Indonesian J ournal of Ele c trical Engin eering and  Computer Sci e nce   Vol. 2, No. 2,  May 2016, pp . 359 ~ 366   DOI: 10.115 9 1 /ijeecs.v2.i2.pp35 9-3 6 6        359     Re cei v ed Fe brua ry 19, 20 16; Re vised  April 24, 201 6; Acce pted  May 1, 201 6   The Gender Effects of Heart Rate Variability Response  during Short-Term Exercise using Stair Stepper from  Statistical Analysis      Nor Aziy atulIzni Mohd Ro sli 1 , Mohd Azizi Abd u l Rahman* 2 , Malar v ili  Balakrishnan 3 Takas hi Ko meda 4 , SaifulAmri Maz l an 5 , Hairi Zamz uri 6   1,2, 5,6 Mala y s i a -J apa n Internati o nal Institute of  T e c hnolog y, U T M, 54100, Jal anS em arak, Kual a Lump u r,  Malay s ia  3 Departme n t of Biotechn ol og y and Med i cal E ngi neer in g,  F a cult y   of Bioscie n ces an d Med i cal Eng i ne eri n g,  UT M, 81310, S k uda i, Johor, Mala ysi a   4 Departme n t of Bioscie n ce a n d  Engi ne erin g, Coll eg of S y st em Engi ne erin g, Shiba u ra Ins t itute of  T e chnolog y, F u kasak u  30 7, Saitama, Jap a n   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : azizi.kl@utm. m     A b st r a ct   T h is study is ai me d to exp l ore  the heart rate  vari a b il ity (HR V ) respons e du ring sh ort-term  exercis e   by stair step p e r an d to co mp are th e fin d in g betw e e n   youn g h ealthy  ma le  and f e ma le s ubj ects. T h e   responses wer e  statistically  analy z e d  by  a pplyi ng  in de pe nde nt-sa m pl es  t-test statistical  m e thod. The  calcul atio of c oefficie n t of v a riatio n (C oV ( % )) a nd  t he s l ope  of th lin e a r re gressi on   are  use d  to  as sess  the stead in ess  of the HRV. F u rther mor e , the resu lts also  de mo nstrated t hat fe mal e  su b j ects ha d gre a t e signific ant p-va lue   of RMSSD feature,   and  si gnific ance  p-v a lue  of  an  LF   fe ature is greater   in  mal e s.  T h u s ,   the on go ing  re sults de monstr ated th at male s have th e sy mp athetic  driv e an d fe ma les  have  pre d o m i nan t   parasy m pathet icdrive d u ri ng  a short-term e x ercise o n   stair stepper. T h u s , the experi m ent results in di cate   the suitab ility of devel opi ng  rehabi lit ati o n  devices in th e field of Autono mic Nervo u s System (A NS )   researc h , control system  and r eha bil i tatio n  en gin eeri ng, w h ic h may  hel p to isolate  ma les a nd fe mal e s.     Ke y w ords : sig nal pr ocessi ng,  heart rate vari abil i ty (HRV), ECG, during e x ercise, stepp e r         Copy right  ©  2016 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  Many re se archers in  vario u s  field s  tryin g  to  use  HRV t e ch niqu es  as the view of g a ining  a non -inva s ive rep r e s e n tation of ANS a c tivity  during  exerci se i s  a ppeali ng an expandi ng [1-4].  HRV is  sup r e m ely declin ed  during exe r cise when  com puted in eithe r  the frequ en cy domain  su ch   as  low frequenc y  (LF) or in t he time domain s u c h  as  RMSSD [5].  Basically, on e of the mo st domin ant  stimulat o r o f  sympathetic activity is e x erci se.  Duri ng mediu m -level exercise, HR  is  co ntrolled   by  th e ANS  at first with in crea sed  sympathet ic  adju s tment a nd  withdrawa l  of  the p a ra sympatheti c   movement [6 , 7]. The fre quen cy do m a in   comp one nts  of HRV h a ve  been  notifie d to dimini sh ,  reflectin g  a  dynamic  dimi nishi ng in va gal  modulatio n [8 ]. Sympathetic have  be en  repo rted to   in cre a se d u rin g  exercise in  h ealthy hum an s   [8]. These HRV cha nge have bee n mostly see n  d u ring le g cycl ing exercise [2], [9] with less  study  carried  out on treadmill trai ning [ 10] and even less  on othe r modes  of ex erci se. B o th ti me   and freq uen cy domain values of HRV  were  claim ed to be lo wer fo r dyna mic i.e., cycling  exerci se  com pare d  to stati c  leg exerci se i.e., ar m crank exe r ci se  at the  same relative intensity  [11].  Gend er is kn own  to affe ct HRV. Several  stu d ie s h a v e analy z ed   gend er  differences in  autonomi c  ad justment s in autonomi c  co ntrol followi ng  during exe r ci se [7], [12]. Kuo  et al  studi ed   HRV in no rm al populatio n s  of wome n a nd men to  cl arify the influence of gend er in symp ath e tic   and  pa rasym pathetic control of  hea rt rate in   middl e-a ged su bje c ts and on  th e su bse que nt  agi n g   pro c e ss. In th eir stu d y, mal e s exp r e ss  sympathet ic p r edomin an ce  while fem a le s illustrate va g a l   pred omin ance parasym pa thetic a s  imp lied by t he m i ddle-age d m en in  whi c h t he value  of LF  power i s  hi g her  whil e the  value of  HF  power i s  l o wer compa r e d  to middl e-a ged  wom en [ 13].  