Synonym

  • heart rate variability
  • Herz-Frequenz-Variabilität (HFV)
  • VNS-Analyse

Definition

  • Mathematisch-statistisch aufgearbeitete Zeitabstände der Herzschläge bzw. Schlag-zu-Schlag-Folge (im EKG von R-Zacke zu R-Zacke)

Historie der HRV-Messung

  • seit 1700 Jahren Pulsvariabilität in China (durch Wang Shu He) bekannt, was v.a. in Griechenland (durch Herophilos und Galen) im Zusammenhang mit Kontraktionen und im Mittelalter bzw. 17. Jh in England (u.a. Floyer) physikalisch und im 20. Jh elektrisch (als EKG bzw. Holter-EKG) gemessen wurde [1]
  • im 17. Jh wurde in der Geburtshilfe begonnen, die Herztöne des noch ungeborenen Kindes über den Bauch der Kreißenden zu registrieren (Hörrohr, Stethoskop, Cardiotokogramm bzw. CTG) [1]
  • 1965 erkannte man den Zusammen der Veränderungen wie Akzeleration und Dezeleration zum Stress des Fötus [1]
  • Ab den 70er Jahren auch bei diabetischer autonomer Neuropathie und Postinfarktletalität [1]
  • 1996 wurde eine kardiologische Task force gegründet, um aktuell gültige Standards für Messung, Auswertung und Konsequenz zu erarbeiten [1,2]

Grundlagen

Embryologie und Anatomie des VNS

Chronobiologie

  • Das Leben als Kampf gegen die Entropie findet nicht nur räumlich, sondern auch zeitlich statt.
  • Es existieren wie im Universum biologische Rhythmen (z.B. in der DNA (10-9s), in der Grundregulation der Matrix (10-6s), in der elektrischen Leitung der Nervenzellen (10-3 ms), im Tonus und der Kontraktion von Muskelzellen).
  • So agieren im Schlaf bzw. „Ruhezustand“ Herz und Atmung im Verhältnis 4:1, bewegen sich Augenlider, Schluck- und Schlundmuskeln sowie glatte Muskeln der Verdauungsorgane autonom und dabei rhythmisch [4].
  • Auch im Stoffwechsel gibt es einen (circadianen) Rhythmus, der vom Licht (Schlaf-Wach-Rhythmus), von der täglichen bzw. saisonalen Nahrungsaufnahme sowie Jahreszeiten abhängt.
  • Der Menstruationszyklus zeigt aller 28 Tage (Vgl. Mondphase) die Fortpflanzungsfähigkeit an.
  • Das Wachstum ist nicht nur in der Pubertät „sprunghaft“, sondern verläuft auch im Kindesalter und als negative Version im Erwachsenenalter „schwunghaft“.
  • Als Besonderheit gilt die Adaptation des Herzschlages bei jeglicher körperlicher und beim Menschen emotionaler Belastung.
  • Die vegetativen Beeinflussung der Sinusknoten-Taktung und damit der Reizleitung bzw. Kontraktilität des Herzens wird über den parasympathisch aktiven N. vagus [1,3,4] und den Sympathikus aus dem thorakalen Grenzstrang realisiert.
  • Physiologische Grundlagen sind einerseits der Baroreflex zur Aufrechterhaltung des arteriellen Blutdruckes im arteriellen Gefäßsystem (siehe Lehrbücher der Physiologie und [5,6]) sowie die Steuerung der respiratorischen Sinusarrythmie mit Inhibition der Herzfrequenz bei Inspiration und umgekehrt [3,4,5,6]
  • Eine besondere Rolle spielt auch hier der Vagus [3,5,6] mit seinen phylogenetisch unterschiedlich entwickelten Anteilen aus den Ncll. dorsalis n. vagi und ambiguus sowie die Vernetzung zum Tractus solitarius. [3]

