Kennen Sie die Grundlagen der Herzratenvariabilität?

Die Herzratenvariabilität (HRV) zeigt, wie anpassungsfähig ein Organismus ist. Damit stellt sie ein aussagekräftiges und kaum beeinflussbares Maß für Gesundheit dar.
Ein variabler Herzschlag deutet auf einen guten Gesundheitszustand hin, ein gleichbleibender bis starrer Puls hingegen ist als Warnzeichen zu betrachten. Diese feinen Unterschiede von einem Herzschlag zum nächsten machen wir mit der HRV-Messung über 24 Stunden sichtbar und können sehr exakt den Gesundheits- und Vitalzustand eines Menschen beurteilen – schon lange bevor eine Krankheit auftritt!

Dr.med. Alfred Lohninger

 

Was ist die Herzratenvariabilität? Wie entsteht aus 100.000 Daten ein Bild? Welche Faktoren beeinflussen die HRV?

Die Grundlagen der HRV lassen sich lang und ausführlich erklären. Hier soll ein kurzer Überblick über die wichtigsten Fakten einige oft gestellte Fragen beantworten.

Schon im 3. Jh. n. Chr. beschrieb der Arzt Wang Shu-Ho (180–270): „Wenn der Herzschlag so regelmäßig wie das Klopfen des Spechts oder das Tröpfeln des Regens auf dem Dach wird, wird der Patient innerhalb von vier Tagen sterben.“ Die klinische Relevanz der HRV wurde aber erstmals 1963 von E.H. Hon und S.T. Lee beschrieben. Sie bemerkten, dass fetalem Stress eine Änderung der Intervalle zwischen den Herzschlägen vorangeht, noch bevor Veränderungen in der Herzfrequenz selbst auftreten. Die Task Force erkennt in ihrer Übersichtsarbeit 1996, dass die HRV ein großes Potenzial bei der Beurteilung der Rolle des autonomen Nervensystems sowohl bei gesunden Individuen als auch bei Patienten mit kardiovaskulären und nichtkardiovaskulären Erkrankungen besitzt (Parekh & Lee, 2005).

Der Herzschlag wird von der inneren Uhr, der Atmung, von Emotionen und von äußeren Einflüssen gesteuert; d. h., das Herz reagiert unmittelbar auf alles, was der Mensch im Außen erlebt und im Inneren denkt und fühlt mit fein abgestimmten Veränderungen (Variationen) der Herzschlagfolge. So steigt die Herzfrequenz bei körperlicher Anstrengung oder Stress und sinkt in Ruhe oder während des Schlafens.

Dieses Phänomen nennt man Herzratenvariabilität, abgekürzt HRV.

Die HRV beschreibt also die Fähigkeit des Herzens, den zeitlichen Abstand von einem Herzschlag zum nächsten laufend zu verändern und sich so flexibel ständig wechselnden Herausforderungen anzupassen. Sie ist ein Maß für die allgemeine Anpassungsfähigkeit eines Organismus. Die Steuerung geschieht durch das Aktivieren des Sympathikus (im Sinne der Anspannung) und des Parasympathikus (im Sinne der Erholung). Verantwortlich für das Beschleunigen oder Entschleunigen des Herzschlages ist das autonome Nervensystem (Shaffer et al., 2014; McCraty & Shaffer, 2015). Sie errechnet sich aus den millisekundengenauen Abständen zwischen den einzelnen Herzschlägen eines Menschen.

Je variabler de Herzschlag, desto gesünder der Organismus.

 

Wie wird die HRV nun berechnet?

Mit einem Elektrokardiogramm werden die Zeitreihen der RR-Intervalle aufgezeichnet (Gramann & Schandry, 2009). Das RR-Intervall ist die Zeit zwischen zwei R-Zacken, also der Zeitspanne zwischen der elektrischen Erregung (Depolarisation) der Herzkammern. Diese Zeitreihen werden dann hinsichtlich ihrer Stärke, Zeitskala und inneren Muster quantifiziert (tiefergehende Informationen erhalten Sie in „HRV-Praxis-Lehrbuch“ von Dr.med. Alfred Lohninger).

1.000-mal pro Sekunde wird nach einer R-Zacke gesucht. Die Abstände zwischen zwei benachbarten R-Zacken werden in Millisekunden (ms) gemessen. Die Zahlenwerte dieser Wegstrecken (rund 120.000 pro 24 Stunden) bilden das Datenrohmaterial. Die hochspezialisierte Software transformiert Daten in Zahlenwerte und Bilder.