Hua ng  et al   identified the  relation shi p  of person a lit y traits and  autonomi c  fu nction s to sh ow  gend er differences. Th eir results cl ai med that  p e rsonality fe ature s  are  asso ciated  with   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 25 02-4 752                   IJEECS  Vol.  2, No. 2, May 2016 :  359 –  366   360 autonomi c  fu nctioni ng a n d  that gen de r i s  a  mod e rato r in th ese rel a tionship s . Such  di stinctio ns  clarify th e fa ct that there i s  a hi ghe ch a n ce  of h e a r diso rde r   amo ng m en  and  recom m en d th a t   the ANS  bala n ce  mig h t be   influen ced  by  sex  ho rmon e s  [12].  Other t han th at, Ha ruki et al. , aimed   to cla r ify the  hea rt rate  and  bloo d p r essu re   re sp onse d u rin g   the ramp  exerci se  te st a n d   mentione d th at some of t he pa ramete rs su ch  as A T , peak Vo 2  and  Vo 2  we re influen ced  b y   weig ht, gend er and a ge, as well as m ode of ex erci se an d the protocol used  [14]. Yashod a   studie d  the HRV respon se to exerci se u s i ng Ha rvard  step te st and comp are the findi ngs  betwe en mal e  among m edical stude nts. Their re sults sugg ested  that  males have hig her  sympatheti c  drive and fem a les h a ve pr e domina n t parasympath e tic drive [15].  Other th an t hat, wom en  rathe r  exhibit  signifi cantly  larg es val u e s  of the  HF   spe c tral  power of RRi  than men a s  sho w n from  variou s re se a r ch es  of gen der differen c es in auto n o m ic   regul ation [1 6-20]. Hig h e r  para s ympat hetic stimul at ion to ca rdia c re gulation i s  also prote c tive   durin g cardi a c stress [21].  Some HRV tests h a ve  shown that the parasym p a thetic co ntrol  of  heart rate is  increa sed  an d sympath e tic co ntrol  i s  d e crea sed i n  female s [16], [22]. Moreov er,  there  are  al so re se arche s  on g end er  signifi c ant dif f eren ce s am ong p a tients.  For  exampl e,  Ha san  et al  h ad evaluat ed  the gen der  di fferences  wit h  reg a rd to time-d omain  HRV pa ramete rs  in patients  wi th vasovagal  sy ncope. Their  studi es  found that fem a le patients  with VVS have   increa sed  sy mpathetic a c tivity demonst r ated  with  tim e -do m ain  HRV analysi s  [2 3]. Then,  Rau l   et  al. , examined  the ge nde r-specifi c  effect s of trai t anxie ty on the cardiac  defen siv e  re sp on se a nd  claime d that gend er mo de rates th e associatio n of  trait anxiety with defensive re activity [24].    Different  exerci ses are ut ilized  as part  of the  study of  cardiov a scular functi ons, for   example, cycling, runni ng and even hig h  effort in terval training. Harvar d step test and ste p p e r   machi ne  are  also  on e of  these meth ods. T he  sta i r ste ppe r p r ovides  co mpre hen sive  leg  worko u t, offers a co mplete  leg wo rkout togethe r wi th  a ca rdiova scular worko u t. All of the major  muscle s of th e leg s , incl ud ing qu adri c e p s , ham strin g s, and lo wer  a b s a r e all ta rgeted by a  st air   stepp er. No previou s   stud y has a s sessed the ge nde r differen c e s   in the effect  of HRV du rin g   exerci se u s in g stepp er ma chin e by statistical a nalysi s The aim of this stu d y is to explore a n d  analyze the HRV respo n se d u rin g  short-te rm  dynamic exe r ci se u s ing  stepper m a chi ne. T herefore, an attempt was mad e  to answer the  que stion whe t her  the r e exist  ge nde r sig n ificant diffe rences in  HRV re spo n se  d u ring  this a c tivity.  The auth o rs t r ied to find  o u t whi c h p h ysiologi cal pa ra meters, refle c ting the a c tivities of the  HRV  are the b e st i ndicators of b ody re spon se  to  potential gend er si gnifi cant differen c es an d explore   the signifi can t  gende r differen c e s Then , the ongoing  work can be  use d  to imple m ent the fusi on   of HRV with  other bio s ig n a l su ch a s  EMG [25] in  order to su ppo rt the in terface system of the   controllabl e current-in d u c e d  stepp er in rehab a ppli c at ion. This pa p e r is p a rt of an effort to utilize  informatio n extracted fro m  different physi ol ogical  signal s in cl uding EMG  to quantitatively  cha r a c teri ze t he kn ee inju ry, and desig n  a robu st and  reliable a u to matic sy stem  to asse ss kn ee   injury and d e velop le ss  monitori ng lo wer lim b reh abilitation sy stem [26], which may hel p to  isolate mal e  and female  subje c ts.   