Stress und Fatigue

Methodik der HRV-Messung

  • gemessen wird das elektromagnetische Signal der größten Polarisierung bei der Kontraktion der Herzkammern (entspricht der R-Zacke im EKG) [1,2,5,6,7,8,9]
  • es reicht mittlerweise ein in einem Brustgurt tragbarer Tranducer aus, welcher über 2 „feuchte“ Hautkontakte am Brustkorb in Höhe der 6.-7. Rippe bipolar die Signale registriert [5,6]
  • mit einer Frequenz von 1000Hz werden Signale mit einem Fehler von 0,1% erkannt [2,5,6,7,8,9]
  • eine signifikante Aussage kann schon nach ca. 500 Herzschlägen getroffen werden [5,6]
  • Langzeitmessungen sind nur noch für gezielte Fragestellungen nötig
  • neben der Herz-Frequenz (HF) bzw. Anzahl pro Minute wird die jeweilige Zeitdifferenz bzw. –intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schlägen bzw. R-Zacken in ms aufgezeichnet und oszillographisch in einem Rhythmo-, Histo- und Streudiagramm dargestellt [5,6]
  • lineare (Zeitbereichsindices) und nicht-lineare (Spektralindices) Parameter lassen Aussagen über die Wirkung des VNS auf die Herzaktion bzw. die Taktung des Sinusknoten zu [5,6]
  • so lassen mathematische Werte Rückschlüsse auf die Wirkung des Parasympathikus und auf den Sympathikus auf das Herz und damit das System zu

Messwerte der HRV

SDNN

  • Abstand jedes einzelnen Messpunktes zum Mittelwert (von normal to normal, also NN) [1,2,5,6,7,8,9]
  • man spricht von einer erniedrigten „HRV“ bei Werten <100ms [1]

RMSSD

  • root mean square of successive differences
  • Differenz zweier benachbarter Punkte im Histogramm als Quadratwurzel des Mittelwerts aller Differenzen benachbarter Zeit-Intervalle zum Quadrat, was der Änderung der Herzfrequenz von Herzschlag zu Herzschlag und damit der Aktivität des Parasympathikus bzw. Vagus entspricht [1,5,6]
  • ist bei Kurzzeitmessungen mit dem SDNN vergleichbar
  • durch Atemtraining über respiratorische Sinusarrhythmie (RSA) beeinflussbar [5,6]

SI

  • der Stress-Index nach Baevski [10]
  • Quotient der Breite der Verteilungskurve der Zeit-Intervalle zum höchsten Wert bzw. der Amplitude des am häufigsten gemessenen Modalwertes (AMo) und dem Produkt des Doppelten Modalwertes (2Mo) und dessen Variabilitätsbreite bzw. Differenz zwischen höchsten und geringsten NN-Wertes (MxDMn) [10]
  • im Streudiagramm auch erkennbar als punktuelle Darstellung ohne Streuung [5,6]
  • Idealwert zwischen 30 und 150, bei Stress und jeglicher Belastung über 500 (im Leistungssport bis 2000 möglich) und damit der Aktivität des Sympathikus entsprechend [10]

Alpha1

  • unterscheidet Komplexität von Variabilität bzw. die nicht-lineare Dynamik [9]
  • Grad der Zufälligkeit/Korreliertheit; reicht von 0,5 (zufällig) bis 1,5 (korreliert) mit Normalwerten um 1,0 [8,9]
  • Nach Hoos verändert sich bei körperlichem Stress die RR-Zeitreihe über eine fraktale Organisation zu unkorreliertem bzw. stochastischem Verhalten und beschreibt mathematisch den komplexen adaptiven Charakter der selbst-organisierten Regulation des Herzrhythmus unter Belastung (persönliche Mittelung, [9]).
  • Nach eigenen Beobachtungen sinkt er bei cerebrovaskulären akuten sowie fortschreitenden Ereignissen und weist auf Störungen in der Kommunikation zwischen Kerngebieten beider vegetativer Zentren hin.

