Ze keken niet alleen naar de gemiddelde getallen; ze volgden dezelfde individuen gedurende een heel jaar en observeerden hoe hun harten reageerden op de veranderende omgeving. Het resultaat is een gedetailleerd portret van de menselijke biologie in beweging, dat onthult dat hoewel onze harten diep persoonlijk zijn, hun ritmes ook worden beheerst door universele, externe krachten die ons allemaal beïnvloeden.

De onderzoekers begonnen met een enorme dataset verzameld in 2022, een jaar gekozen omdat het het eerste volledige jaar was nadat de wereldwijde pandemiebeperkingen grotendeels waren opgeheven. Ze richtten zich op twee groepen gebruikers: diegenen die hun rusthartslaggegevens deelden, in totaal bijna 4,9 miljoen mensen, en een iets kleinere groep van ongeveer 2,1 miljoen mensen die hartslagvariabiliteitsgegevens deelden. Omdat hartslagvariabiliteit moeilijker nauwkeurig te meten is — het vereist dat het apparaat gedragen wordt tijdens de diepe slaap — was de tweede groep kleiner, maar nog steeds groot genoeg om wereldwijde patronen te onthullen. De deelnemers waren voornamelijk vrouwen, met een gemiddelde leeftijd van rond de 45 jaar, en zij woonden in alle uithoeken van de wereld, van het ijzige noorden tot de tropische evenaar. De onderzoekers combineerden deze fysiologische gegevens met lokale weerberichten, waarbij ze het hartritme van elke persoon koppelden aan de temperatuur, daglengte en de locatie van hun huis voor elke maand van het jaar.

Om een betekenis te geven aan deze berg informatie, gebruikte het team een geavanceerde statistische aanpak die hen in staat stelde de invloed van verschillende factoren te scheiden. Ze begonnen door te kijken naar basisdemografie, zoals leeftijd en geslacht, waarvan bekend is dat ze de hartgezondheid beïnvloeden. Vervolgens voegden ze lagen van complexiteit toe door te testen hoe het jaargetijde, de afstand tot de evenaar en de lokale temperatuur elk bijdroegen aan de waargenomen variaties. Ze testten vele verschillende combinaties van deze factoren, waarbij ze systematisch variabelen verwijderden en toevoegden om het meest nauwkeurige model te vinden. Dit proces zorgde ervoor dat ze niet simpelweg gokten welke factoren belangrijk waren, maar daadwerkelijk maten hoeveel elk van hen bijdroeg aan de veranderingen in het hartritme.

De bevindingen bevestigden enkele langgekoesterde overtuigingen, terwijl ze andere ondersteboven keerden. Zoals verwacht vonden de onderzoekers dat vrouwen over het algemeen een hogere rusthartslag hebben dan mannen, en dat de hartslag de neiging heeft te stijgen naarmate mensen de middelbare leeftijd bereiken, voordat deze in latere jaren licht afneemt. De studie onthulde echter dat deze demografische factoren slechts een klein deel van de verschillen verklaren die in de wereldwijde populatie worden gezien. Voor de rusthartslag verklaarden leeftijd en geslacht slechts iets meer dan 5% van de variatie. Voor de hartslagvariabiliteit verklaarden ze ongeveer 21%. Dit betekent dat hoewel wie je bent ertoe doet, waar je bent en wat het weer is, net zo belangrijk zijn, zo niet zelfs meer.

De studie identificeerde duidelijke, voorspelbare patronen die worden gedreven door de omgeving. De rusthartslag is de neiging heeft hoger te zijn in de winter en lager in de zomer, een patroon dat zowel in het noordelijk als in het zuidelijk halfrond standhoudt, maar op tegenovergestelde tijdstippen van het jaar. In de Verenigde Staten is de gemiddelde rusthartslag bijvoorbeeld ongeveer 0,6 slagen per minuut hoger in de winter dan in de zomer. In Australië is het patroon omgekeerd, met een piek in juli en augustus. Deze seizoensgebonden verschuiving wordt gedreven door temperatuur, maar niet op een eenvoudige manier. De onderzoekers ontdekten dat het hart sterker reageert op de koudste temperaturen van de dag dan op de warmste, en dat deze relatie verandert afhankelijk van waar je woont. In koudere klimaten veroorzaakt een plotselinge temperatuurdaling een meer uitgesproken stijging van de hartslag, terwijl het effect in warmere regio's minder uitgesproken is.