This p ape r i s  organi ze d as follo ws.  Secti on 2  de scribe s the  step s involve d  in the  process to ex plore the  He art Rate V a riability (HRV)  response du ri ng short-term  exercise by  stair  stepp er and comp are  the finding  b e twe en  youn h e a lthy male a n d  female  su bj ects. T he  ste p inclu ded  the  pro c e s s of  o b taining  HRV  from  the E C G, extra c ting  time a nd f r e quen cy d o m a in   feature s  from  the HRV a n d  statisti cally analyz ed the  HRV d a ta usi ng the ind e p ende nt-sampl es  t-test to com pare  the p a ir of HRV  co mpone nts  in   males and  fe males du ring  exercise by  the   stepp er. The  prelimin ary result s and p e rform a n c e o f  gender  effects on  HRV resp on se du ri ng   sho r t-te rm exerci se a r e ev aluated a nd d i scusse d in Section 3.       2. Materials  and Method     2.1. Subjects   The  study  was  done  in t he Fa culty o f  Biomedical  and  He alth  Scien c e En gi neeri ng,  UniversitiTe knologi M a lay s ia, Joho r B ahr u   on 10 healthy,  untrained  yo ung volunteers (mean  26.4 yea r s,  range  20 to  3 0 ). Of ten  su bject s , five  were  male  and  five we re fe male. All subj ects  were free fro m  any disea s e and h ad  been explai n ed about the  procedu re a nd their informed  con s e n t  wa s t a ke n.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJEECS   ISSN:  2502-4 752     The Gender Effects of  Heart Rate Variability Response during Short-Term  …   (M. Azizi A.R. 361 2.2. Instrum e nts   The T M Si  DAW  wa used t o  record  the   EC and  EM G si gnal syn c hrono usly f o stre ss  asse ssm ent  durin g exe r ci se. T w o  pai rs of  acti ve surface  el ect r ode a nd a singl refere nce   surfa c ele c trode  we re u s ed  with the  TMSi DAQ  to measure t he ele c tri c al  sign als from  the   cardio  and th e mu scl e. Th ese  su rfa c e e l ectro d e s  a r circula r  in  sh ape  with 1 1 .4  mm in di ame t er  and a r co m posed of  silv er/silve r  chlo ride (Ag/Ag Cl ) material s. Th e mini  stair  st eppe wa s u s ed   to perfo rm  st eppin g  exe r ci se to  gen era t e the ele c tri c al a c tivity of the he art a n d mu scl e (se e   Figure 1). Me tronom e at 45 beat per mi nute wa s u s e d  to fix  the steppin g  rate.     2.3. Procedu r es and Prep roces sing   For el ect r od e  placeme n t o n  the h eart, t he skin  of th e ch est  wa readi ed  usin g  a skin   clea ning g e and al coh o l swab. Th e surface el ectrod es  were then  placed on th e skin b a sed  on   the Einthoven Triangl e [27] to generat e the electri c al  activity of the hea rt calle d ECG. Then , the   subj ect s  were  asked  to  ste p  rig h t up  on t he stai stepp er a nd  kee p  t he bo dy up rig h t with the  hi ps   cente r ed  ove r  the l e g s . T hen  hand are straight  sid e  of the  bod y along th reco rdin so t hat  there  are  no  much  interfe r ence exist s Next, the  sub j ects  we re  asked to  press  the entire he el  down the ste p  and focuse d on the metronome  rhyt h m  for 180 s  (prolo nge d experim ent). Fi gure  1 sho w s th experim ental  setup  du ring   stair  step pe worko u t. One  ch annel  ECG was re co rd ed  simultan eou sl y along with  one cha nne l of EMG. EMG with acti ve or inactiv e  signal s wa s   identified. Both the raw E C G and EMG  were sa mple d at 2048 Hz.           Figure 1. Experime n tal set up duri ng  ECG and surfa c e EMG data reco rdin g       Esse ntially, QRS compl e x detection i s  the mo st el e m entary i s su e asso ciate d   with ECG   process. A QRS detection algorit hm is utilized to extract the R poi nts. A reliabl e QRS detection  techni que  explaine d in [2 8 ]  wa s u s ed  to  localize  an extract the  R  points from t he ECG  sign al.    Other th an t hat, ECG’ R pe ak  ca also  be d e te cted u s in g Hi lbert T r an sform [29]. Plus,  the   analysi s  of the QRS dete c tion algorith m  for noisy   ECG in [30] can al so b e  utilized for  b e tter  feature s  extraction.Th signal s from  ea ch te st  we re  segm ented i n to 180  s pe ri od len g th to  have  a stand ard l ength of all sign als. The  QRS  wave  wa s then det ected u s ingP an and Tom p kin   algorith m  [28]. This algo rith m was  cho s e n  becau se it has b een p r o v ed to detect  99.3% of adult  QRS u s ing th e MITBIH databa se [28].  