Kardiale Kohärenz

Als Herzfrequenzvariabilität oder Herzratenvariabilität (HRV) wird die Fähigkeit eines Organismus (Mensch, Säugetier) bezeichnet, die Frequenz des Herzrhythmus zu verändern. Auch im Ruhezustand treten spontan Veränderungen des zeitlichen Abstandes zwischen zwei Herzschlägen auf.

Über autonome physiologische Regulationswege passt ein gesunder Organismus die Herzschlagrate beständig momentanen Erfordernissen an. Körperliche Beanspruchung oder psychische Belastung hat deswegen bekanntlich in der Regel eine Erhöhung der Herzfrequenz zu Folge, die bei Entlastung und Entspannung normalerweise wieder zurückgeht. Dabei zeigt sich eine höhere Anpassungsfähigkeit an Belastungen in einer größeren Variabilität der Herzfrequenz. Unter chronischer Stressbelastung ist beides dagegen wegen der beständig hohen Anspannung, die dafür typisch ist, mehr oder weniger eingeschränkt und infolgedessen reduziert ^[1]

unauffälliges Ruhe-EKG: Beim Gesunden variiert die Frequenz des Herzschlages.

Anfänge und aktueller Stand der HRV-Forschung

Bereits im 3. Jahrhundert erkannte der chinesische Arzt Wang Shu-he (auch Wang Shu-ho oder Wang Hsi), dass ein variabler Herzschlag ein Zeichen für Gesundheit sei. Er dokumentierte dies in seinen Schriften „Mai Ching“/„The Knowledge of Pulse Diagnosis“ (heute ein „Puls-Klassiker“) u.a. mit dem Zitat: Wenn das Herz so regelmäßig wie das Klopfen eines Spechtes oder das Tröpfeln des Regens auf dem Dach wird, wird der Patient innerhalb von 4 Tagen sterben. Da es noch keine Messinstrumente wie beispielsweise Stethoskop oder EKG gab, musste der Arzt sich sehr sensibel auf die Erfassung des Zusammenspiels der Körpersignale eines Patienten einstellen, um eine Krankheit daraus diagnostizieren zu können.

Aktuell existiert ein breites Forschungsspektrum zur Herzfrequenzvariabilität, das vorwiegend auf drei Bereiche konzentriert ist:

• Klinischer Bereich: Risikostratifizierung und Gesundheitsprognose mit Parametern der HRV
• Rehabilitative Medizin: klassische und nichtlineare HRV-Methoden für die Prognose- und Leistungsobjektivierung
• Stressmedizin und Psychophysiologie: HRV-Biofeedback

Zur Leistungsdiagnostik und Belastungssteuerung wurden im Bereich der Sport- und Trainingswissenschaften neue Methoden entwickelt.

Definition

Der Abstand zwischen zwei Herzschlägen wird meistens definiert als die Zeit zwischen dem Beginn zweier Kontraktionen der Herzkammern. Dieser Beginn der Kammerkontraktion erscheint im Elektrokardiogramm (EKG) als ausgeprägte sog. R-Zacke. Der Abstand zwischen zwei R-Zacken wird daher als RR-Intervall bezeichnet. Das gemittelte RR-Intervall lässt sich mathematisch in die Herzfrequenz umrechnen. Die realen RR-Intervalle schwanken um diesen Mittelwert, wobei diese Abweichungen sich sogar von Schlag zu Schlag ändern können; dies bezeichnet man als Herzfrequenz- oder Herzratenvariabilität (HRV).

Physiologie der Herzratenvariabilität

Ein Herzschlag wird beim gesunden Individuum durch einen Impuls des Sinusknotens als zentralem Taktgeber des autonomen Erregungssystems des Herzens ausgelöst. Dieses steht seinerseits unter dem Einfluss des übergeordneten vegetativen Nervensystems, wobei über den Sympathikus ein aktivierender Einfluss ausgeübt wird, der eine Erhöhung der Herzfrequenz zur Folge hat. Körperliche und psychische Belastungen gehen mit einer Steigerung der Aktivität des Sympathikus einher, parallel zu der vom Vagus regulierte Körperfunktionen wie etwa Verdauung reduziert werden. Äußere Einflüsse (Reize), psychische Vorgänge (Gedanken) oder mechanische Abläufe (Atmung) greifen dabei komplex ineinander, können sich dabei aber je nach eigenem Gewicht auch unterschiedlich auf den Herzschlag auswirken.