Anwendung

  • Sportwissenschaften (Belastbarkeitsdiagnostik, Aussage über anaerobem Trainingszustand, Orthostaseneigunen im Lagewechseltest bzw. Vagus-Overshoot) [9]
  • Kardiologie (Aussage zur Prognose der Postinfarktletalität (Tertiärprävention) bzw. Primär- und Sekundärprävention je nach hereditärer, anamnestischer und aktueller Belastung und Medikation) [2,5,6,8]
  • Endokrinologie (kardiologische Prävention bei metabolischem Syndrom, Diabetes, autonomer Neuropathie usw.) [2,5,6]
  • Schmerz-, Stress-Medizin und Psychologie (Aussage über den Zustand des Sympathikus und damit Differentialdiagnostik des Schmerzes, Aussage über den Parasympathikus und damit der Regulationsfähigkeit, Überwachung und longitudinale bzw. intraindividuelle Verlaufskontrolle der Entspannungsverfahren) [11,12,13,14]
  • Umwelt- und Arbeitsmedizin (Überwachung einer Ernährungs-, orthomolekularen bzw. Bewegungstherapie, Prävention von Burn out?)
  • Naturheilverfahren (Differenzierung einer primären Sympathikolyse und/oder parasympathikotonen Therapie, z.B. Neuraltherapie des Sympathikus, der parasympathischen Zentren oder Akupunktur des cholinerges Systems)

Literatur

  1. Geitel J (2016) Der Zusammenhang zwischen der Herzratenvariabilität und Stress. Diss
  2. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Elektrophysiology Circulation (1996) Heart rate variability. Standards of measurement, physiological interpretation and clinical use. Eur Heart J 17(3): 354-81
  3. Porges SW (2010) Die Poly-Vagal-Theorie, Junfermann
  4. Peters M (2014) Gesundmacher Herz. VAK
  5. Bortfeld S (2014) Die Bedeutung der Herzfrequenzvariabilität (HRV) und des vegetativen Nervensystems in der Regulationsmedizin. Die Naturheilkunde 91(4): 39-43
  6. Bortfeldt S, Hoos O (2016) Botschaft zwischen den Herzschlägen. Deutsche Heilpraktiker-Zeitschrift. 11(2): 34-40
  7. Hottenrott K, Hoos O, Esperer HD (2006) Herzratenvariabilität und Sport. Herz 31(6) 544-52
  8. Sammito S, Bökelmann I (2015) Analyse der Herzfrequenzvariabilität. Herz 40: 576-84
  9. Hoos O (2006) Spektralanalyse der Herzfrequenz-variabilität im Sport – Methoden und Anwendungen, Möglichkeiten und Grenzen. In: Hottenrott K (Hrsg) Herzfrequenzvariabilität: Methoden und Anwendungen in Sport und Medizin. Schriften der Deutschen Vereinigung für Sportwissenschaften, Bd 162. Feldhaus, Ed. Czwalina, Hamburg, S 28–63
  10. Baevsky RM, Kirillov OI, Kletskin SZ (1984) Mathematical analysis of heart rhythm and stress, M, Nauka
  11. Thayer JF, Ahs F, Fredrikson M, Sollers JJ 3rd, Wager TD (2012) Neurosci Biobehav Rev 36(2):747-56
  12. Thayer JF, Lane ED (2009) Claude Bernard and the heart-brain connection: further elaboration of a model of neurovisceral integration. Neurosci Biobehav Rev 33(2):81-8
  13. Thayer JF, Sternberg E (2006) Beyond heart rate variability: vagal regulation of allostatic systems. Ann N Y Acad Sci 1088:361-72
  14. Weber CS, Thayer JF, Rudat M, Wirtz PH, Zimmermann-Viehoff F, Thomas A, Perschel FH, Arck PC, Deter HC (2010) Low vagal tone is associated with impaired post stress recovery of cardiovascular, endocrine, and immune markers. Eur J Appl Physiol 109(2): 201-11