The al gorith m  sta r ted by  allowin g  the   sign al  throug h a di gital b a nd-p a ss filter  to red u ce  the noises. T he ban dpa ss filter is com p ose d  of  both highp ass an d  lowpa s s filters with 5 an 11   Hz  cutoff freq uen cie s  [27]. The p r o c e ss  contin ued  with differentiati on, followed  by squ a rin g  a n d   moving window average at  50  m s Next, the adaptive thresholds   are utilized to  classif y  the  locatio n  of th e R  point s. T he outp u t of  each p r ep ro cessing  step  a nd the  re sult ant of HRV a r e   s h ow n  in  F i gu r e  2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 25 02-4 752                   IJEECS  Vol.  2, No. 2, May 2016 :  359 –  366   362     Figure 2. The  output of ECG prep ro ce ssing       2.4. HRV Qu antific a tion   The HRV is the inverse of  the RRi. Th e RRi was th en com puted  and passe d throug the outlie rs  removal p r o c ess. Next, the RRi  with  outliers’  remov a l is  resam p l ed at 4 Hz and   detren ded.   The recomm endatio n of th e task force  wa s follo wed  [31] in estim a ting the HRV  indices.  The time an d  freque ncy d o main a nalysis of HRV  we re cond ucte d  in this stu d y and the maj o HRV p a ra met e rs  used a s  p e r ob se rvatio n we re  the m ean RRi (m s), RMSSD (m s) a nd LF (m s 2 ).  Furthe rmo r e,  the RMSSD i s  sai d  to be  con n e c t ed wi th pred omina n t para s ympa thetic drive a n d   LF is conne ct ed with symp athetic drive [ 31]  in whi c will be utilize d  for furthe r a nalysi s   2.5. Perform a nce Analy s is  The colle cte d   data we re   statisti cally analyz ed. Th e inde pen de nt-sa m ple s  t-test was  use d  to co m pare th e pai r of HRV  co mpone nts in  males  and f e male s du rin g  exercise. The  descri p tive statistics, inclu d ing mea n , SD, and CoV  (%), were  cal c ulated for ea ch of 5-male a nd  5-femal e  sub j ects fo r ea ch 180  s exe r ci se p e ri od.  Reg r e ssi on  analysi s   wa s pe rform e d  to   analyze  the relation ship b e twee the si gnifica nt  HRV comp one nts an d time  (s) varia b le s. T h e   null hypoth e sis  corre s p o n d ing to  the li nearity of   ea ch  reg r e s sio n  was teste d  usi ng  an F - t e st.  Finally, each  individual dat aset from the  trial wa fitted with linea reg r e ssi on in  the logarith m ic  s p ac e to obtain a func tion I the form of  ݕൌ ݉ ݔ ܿ Linea r re gression  wa s u s e d  to test wh ether  there  i s  an a s soci ation be tween   the si gnal a nd  th e time la g.  Additionally,  the sl ope  of  the   reg r e ssi on relation ship  was u s ed to  test wh et her the relation ship s a r e co nsi s tent for t he  subj ect’ s HRV at different time slots du ring exercise.      3. Results a nd Discu ssi on  The d a ta  were expresse as m ean ±sta ndard d e viation (S D).  Ove r all, the m e a n  ag e of  all subj ect s  was 26.4 ± 2.8 y ears.  Table 1  sum m ari z e s  the mean ± S D of the HRV p a ra meters in mal e  and female  subj ect s   durin g exe r ci se u s in g stai r ste ppe r cal c ulate d  in  thi s  stu d y. As  sho w n, the r e  are  signifi ca nt  gend er diffe rences  (p  < 0. 05) in th e me an of RRi,  RMSSD and  L F  that we re  si gnifica ntly hig h  in   males.   After that, the si gnifica nt feature s  f r om  prev iou s  anal ysis are   teste d   for ea ch 60   tim e   slots.  Table   2 summa rize s the  mea n   and S D  of  t he  significant  HRV featu r es  (me an  RRi,  RMSSD and   LF) i n  b o th m a le a nd fe mal e  subje c ts. A s   sho w n, th ere is no  a s sociation b e twe e the mea n  RRi  and th e time  slots in b o th  male (p  = 0.2 13)  and fe mal e  (p  =  0.351 subj ect s . Thu s this stu d y is focu se d on th e gend er a ssociatio n between both th RMSSD a nd  LF features  with   the time slots.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJEECS   ISSN:  2502-4 752     The Gender Effects of  Heart Rate Variability Response during Short-Term  …   (M. Azizi A.R. 363 Table 1. HRV  param eters in male and fe male  su bje c ts during exe r ci se u s ing  stair steppe Variable Mean±SD   t  value  p value   Male  Female       Time Domain   Mean RRi (ms)   656.5 ± 19.1  569.7 ± 26.4  2.667   0.03*  SDNN (ms)   23.9 ± 2.3  21.1 ± 1.6  1.011   0.34  RMSSD (ms)  18.4 ± 2.0  10.4 ± 1.8  2.980   0.02*  NN50 (count )   1.8 ± 0.9  0.4 ± 0.4  1.400   0.20  pNN50 ( % )   0.7 ± 0.4  0.1 ± 0.1  1.548   0.16  HRV Triang ular I ndex  6.6 ± 0.6  5.1 ± 0.5  1.859   0.10  TINN ( m s)   127.0 ± 18.6  105.00 ± 5.0  1.145   0.2  Freque nc y  Dom a in  VLF (ms 2 )  287.4 ± 102.1  268.2 ± 85.8  0.144   0.89  LF (ms 2 )  204.20 ± 36.5  77.6 ± 8.1  3.383   0.01*  HF (ms 2 )  62.8 ± 19.6  26.80 ± 4.7  1.788   0.11  VL F  (% 4 7 . 