Messverfahren

Spektralanalyse

Histogramm

Das EKG ist nach wie vor zentrales Diagnoseverfahren in der Kardiologie. Aus ihm lässt sich eine sog. Zeitreihe der RR-Intervalle bestimmen. Die Schwankung dieser Zeitreihe lässt sich mit Hilfe verschiedener Verfahren hinsichtlich ihrer Stärke, Zeitskala oder innerer Muster quantifizieren. Eine einfache statistische Größe zur Bestimmung der Streuung ist die Standardabweichung. Hinsichtlich ihrer Zeitskala lassen sich die Schwankungen der Herzfrequenz durch Verfahren der Spektralanalyse näher charakterisieren. In jüngerer Zeit werden auch komplexe empirische Parameter, wie z. B. die fraktale Dimension herangezogen.

Die Spektralanalyse ist ein sehr genaues Verfahren zur Feststellung der Frequenzanteile, aus denen sich die Variabilität der Herzfrequenz zusammensetzt. Sie gibt beispielsweise Auskunft über die Kopplung von Atmung und Herzschlag (also deren Kohärenz) im entspannten Zustand. Sind Atmung und Herzschlag gut gekoppelt, ergibt die Spektralanalyse einen eindeutigen Peak (Spitzenwert). Das betreffende Mess-Spektrum wird in der HRV-Forschung in drei Frequenzbänder aufgeteilt, LF (low frequency), MF (middle frequency) und HF (high frequency), teilweise zuzüglich eines vierten Frequenzbandes: ULF (ultra low frequency).

Eine weitere Darstellungsform der Herzratenvariabilität ist das Histogramm. In einem Verlaufsdiagramm einer Biofeedback-Messung wird gezählt, wie viele der Herzschläge in eine bestimmte Klasse fallen. Bei größerer HRV verteilen sich die Herzschläge gleichmäßiger über möglichst viele Klassen. Unter starker Belastung verschiebt sich die vegetative Balance und die HRV schränkt sich auf wenige Klassen ein.

Zahlreiche Studien benutzen Poincaré- oder Lorenz-Plot zur Analyse der HRV mittels zwei- oder mehrdimensionaler Punktwolkendarstellungen. Bekannt sind verschiedene Bezeichnungen für die Darstellung sukzessiver NN-Abstände: Poincaré-, Lorenz-, Recurrence- und Scatter-Plot sowie Return Maps. Bei dieser relativen Messung bezieht sich jeder folgende Messwert auf den vorhergehenden, wobei im einfachsten Fall einer 2-dimensionalen Darstellung die NN-Zeitreihe auf sich selbst abgebildet wird.^[2]

Zur Vermeidung von Fehleinschätzungen der Bedeutung verschiedener Parameter der HRV wurden von „Task Force of the European Society of Cardiology“ und „The North American Society of Pacing and Electrophysiology“ Richtlinien festgelegt zur Durchführung und Interpretation von HRV-Analysen.^[3]

Bedeutung

Da die Herzratenvariabilität ihren Ursprung in der Funktion des vegetativen Nervensystems hat, lassen sich prinzipiell Krankheiten erkennen, bei denen es darüber zu Auswirkungen auf den Herzschlag kommt. Dabei sind Erkrankungen zu unterscheiden, die direkt das autonome Nervensystem schädigen, und Krankheiten, die sich etwa über dauerhaft erhöhte Stoffwechselbeanspruchungen indirekt auf das autonome Nervensystem auswirken.

Ein Beispiel für die erste Gruppe von Krankheiten ist die diabetische Neuropathie, eins aus der anderen die koronare Herzkrankheit. Auch psychische Erkrankungen können über eine Erhöhung des Katecholaminspiegels und die Sympathikusaktivierung erkennbare Folgen auf die Herzaktivität haben; die Herzfrequenzvariabilität kann daher auch im Bereich der Neuropsychiatrie zu diagnostischen Zwecken herangezogen werden .

Implantattechnologie zur Steuerung der Herzrate

Die moderne Implantattechnologie ermöglicht durch operative Einbringung eines Defibrillators eine Vorbeugung gegen den plötzlichen Herztod. Wegen der damit verbundenen Nebenwirkungen ist eine generelle Implantation allerdings nicht empfehlenswert, so dass sie auf genauer zu bestimmenden Risikogruppen beschränkt bleibt.