Berechnung der Herzrate:

1 Minute = 60.000 Millisekunden

 

Man unterscheidet verschiedene Bereiche, die zur Analyse der Herzratenvariabilität genutzt werden:

  • Zeitbereich (z. B. Standardabweichung der RR-Intervalle)
  • Frequenzbereich (z. B. Spektrum der Herzfrequenzvariabilität)

 

Zeitphänomene und Parameter der HRV

Grundlage der Analyse im Zeitbereich ist die absolute Intervalldauer zwischen zwei R-Zacken bzw. deren Differenz. Dabei wird jedoch ausschließlich das Streuungsmaß um den Mittelwert der Intervalldauer (bzw. seiner Differenz) innerhalb eines vorgegebenen zeitlichen Bereichs einer Gesamtableitung oder innerhalb der gesamten Ableitung (SDNN) berücksichtigt.

Anhand der RR-Intervall-Dauer lässt sich die „Spannweite“ der HRV bestimmen (Differenz zwischen Minimum und Maximum der Intervalldauer). Die prozentuale Verteilung der Intervalldauern ist in einem Histogramm darstellbar. Je höher der Wert des mittleren RR-Intervalls ist, desto niedriger ist die mittlere Herzfrequenz. Dies kann u. a. auf eine ökonomische Arbeitsweise des Herzens hindeuten.

Eine weitere Möglichkeit der HRV-Analyse im Zeitbereich ist die Darstellung der ermittelten Werte im Poincaré bzw. Lorentz Plot (= Streudiagramm = Scatterplot):

Etablierte HRV-Zeitbereichsparameter sind u.a. Minimale Herzrate, Maximale Herzrate, Gesamtzahl Herzschläge in 24 Stunden, SDNN, SDANN, RMSSD oder pNN50.

 

Frequenzbezogene Aspekte und Parameter der HRV

Akselrod et al. stellten 1981 die Spektralanalyse zur quantitativen Bewertung der kardiovaskulären Beat-to-Beat-Kontrolle vor. Mittels schneller Fouriertransformation (FFT- Fast Fourier Transformation) wird hier umgerechnet.

Kernstück moderner HRV-Diagnostik ist die intuitiv erfassbare Darstellung des Spektrogramms als Grafik (Sammito et al., 2014; Task Force, 1996; Berntson et al., 1997).

Die Intensität der HRV drückt sich über die Farbcodierung aus und wird in Millisekunden zum Quadrat (ms²) ausgewiesen. Ein dichtes, hochflammendes, entsprechend dem Powerbalken am rechten Bildrand, farbintensives Bild repräsentiert Vitalität. In Anlehnung an das Farbspektrum einer Gasflamme geht dieses von hellblau, mittelblau, dunkelblau, dunkelrot, hellrot, orange, gelb, weiß in grau über. Hellblau entspricht dabei beispielsweise der stärksten Intensität von mindestens 1.200 ms², rot 240 ms² und grau 0 ms².

Daraus ergeben sich folgende Frequenzbereiche:

  • ULF (ultra low frequency): < 0,0033 Hz; lässt sich wegen der Zykluslänge nur in Langzeitvariabilitätsmessungen berechnen. Sie spiegelt den tageszeitlichen Rhythmus und zeigt sich gegenüber Verhaltenseffekten weitgehend robust.
  • VLF (very low frequency): 0,04 – 0,0033 Hz; erfasst Zykluslängen von 25 Sekunden bis zu mehreren Minuten. Zu Schwankungen der VLF tragen unter anderem Atemmuster, Thermoregulation, vasoaktive Substanzen, Höhenlage und Körperposition bei.
  • LF (low frequency): 0,04 – 0,15 Hz; erfasst Schwingungen im Bereich von etwa 10 Sekunden und stimmt mit der periodischen Aktivität des vasomotorischen Teils der Baroreflex-Schleife (Mayer-Wellen-Aktivität) überein
  • HF (high frequency): 0,15 – 0,40 Hz; umfasst Schwingungen im Sekundenbereich (2 – 7 Sekunden). Es zeigt den parasympathisch bestimmten Schwingungsanteil der respiratorischen Sinusarrhythmie (RSA) und damit die atemsynchrone Herzfrequenzfluktuation.
  • TP (Total Frequency Power):  0 bis 0,4 Hz; Sie gilt als das Maß für den Einfluss des Vegetativums auf das Herz-Kreislauf-System.

 

Natürlich gibt es über die HRV noch viel mehr zu erzählen. Für eine Vertiefung eignet sich das „HRV-Praxis-Lehrbuch“ von Dr. Alfred Lohninger (2017). Erschienen im Facultas Verlag und bestellbar direkt über die Homepage unter https://www.autonomhealth.com/jetzt-bestellen/buecher/.

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