3 ± 9.2  66.2 ± 6.7  -1.667   0.13  LF ( % )   40.0 ± 7.1  26.1 ± 6.8  1.418   0.19  H F  (% 1 2 . 7 ± 4.0  7.5 ± 1.0  1.241   0.25  LF (nu )   76.8 ± 6.5  74.0 ± 4.5  0.355   0.73  HF (nu )   23.1 ± 6.5  25.6 ± 4.4  -0.328   0.75  Ratio LF/H F (ms 2 ) 4 . 7 ± 1.3  3.8 ± 1.3  0.449   0.67  Total  Po w e (ms 2 ) 554.6 ± 118.4  373.2 ± 86.6  1.236   0.25   p <  0 . 05: S t a t isti cally  signifi can t       Table  2  also  pre s ent s th CoV val ues,   whi c we re  u s ed  to  asse ss the   steadin e ss of  the  HRV. The fin d ing s  indi cat e  that the HRV is mo re  steady in male  subje c ts  co mpared to fe male   subj ect s  a s  t he  CoV valu es fo r all th e  sig n ificant f eature s  i n  m a le is lo wer  than the fe m a le   subj ect s . Thu s , it indicate s that male su bject s   are m o re a c tive than the femal e  subj ect s . It is   also in dicates positive slo p e  in the grap h s  of  male’s  RMSSD and L F  as sho w n in Figure 3.      Table 2. Re sults of the HRV with mean  RR, mea n  HR, RMSSD a nd LF (m s 2 ) from every 60  worko u t peri o d of total 180 s wo rkout du ration for male  and female subje c ts  Variable  Time slots  Mean±SD   Total  p value  F- ration   CoV  (%)   Total   CoV (% )   Male  Mean RRi  (ms )   1 ST  60s  661.2 ± 16.8        5.8    2 n d  60s   658.1 ± 20.6  656.5 ± 10.5  0.213   1.55  7.0  6.21  3 r d  60s  650.2 ± 21.0        7.2    RMSSD (ms)  1 ST  60s  17.4 ± 1.2        15.7    2 n d  60s   18.2 ± 2.3  18.1 ± 1.4  4.98E-11*   84.11   27.7  30.6  3 r d  60s  18.7 ± 3.8        45.8    LF (ms 2 1 ST  60s  215.0 ± 60.2        62.6    2 n d  60s   187.0 ± 27.3  216.1 ± 61.9  3.64E-7*   0.05  32.7  110.8   3 r d  60s  246.4 ± 188.0        170.6     Femal e   Mean RRi  (ms )   1 ST  60s  585.2 ± 25.8        9.9    2 n d  60s   565.6 ± 27.3  79.4 ± 32.1  0.351   0.81  10.8  9.9  3 r d  60s  558.7 ± 26.7        10.7    RMSSD (ms)  1 ST  60s  12.0 ± 2.2        41.7    2 n d  60s   9.7 ± 1.7  10.3 ± 1.1  1.11E- 12*  146.20  38.9  40.8  3 r d  60s  9.1 ± 1.8        44.2    LF (ms 2 1 ST  60s  158 ± 80.5        113.9     2 n d  60s   91.4 ± 24.8  109.6 ± 29.3  0.002*   0.20  60.6  103.5   3 r d  60s  79.4 ± 32.1        90.3    *  p < 0.05: Statistically  significant       More over, th e strai ght lin es in dicate t he linea r reg r essio n  relati onship b e tween the  signifi cant HRV com pon e n ts (RMSSD and LF ) and  the pha se d u ring th e three time slot s for  both the m a l e  and  femal e  su bje c ts.  The mai n  i s sue  add re ssed in th e cu rre nt study i s  the   quantification  of the relatio n shi p  bet wee n  the  HRV  an d the time  co urse  (180  s)  male a nd fem a le   subj ect s  thro ugh line a r re gre ssi on an al ysis. As sho w n in Fig u re  3, the slope  of the RMSSD – time and  LF-t ime rel a tion ship a r e p o siti ve in ma le  subje c ts a nd  negative in f e male  subj ects. It  also in dicat e s that male su bject s  are m o re acti ve than  female subj e c ts. Additiona lly, the highest  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 25 02-4 752                   IJEECS  Vol.  2, No. 2, May 2016 :  359 –  366   364 signifi can c e l e vel (p = 1.1 1 E-12 ) was f ound fo r the RMSSD a s  a  function of time in HRV o f   female su bje c ts while the  highe st signi fican c level (p = 3.64E -7 ) wa s found  for the LF as a  function of time in the HRV of male sub j ects.         (a) Mal e ' s  R M SSD      (b) F e male' s   RMSSD     (a) Mal e ' s  LF     (b) F e male' s   LF     Figure 3. Rel a tionship bet wee n  HRV and end ura n ce  in the RMSSD ((a) mal e  a nd (b ) female and LF ((c) m a le and (d) fe male)      The studi es o f  HRV with the combi natio of various  pharma cologi cal and p h ysi o logi cal  manipul ation s  sh owed that HF  com p o nents of the HRV po we r spe c tru m  are  associ ated wit h   cardia c pa ra sympathetic a c tivity, LF compone nts  of power spe c trum  mi ght  be asso ciated wi th  both  cardi a c sympatheti c  and  pa ra sy m pathetic  activ i ty also with  resi stant rea c tivity  [4],  [32].  Beside s, RM SSD co mpon ent of HRV is also  refle c te d with  ca rdia c para s ymp a th etic a c tivity [3 1].  The on goin g  finding s dem onstrate that  males  hav e h i gher  sympat hetic d r ive an d female s ha ve  pred omin ant para s ymp a th etic drive du ri ng steppi ng  e x erci se by st eppe r machin e. In suppo rt o f   this discove r y ,  a research  had sho w n th at physiol o g ical levels of e s trog en e nha nce vag a l ton e   and stifle sym pathetic mo d u lation of  hea rt rate in fem a les [33].   