Hartslagvariabiliteit vertoonde een nog sterkere verbinding met de seizoenen. Deze maatstaf, die de het vermogen van het hart weerspieelt om zich aan te passen aan stress, daalt aanzienlijk tijdens de wintermaanden en stijgt in de zomer. De onderzoekers observeerden dat deze daling in de winter overal plaatsvindt, van de Noordpool tot de tropen, hoewel het effect het meest uitgesproken is in gematigde streken. Interessant genoeg vond de studie dat de afstand tot de evenaar de baseline hartslagvariabiliteit niet direct verandert op de manier waarop het dat wel doet voor de rusthartslag. In plaats daarvan interageert de breedtegraad van een locatie met het seizoen om het ritme te vormen. Dit betekent dat terwijl een persoon die nabij de evenaar leeft een stabiel hartritme het hele jaar door kan hebben, iemand die op een hogere breedtegraad woont, veel grotere schommelingen zal ervaren tussen zomer en winter.

Een van de meest significante ontdekkingen was de rol van temperatuur als drijfveer voor deze veranderingen. De onderzoekers ontdekten dat het gebruik van de gemiddelde dagtemperatuur niet voldoende was om de patronen te verklaren. In plaats daarvan moesten ze de minimum- en maximumtemperaturen apart bekijken. Ze ontdekten dat het hart op het koudste deel van de dag reageert met een scherpe stijging van de rusthartslag en een afname van de variabiliteit, wat suggereert dat het lichaam harder werkt om warm te blijven. Deze reactie is niet uniform over alle leeftages; jongere mensen vertoonden een veel sterkere reactie op temperatuurveranderingen dan oudere volwassenen. Deze afgezwakte reactie bij oudere individuen suggereert dat hun harten minder flexibel zijn om met plotselinge omgevingsstress om te gaan, een bevinding die belangrijke implicaties kan hebben voor het begrijpen van gezondheidsrisico's bij extreem weer.

De studie benadrukte ook de kracht van het kijken naar gegevens op wereldwijde schaal. Vorig onderzoek was beperkt tot specifieke landen, wat vaak leidde tot tegenstrijdige resultaten over de vraag of seizoenen de hartgezondheid werkelijk beïnvloeden. Door gegevens van 217 landen te analyseren, waren de onderzoekers in staat het volledige beeld te zien en te bevestigen dat deze seizoenspatronen een universeel menselijk fenomeen zijn. Ze vonden dat de modellen die zij bouwden de hartritmes in bijna elk deel van de wereld nauwkeurig konden voorspellen, zelfs in regio's waar voorheen zeer weinig mensen waren bestudeerd. Dit vermogen om normale hartritmes te schatten in gebieden met weinig beschikbare data is een cruciale stap naar het creëren van gezondheidstools die overal werken, en niet alleen in welvarende landen.

Ondanks de helderheid van deze wereldwijde trends, merkten de onderzoekers op dat sommige regio's nog steeds afwijkingen vertoonden van de voorspellingen. In delen van Zuid- en Zuidoost-Azië onderschatte het model de rusthartslag, terwijl het in landen als de Verenigde Staten en Brazilië deze overschatte. De onderzoekers vermoeden dat factoren die niet in hun model zijn opgenomen, zoals luchtvervuiling of obesitas, deze verschillen kunnen aansturen. Hoge niveaus van luchtvervuiling staan erom bekend dat ze het cardiovasculaire systeem belasten, en regio's met veel vervuiling hebben vaak hogere hartslagen. Op dezelfde manier kan obesitas een chronische belasting voor het hart vormen, wat de baseline-ritmes op manieren kan veranderen die temperatuur en seizoen alleen niet kunnen verklaren. Deze regionale uitschieters suggereren dat hoewel de wereldwijde modellen krachtig zijn, lokale omstandigheden nog steeds een cruciale rol spelen bij de individuele gezondheid.

Het werk vormt een grote sprong voorwaarts in ons begrip van de menselijke fysiologie. Door verder te gaan dan kleine, gelokaliseerde studies naar een echt wereldwijd perspectief, hebben de onderzoekers aangetoond dat onze harten voortdurend zich aanpassen aan de wereld om ons heen. Ze hebben bewezen dat de seizoenen, het weer en onze locatie op de kaart geen achtergrondruis zijn, maar actieve drijfveren van onze biologische ritmes. Deze kennis biedt een nieuw fundament voor het begrijpen van wat een "normale" hartslag is voor een persoon in een bepaalde plaats op een bepaald moment. Het biedt ook een blauwdruk voor toekomstige gezondheidstechnologieën, wat suggereert dat de volgende generatie gezondheidsassistenten rekening moet houden met deze omgevingsfactoren om nauwkeurig, gepersonaliseerd advies te geven. De studie beweert niet dat het alle mysteries van de hartgezondheid heeft opgelost, maar het heeft het uitgestrekte, onzichtbare landschap verlicht van de factoren die de dagelijkse hartslag vormen.