HRV in Stressmedizin und Psychophysiologie

In den letzten Jahrzehnten wurden verschiedene Biofeedback-Techniken und Geräte entwickelt, um die Variabilität der Herzfrequenz zu messen. Dabei wurde besonderes Gewicht auf die Messung der Koppelung von Herz und Atmung gelegt, um so den Grad der Kohärenz/Synchronisation von Herzrhythmus und Atemfrequenz bestimmen zu können.

Synchronisation und chaotischer Verlauf von Atemrhythmus und Herzfrequenz sind bei diesen Biofeedback-Verfahren bildlich oder akustisch darstellbar. Die Messung des Pulses erfolgt dabei mit Hilfe eines Brustgurtes oder eines Ohrclips, wobei die Daten dabei auf spezielle Weise ausgewertet werden.

Festgestellt wurde, dass bei so komplexen Reaktionen wie Liebe oder Dankbarkeit, die mit der emotionalen Reaktion der Freude verbunden sind, eine messbare Synchronisation der Rhythmen von Herz und Atmung (Respiratorische Sinusarrhythmie) erfolgt.^[4] Diese Balance zwischen Atmung und Herzschlag verschwindet jedoch bei Reaktionen wie Hetze ("Stress"), Ärger oder Angst, die mit vermehrter Ausschüttung von Stresshormonen einhergehen.

Von den USA ausgehend werden in den letzten Jahren zunehmend Forschungen unternommen um festzustellen, inwieweit Kohärenz von Herz und Atmung trainierbar ist, und welche Therapieerfolge mit unterschiedlichen Settings erreicht werden können. Dabei werden Biofeedback-Techniken eingesetzt und in verschiedenen Variationen das emotionale Erleben der Trainees zusätzlich oder alternativ gezielt zu beeinflussen gesucht. Dabei werden spezielle musikalische Kompositionen eingesetzt, Atemtechniken, Achtsamkeitsübungen, Tranceinduktionen oder gelenkte Imaginationen mit Konzentration auf Herz und Atmung in Verbindung mit der Aktivierung besonders positiver, etwa liebevoller Reaktionen.^[5]

Das HRV-Biofeedback wird als Coaching-Methode oder komplementärmedizinische Methode schon länger in der verhaltenstherapeutisch orientierten Psychotherapie genutzt. Nach Studien in den USA sind dadurch Depressionen, Herzerkrankungen, Asthma, Angststörungen und Schlaflosigkeit günstig beeinflussbar. Die Verbesserung der Kohärenz von Atmung und Herz kann auch beim Abbau von Anspannungen helfen, bei der Bewältigung von Stress und Angst, und dazu beitragen, im Alltag gelassener zu reagieren.^[6][7][8]

HRV-Training, DHEA und Depressionen

Eine Studie aus den USA lässt darauf schließen, dass sich nach einem Training von täglich 30 Minuten über einen Zeitraum von 4 Wochen, der Spiegel des so genannten Jugendhormons DHEA^[9] um durchschnittlich 100 Prozent erhöht hatte.

DHEA kann im Gehirn hergestellt, durch die dort vorhandenen Enzyme in andere Hormone umgewandelt und somit indirekt wirksam werden. In Untersuchungen war auch festzustellen, dass DHEA auch selbst Abläufe im zentralen Nervensystem beeinflussen kann. Es wird vermutet, DHEA könne an Bindungsstellen koppeln, die für bestimmte Botenstoffe der Nerven vorgesehen sind (NMDA-, Sigma- und GABA-Rezeptoren) und deren Konzentration verändern, beispielsweise den Serotonin-Gehalt in bestimmten Hirnarealen erhöhen. Dabei zeichnet sich ein entsprechendes Wirkmuster wie auch bei Medikamenten mit anti-depressiver Wirkung ab.^[10]

HRV-Training bei Herzinsuffizienz

Die National Institutes of Health erteilten Dr. Luskin von der Stanford University Fördermittel zur Erforschung zur Schulung im HRV-Training bei Patienten mit schwerer Herzinsuffizienz. Die Patienten litten unter Atemnot, Müdigkeit, Ödemen und vielfach zusätzlich unter Ängsten und Depressionen. Nach sechswöchiger Behandlung hatte das Stressniveau der Gruppe, die gelernt hatte das HRV-Training einzusetzen, um 22 Prozent abgenommen und die Depression um 34 Prozent, während der körperliche Zustand in der Hinsicht, ohne Atemnot zu gehen, sich um 14 Prozent verbessert hatte.