Similar to th e  re sults obtai ned in  a  stud y done  by [15 ], their stu d results  demo n strate that males  have a high er symp athe tic driv e at rest a nd fe males h a ve  a predo mi nant  para s ymp a th etic drive at rest and afte r exerci se  u s in g Harva r ste p  test. Howe ver, they did not  find any signi fican c e difference in male s and fem a le s group d u rin g  exercise as prelimin ary d o n e   in this pa per.  Other tha n  that, similar to  the st udy do ne by [4] and  [34], showed  that there was  marked redu ction in HRV  spe c tral po wer at all  fre quen cie s  as  the exerci se  prog re ssed. But,  they did not find any sig n ificant differen c e bet we e n  male and fe male. This  st udy also  simi larly  sho w s in a  study don by [12]  that implies  LF a  high po sitive  co rrelation  with explo r a t ory  excitability in males.   Data f r om  st udie s  of  auto nomic fun c tio n  sh o w that heart re gulati on  d u rin g   ex erci se   is  dominate d  b y  SNS a c tivity [35] whi c h   is d o mina nt i n  male   subje c ts. T he  high er  sympath e tic  autonomi c   re gulation  mod u lation in  mal e  may be  cau s ed  by their p h ysical con s titution co ntain ed  a greate r  mu scl e SNS acti vity and higher num ber  of  sympatheti c  gangli onic n e u ron s  [36].   The ge nde differen c e in  HRV a c tivity in te rms o f  time slots  durin g exerci se u s ing  stepp er  machine h a s not  yet been  assessed. So, th e prelimina r y  experim ental  re sults indi cate  the suita b ility of developi n g  re habilitati on devi c e s  i n  the field o f  autonomi c   nervou s   syst em   resea r ch,  co ntrol system  and reh abilit ation  e ngine ering, whi c h  may  help   to isolate   male  and   female s u bjec ts .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJEECS   ISSN:  2502-4 752     The Gender Effects of  Heart Rate Variability Response during Short-Term  …   (M. Azizi A.R. 365 4. Conclusio n   The p u rp ose  of the p r e s e n t study i s  t o   analy z ge nder-related   cha nge s in  the HRV  throug h E C G si gnal  an alysis du ring  sh ort-te rm   exerci se  by  stair ste ppe r ma chin e u s ing   indep ende nt-sampl es t-test statistical  a nalysi s . Th e n ,  the de script ive statistics i n clu d ing m e a n SD and  CoV  were calcul ated to test the  steadin e ss o f  the HRV sig nal. It is also  determi ned a nd  sup porte d through  reg r e ssi on cu rve fitting from the  po sitive slop e o f  the linear re gre ssi on  curv in male an d the gen der  differen c e in  HRV activity during exe r cise. The ong oi ng wo rks  sup port  the hypothe si s that a mea n ingful correl ati on exists  betwe en HRV features, g ende r and ti me  perio d of exercise inten s ity.  Furthe rmo r e, this  o ngoi ng study  d e mon s trate s  th at m a les have  hig her symp athe tic d r ive   and femal e s have predo minant pa ra sympathetic d r ive du ring  exerci se  usi ng stai r ste p per  machi ne. Sim ilar to  the  re sults o b taine d   in a  stu d y do ne by  [15]  wh ich  usi n g  Ha rvard  step  test  in   their study. The  p r elimi n ary  findin g s can   beu se t o  implem ent  the fusio n  of  HRV with  other  biosi gnal  su ch a s  EMGto   sup port th e i n terface  syst em of the  de velopment  of the  controlla ble  curre n t-ind u ced of the  st eppe with le ss monito rin g , whi c h m a y help to  se parate  male   and  female su bje c ts. Finally, the outcom e  enhan ce our comp reh ensi on of the ANS cont rol  belon ging to different gen d e rs a nd ope n  new win d o w s for furthe r r e se ar ch. For  further r e s ear ch,  the duratio n for data  colle ctions could b e  made for lo ng eno ugh to  get much b e tter analy s is.       Ackn o w l e dg ement   The work prese n ted in th is study i s  funded by  Mini stry of Education  Malay s i a  and  Universiti   Tekn ologi M a laysia un der  rese arch g r ant  No: 09H90.       Referen ces   [1]    Brenn er IK, T homas S, S h e p hard  RJ. Auto nomic  Re gul ati on  of the  Circ u latio n  d u rin g  E x erc i se  an d   Heat E x pos ure .   Sports Medici ne . 199 8; 26(2) : 85-99.   [2]    T u lppo MP, Makikal l i o  T H T a kal a  T E , Seppan en  T ,  Huikuri HV. Quantitativ e Beat-T o-beat Ana l ysi s   of Heart Rate  D y namics  duri ng E x ercis e T he A m eric an J ourn a l of Phys iolo gy . 19 96; 2 71(1 Pt 2) :   H 2 44 -H 25 2 .   [3]    Perini  R, Veics t einas A. H eart  Rate Var i ab ilit y a nd A u ton o m i c Activit y   at R e st and  Duri ng  Exerc i se i n   Vario u s Ph ysio logic a l C ond itio ns.  Europe an J ourn a l of App l i ed Physi olo g y . 200 3; 90(3- 4): 317- 325.   [4]   Yamamoto  Y,  Hug h son   RL,  Peterson J C Autonom ic C o ntrol of H eart  Rate d u rin g  E x ercise  b y  H ear Rate Vari abi lit y Spectral Ana l ysis.  Journa l of Appl ied P h ysio l ogy . 19 91; 71( 3): 1136- 11 42.   [5]    Perini  R, Mil e si  S, F i sher NM,  Pend erg a st D R , Veicstei nas  A. Heart R a te  Varia b il it y   Duri ng D y n a m i c   Ex erc i se in Elderly   Males  and Females.  Eur ope an J our nal  of Ap pli e d  Ph ysiolo g y . 2 0 0 0 ; 82( 1-2): 8 - 15.   [6]    Borrese n J,  La mbert MI. Auto nomic  Co ntrol   of He art R a te  Durin g   an d After E x erc i se: M easur ement s   and Impl icatio n s  for Monitorin g  T r aining Status.  Sports Med i cine . 2 0 0 8 ; 38 (8): 633-6 46.   [7]    Carter JB, B a nister EW , Bl a ber AP. Effect  of  En dur ance  Exercis e  o n   Autonom ic C o ntrol  of He art   Rate.  Sports Medici ne . 2 003;  33(1): 33- 46.   [8]    Macor F ,  F agard R, Amer y  A .  Po w e r Spect r al Ana l ysis of  RR Interval a nd Blo od Pres sure Short - T e rm Variabilit y at R e st and  Durin g  D y n a mi c Exerc i se: Co mpariso n  Bet w een C y c lists a nd Co ntrol s .   Internatio na l Journ a l of  Sport s  Medici ne . 19 96; 17(3): 1 75- 181.   [9]    Leic h t AS, Allen GD, Hoe y  AJ . Influence of Intensiv e C y c l i n g T r ainin g  on  Heart Rate Var i abi lit y   duri n g   Rest and E x er cise.  Can adi an  Journa l of App lied P h ysio l o g y . 2003; 28( 6): 898-9 09.   [10]    T u lppo MP, Makikal l i o  T H , Laukka ne n RT Huikur i HV. Differences i n  Autonom ic Modu la tion of Hear t   Rate dur ing Ar m and Le g E x e r cise.  Clin ical Physio l ogy . 1 9 99; 19(4): 2 94- 299.   [11]   Gonzal ez-Cam aren R,  Carra sco-Sosa  S, R o man-R a mos   R, Gaitan-Go n z alez  MJ, Med i na-Ba nu elo s   V, Azpiroz-Le e han J. Effect of  Static and  D y namic E x er cise on H eart  Rate an d Blo od Pressur e   Varia b il ities.  Medici ne a nd Sci ence i n  Sports  and Exerc i se . 200 0; 32(1 0 ): 1719- 172 8.   [12]    Hua ng W L , Ch ang  LR, Kuo T B , Lin YH, Ch e n  YZ , Yang C C . Gender D i fferenc es in Per s ona lit y   an d   Heart-Rat e  Var i abi lit y .   Psyc hi atry Researc h . 201 3; 209( 3): 652-6 57.   [13]    Kuo T B , Lin  T ,  Yang CC, Li  CL, Che n  CF , Cho u  P.  Effect of Aging o n  Gend er Differen c es in Ne ura l   Contro l of Hear t Rate.  T he America n  Journ a of Physiol ogy . 199 9; 277( 6 Pt 2): H2233- H2 239.   [14]   Haruki I, Ry uic h i A, Ak ira K,  Shig eru M, K a zuto O, Yuko   K, et al He art Rate  an d B l o od Pr essur e   Resp onse  to  Ramp  E x ercis e  a n d  E x ercis e  C apac it y i n  Re latio n  to  A ge, Gen der,  a nd M ode  o f   Exerc i se i n  a H ealth y Po pu lati on.  Journ a l of  Cardi o l ogy . 20 13; 61(1): 7 1 -7 8.  [15]    Kattimani YR.  Gender Com par is on of Heart Rate Variabilit y  Res p ons e  to Ex ercis e  in Male and  F e male Me dic a l Stude nts.  Internati ona l Jour nal  of Scie ntific  Study . 2015; 3 ( 1): 48-53.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 25 02-4 752                   IJEECS  Vol.  2, No. 2, May 2016 :  359 –  366   366 [16]    Gregoir e  J, T u ck S, Yama moto Y, Hugh son RL . H eart  Rate Vari abi l i t y  at R e st an d Exercise:   Influenc e of A ge, Gen der, a nd Ph ys ical  T r aini ng.  C a n adi an Jo urn a l of  Appl ied  Physi o l ogy . 19 96;  21(6): 45 5-4 7 0 .   [17]    Rama ekers D,  Ector H, Auber t AE, Rubens  A, V an De W e r f  F. Heart Rate Variab ilit y a n d  Heart Rat e   in H ealth Vol unteers. Is the  F e male A u ton o mic  N e rvous S y stem Card io protective ?. Eur ope an Hea r t   Journ a l . 19 98; 19(9): 13 34- 13 41.   [18]    Dart AM, Du XJ, Kin g w e ll  BA. Gender,  Se Hormo ne s and A u tono mic Nervo u Contro l of th e   Cardiovasc ular  S y stem.  Cardiovascular Res earch . 20 02; 5 3 (3): 678- 68 7.  [19]    Ross y L A , Tha y er  JF. Fitness  and  Ge nder-R el ated  Differenc es i n  Heart P e ri o d  Vari ab ilit y.   Psychoso m atic  Medici ne . 19 9 8 ; 60(6): 77 3-7 81.   [20]    Lia o  D, Barne s  RW , Chambless LE, Simp s on RJ Jr, Sorlie P, He iss  G. Age, Race, and Se Differenc es in  Autonom ic Car d iac Functi on  Measur ed  b y   Spectral An al ysis of Heart Ra te Variab ilit y:   T he ARIC Stud y .  