Bei der Kontrollgruppe, in der konventionelle Mittel zur Anwendung kamen, hatten sich alle genannten Indikatoren gegenüber den Ausgangswerten verschlechtert.^[11]

Literatur

• Kuno Hottenrott (Hrsg.) Herzfrequenzvariabilität: Methoden und Anwendungen in Sport und Medizin. Schriften der dvs. Bd. 162. Czwalina, Hamburg 2006^[12] ISBN 3880204802 Inhaltsverzeichnis und Abstracts der einzelnen Beiträge; dargestellt werden auch lineare und neuere, nicht-lineare Analysemethoden der Herzfrequenzvariabilität und deren physiologische Hintergründe mit Vor- und Nachteilen der einzelnen Verfahren.

• Kuno Hottenrott (Hrsg.): Trainingskontrolle mit Herzfrequenz-Messgeräten. Meyer & Meyer, Aachen 2006, ISBN 3898991733 (Leseprobe: Herzfrequenzvariabilität). 

• Mück-Weymann M, Loew T, Hager D: Multiparametrisches Bio-Monitoring mit einem computerunterstützten System für psychophysiologische Diagnostik, psychophysiologisch gesteuerte Therapie und Biofeedback. Psycho (1996) 5: 378-384.

• Mück-Weymann M: Die Herzratenvariabilität als globaler Adaptivitätsfaktor in psycho-neuro-kardialen Funktionskreisen. In: Mattke D (Hrsg.) Vom Allgemeinen zum Besonderen: Störungsspezifische Konzepte und Behandlung in der Psychosomatik, Verlag für Akademische Schriften, Frankfurt/Main, 2002, 322-327.

• Mück-Weymann M: Körperliche und seelische Fitness im Spiegel der Herzfrequenzvariabilität. Mück-Weymann M (Hrsg.) Band 10, Reihe "Biopsychologie & Psychosomatik". Verlag Hans Jacobs, Lage. 2003.

Weblinks

• http://www.hrv24.de - Die wohl "älteste" deutschsprachige Info-Homepage zur HRV (online seit 2001)

• Wolfgang Bossinger, Michael Mück-Weymann Auswirkung von Stimme, Gesang und Atem auf die Herzratenvariabilität (HRV) mögliche musiktherapetische und gesundheitsfördernde Anwendungsbereiche Universität Ulm, Abteilung Psychosomatische Medizin und Psychotherapie 2005 S.3

• Josef Christian Arlt 2004 Der Einfluß der Neuropeptide-Releasing-Hormon, Atriales-Natriuretisches-Peptid und Cholecystokinitetrapeptid auf das autonome Nervensystem Dissertation zur Erlangung des Grades eines Doktors der Medizin aus dem Fachbereich der Universität Hamburg/ 2004/ aus der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf Direktor Prof. Dr. med. Dieter Naber Die Dissertation beschreibt auf Seite 6 bis 23 die Geschichte der HRV, den Bezug zum Autonomen Nervensystem und den physiologischen Hintergrund, HRV-Analyseverfahren sowie einige Hintergrundstudien.

• Uni-Düsseldorf, Arbeitsgemeinschaft der Wissenschaftlichen Medizinischen Fachgesellschaften, Herzrhythmusanalyse in der Arbeitsmedizin. Leitlinien der Deutschen Gesellschaft für Arbeitsmedizin und Umweltmedizin e.V. (DGAUM) Erarbeitet von: E.A. Pfister, Magdeburg, H. Rüdiger, K. Scheuch, Dresden (2001), Letzte Überarbeitung: 11/2006, Verabschiedet vom Vorstand der DGAUM: November 2006

• Rollin McCraty, Mike Atkinson, William Tiller, Glen Rein, and Alan D. Watkins The Effects of Emotion on Short-Term Power Spectrum Analysis of Heart Rate Variability The American Journal of Cardiology VOL. 76, NO.4, November 15, 1995, Pages 1089-1093

• Michael A. Cohen and J. Andrew Taylor: Short-term cardiovascular oscillations in man: measuring and modelling the physiologies. J. Physiol. 2002;542;669-683