Ath e roscl er osis Risk  in  C o mmuniti es.  T he A m er ican J ourn a l of C a rd i o lo gy . 19 95;   76(1 2 ): 906- 91 2.  [21]    Airaksin en KE,  Ikaheimo MJ,  Linn al uoto M,   T ahvan ain e n  KU, Huikur i HV. Gender D i fference i n   Autonom ic a n d  Hem o d y n a m i c Re actions  to Abru pt Cor o nar y Occlus ion .   Journa l of th e A m eric a n   Coll eg e of Car d iol ogy . 1 998;  31(2): 30 1-3 0 6 .   [22]    Evans JM, Z i e g ler MG, Pat w ardh an A R , Ott JB, Kim CS, L eon ell i  F M , Kn app  CF . Gend er Differe nce s   in Auto nomic   Cardi o vasc ular  Reg u lati on: S pectral, H o rmo nal, a nd  Hemo d y nam ic Ind e x es.  Journ a l of   Appl ied P h ysio l ogy . 20 01; 91( 6): 2611- 26 18.   [23]   Hasan KK, Murat C, Uy gar  CY, Serdar F, Baris B,  Yalc in  G, Salim Y, Erol G, Erkan Y,  Suat G, Cem   B . Gender Dif ferences i n  H R V Parameter s  in Patients  w i t h  Vasov a g a l  S y nc op e.  T he Amer ica n   Journ a l of Car d iol ogy . 2 015;  115( 1): S72.  [24]   Raul  L, Rosar i o P, Pilar S, An gles E,  Alic ia F ,  Pablo R, C a rl os V, Javier M . Gender-S pecif ic Effects of  T r ait Anxiet y o n  T he Cardi a Defens e Res p onse.  Pers on al ity and In divi du al Differ ences . 201 6;  96() :   243- 247.   [25]    Rosli  NAIM, Rahma n  M AA, Mazlan  SA, Zamzuri H.  Electro c ardi ogra phic  (ECG) and   Electro m yo gra phic  (EMG) Si gna ls F u si on  for Phys iol ogic a l D e vic e  i n   R eha b A ppl icati o n . 20 14  IEEE   Student Co nfer ence o n  Res e a r ch and D e vel o pment. BatuF e ring hi. 201 4: 1- 5.  [26]    Nazmi N,  Rah m an M AA, Mazlan SA, Zamz uri H.  El ectro m yogra phy (EM G ) based  sig n al a nalys is fo r   physi olo g ica l  d e vice  ap plic ati on i n  l o w e r li mb  reh a b ilitati o n . 2 015  2n Internatio na l C onfere n ce  o n   Biome d ica l  En gin eeri ng. Pen ang. 20 15: 1-6.   [27]   Jin BE, W u lff H, W i ddic o mb e JH, Z hen g J ,  Bers  DM, Pu glisi J L . A Sim p le  Devic e  to I llustrate th e   Einthov en T r iangl e.  Advanc e s  in Physio l ogy  Educatio n . 20 12; 36(4): 3 19- 324.   [28]    Pan J, T o mpkins W J . A Re al-T ime QRS Detectio n Al go rithm.  IEEE Transactions  on Biom edica l   Electrop hysio l o g y . 1985; 3 2 (3) :  230-23 6.  [29]    Mak w a na N H , Mak w a na N,  Mishra N, B a l w a li  S. Hil bert  T r ansform Based Ad aptiv ECG R-Pea k   Detectio n T e chniq ue.  Internati ona l Jour nal  of Elec trical and Co mp uter  Eng i neer ing . 2012; 2(5): 639- 643.   [30]   Hossai n  AA,  Haq ue MA A nal ysis  of  Noi s e Se nsitivit of Differe nt E C G Detecti o n  Alg o rithms .   Internatio na l Journ a l of Electr ical a nd Co mp uter Engi ne erin g . 2013; 3( 3): 307-3 16.   [3 1 ]     An o n y m o u s . He a r t R a te  Va ria b i li ty : Sta n dard s  o f  Mea s u r e m e n t, Phy s i o lo g i ca l  In te rp reta ti o n ,  and  Clin ical  Use. Task Force of the Eur ope an  Societ of Car d iol o g y   and th e North Amer i c an Soci et y   o f   Pa ci ng  EL e c trop hy sio l ogy C i r c ulati o n . 19 96; 93(5): 10 43- 10 65.   [32]    Davis SN, Ga lassetti P, W a sserman D H , T a te D. Effects of Gender  on N euro e n d o c rine a n d   Metabo lic C o u n terreg u lat o r y  Resp ons es t o  E x ercis e  i n  Norma l Ma n .   T he Jour na l  of Cl inic al   Endocr i no lo gy and Meta bo lis m . 20 00; 85( 1): 224-2 30.   [33]    Liu  CC, K u o   T B , Yang  CC.  Effects of E s tr ogen  o n  G end er-Re l ate d  Auton o mic  D i fferences  in   Huma ns.  Ame r ican J our nal   of Physi olo g y- Heart a n d  Circ u latory  Physi ol ogy . 2 003;  28 5(5): H2 18 8- H21 93.   [34]    Arai Y, Sau l  J P , Albrecht P,  Hartle LH,  L ill y LS,  Coh e n  RJ, Col u cci  W S . Modulati o n of Car d ia c   Autonom ic Act i vit y  Dur i ng  an d Immedi atel y After Exercis e T he A m er ic an Jo urn a of Physio l ogy 198 9; 256( 1 Pt 2): H132-H 1 4 1 [35]    Goldsmith RL, Bloomfi eld   DM Rosen w i n kel   ET . Exercis e  a nd A u tonom ic  F unction.  Coro nary Arter y   Diseas e . 20 00;  11(2): 129- 13 5.  [36]    Migli a ro ER, C ontreras P, Be ch  S, Etxagi be l A, Castro M,  Ricca R,  et al. Relativ e   In fl uen ce  o f  Ag e,  Restin g H eart  Rate  an d S e dentar Life  S t y l e  i n  Sh ort-T e rm An al ysis   of He art Rate  Vari abi lit y .   Bra z i l i an Jo urn a l of Medic a l a nd Bio l og ica l  R e searc h . 200 1; 34(4): 493- 50 0.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.