• Joanneum Research, Institut für Nichtinvasive Diagnostik - ein Institut, das intensiv an der Weiterentwicklung der Herzfrequenzvariabilitätsmessung arbeitet

• O. Hoos, B. Heidenreich, M. Betz, O. Stoll, K. HOTTENROTT Effekte einer körperorientierten Entspannung auf HRV und Befindlichkeit

Einzelnachweise

1. ↑ Petra Wirz 2004 Kardiovaskuläre Aktivität II. Herzratenvariabilität UNI, Folien/Methoden der Psychobiologie
2. ↑ Pubmded Esperer HD, Esperer C, Cohen RJ. Cardiac arrhythmias imprint specific signatures on lorenz plots. Division of Cardiology, School of Medicine, Otto-von-Guericke-University, Magdeburg, Germany, and Division of Health Sciences and Technology, Harvard University, MIT, Cambridge, MA, USA. (in: Ann Noninvasive Electrocardiol. 2008 Jan;13(1):44-60.)
3. ↑ M. Malik et al.(1996) Heart rate variability. Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use. Circulation 17:354-381
4. ↑ Pub-Med Tiller WA, McCraty R, Atkinson M. 1996 Cardiac coherence: a new, noninvasive measure of autonomic nervous system order. Department of Materials Science and Engineering, Stanford University, Calif, USA., (veröffentlicht in: Altern Ther Health Med. 1996 Jan;2(1):52-65.)
5. ↑ M. Mück-Weymann, R. Beise "Herzkohärenztraining" - eine moderne Form der Stressbewältigung." Medizinische Fakultät Carl Gustav Carus, Klinik und Poliklinik für Psychotherapie und -somatik, Professur für Psychotherapie und -somatik, Zeitschriftenaufsatz: Zeitschriftenname/Buchtitel Forum Stressmedizin, 2005 Seiten 1 - 5 Band/Nr./Vol. I.
6. ↑ Pubmed Achmon J, Granek M, Golomb M, Hart J. 1989 Behavioral treatment of essential hypertension: a comparison between cognitive therapy and biofeedback of heart rate. Outpatient Mental Clinic, Gehah Psychiatric Hospital, Beilinson Medical Center, Petah Tikva, Israel. Psychosom Med. 1989 Mar-Apr;51(2):152-64.
7. ↑ Seidel, N. (1999). Veränderung der Herzratenvariabilität bei Entspannungsübungen: Eine kontrollierte Studie zur Wirkung der funktionellen Entspannung auf das autonome Nervensystem bei Patienten mit Asthma bronchiale und psychosomatischen Störungen. Universität Erlangen-Nürnberg: Dissertation.
8. ↑ Vestweber, K. & Hottenrott, K. (2002). Einfluss einer speziellen Entspannungs- und Konzentrationstechnik (Freeze® Frame) auf Parameter der Herzfrequenzvariabilität. In K. Hottenrott (Hrsg.), Herzfrequenzvariabilität im Sport- Prävention-Rehabilitation-Training (S. 141-155). Hamburg: Czawalina.
9. ↑ PubMed E. Baulieu, G. Thomas, et al. (2000) „Dehydroepiandrosterone (DHEA) DHEA sulfate, and aging:contribution of the DHEAge Study to a soziobiomedical issue“ Proc Natal Acad Sci USA, Bd 97 (8) S. 4279-4284
10. ↑ PD Dr. Wiebke Arlt und Prof Dr. Bruno Allolio Therapeutisches Potential von DHEA. Stellungnahme für die Hormontoxikologie-Kommission der Deutschen Gesellschaft für Endokrinologie (DGE) Medizinische Universitätsklinik Würzburg, Schwerpunkt Endokrinologie und Diabetologie, Quelle Originaltext: [1]
11. ↑ PubMed Luskin F, Reitz M, Newell K, Quinn TG, Haskell W. A controlled pilot study of stress management training of elderly patients with congestive heart failure. Stanford Center for Research in Disease Prevention, Stanford University School of Medicine, Palo Alto, CA 94304-1583, USA. [e-mail] (PMID: 12417824 [PubMed - indexed for MEDLINE]) Prev Cardiol. 2002 Fall;5(4):168-72.
12. ↑ http://www.hottenrott.info/buecher_czwa_hrv3.php

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