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HRV-Messung

Belastungsgestaltung und individuelles Regenerationsmanagement

Mit einer 24h-Heart Rate Variability (HRV) Analyse ist es möglich, den Leistungs- und Erholungsstand, die Wirkung des Trainings, die Regenerationsfähigkeit sowie damit verbunden die Schlafqualität und die Tagesgestaltung eines Sportlers zu bewerten. Ebenso sind psychophysiologische Krankheitsbilder im Frühstadium erkennbar. Dr. Ronald Burger berichtet in seinem Artikel über den Nutzen der HRV als Diagnoseinstrument der Belastungsgestaltung und im individuellen Regenerationsmanagement für den professionellen Sport.

Mit Hilfe der Analyse der Herzschlagvariabilität (Heart Rate Variability, Herzratenvariabilität, HRV) ist eine Analyse des Leistungsvermögens, der Regenerationsfähigkeit und des kardialen Gesundheitszustands direkt, nicht-invasiv und rückwirkungsarm möglich. Jeder einzelne Herzschlag wird im Moment der Kontraktion des Herzmuskels durch das autonome Nervensystem gebildet. Unter dem Einfluss einer Viel- HRV-Messung Belastungsgestaltung und individuelles Regenerationsmanagement Abb. 1 „fire of life“ und Herzrate mit Mittelwert (schwarz) und Streuung (grün) über 24 h bei einem Leichtathlet der erweiterten Deutschen Spitze zahl von Organsystemen, die direkt auf den sympathischen und parasympathischen Anteil des autonomen Nervensystems wirken, ändert sich der Rhythmus des Herzschlags ständig. Die Selbstinnervationsfähigkeit der Herzmuskelzellen lässt das Herz denerviert mit 100beats/ min schlagen. Daraus lässt sich der vagale Einfluss des autonomen Nervensystems (ANS) auf das kardiale System ableiten. Sowohl der parasympathische als auch der sympathische Anteil des ANS bedingt die resultierende Variabilität der aufeinanderfolgenden Kontraktionen des Herzmuskels. Je jünger, fitter und gesünder eine Person ist, desto größer ist die Variabilität. Dies zeigt sich in allen Frequenzbereichen. Sowohl die direkt bestimmbaren, zeitabhängigen statistischen Kennwerte der Herzschlagreihe, als auch die Parameter, die aus dem Frequenzbereich berechnet werden können, geben Aufschluss über Fitness, Gesundheit, Regeneration, Resilienz und damit auch Schlafverhalten des Sportlers. Der Einsatz von Messsystemen zur Messung der HRV ist im Sport weit verbreitet. Bei genauerem Hinsehen zeigt sich jedoch, dass der Versuch, einer Reduktion der komplexen Aussagen der HRV-Messung auf wenige und künstliche Parameter zu beschränken, nur selten gelingt. In der Regel wird die Reduktion der komplexen Analyse zu einem Preis erkauft, der überlegen lässt, ob nicht eine fundiert begleitete und strukturierte Herzraten-Messung die komplexen Vorgänge im Körper des Hochleistungsathleten differenzierter beschreiben kann.

Auswertungen

Im Folgenden werden zwei exemplarische Auswertungen von unterschiedlichen Sportlern/ Phänomenen dargestellt. Beispielhaft werden das stark beanspruchende Training und ein stark über CO2-Rezeptoren reguliertes Atmen, bei nicht nachweisbaren Schnarchgeräuschen,  mit dem Hinweis auf eine noch nicht detektierte Depression, unterschieden. Alle im Folgenden aufgeführten Diagnosen, die der Nomenklatur des ICD-10 entsprechen, sind von einem Arzt durchgeführt worden. Der Experte für die HRV-Analyse berichtet lediglich über die Phänomene in den Ergebnissen. Dies setzt voraus, dass hier eine kollegiale Zusammenarbeit von Experten aus unterschiedlichen Fachgebieten erwünscht und umgesetzt wird (Anmerkung der Redaktion: Der Autor arbeitet eng mit Dr. Kurt Mosetter, dem Leiter des Zentrums für intersdisziplinäre Therapie in Konstanz, zusammen).

Stark beanspruchendes Training

Mit der Herzratenvariabilität ist die Qualität der Überlastung durch Training direkt erfassbar. In der Regel möchte der Trainer durch die Belastungsgestaltung die komplexe Leistung des Sportlers verbessern. In bestimmten Trainingsarrangements führt man ein Training durch, um einen sehr hohen Einzelreiz zu setzen oder diese Belastung ist ein Teil in einer Serie von Reizen, damit eine Ermüdungsaufstockung stattfindet, wie bspw. in der sogenannten Verdichtung bei nicht-linearen Trainingsplänen. In beiden Fällen ist dies vom Trainer intendiert. Manchmal setzt der Trainer einen Reiz zu hoch. Wenn dies wiederholt geschieht, muss in der Folge mit dem Zustand des Übertrainings gerechnet werden. Dies hätte einen längeren Ausfall des Sportlers zur Folge. Im Profisport ist dies mit einer hohen ökonomischen Einbuße verbunden. In Abbildung 1 ist die Auswertung einer 24h-HRV-Messung zu sehen. Im unteren Teil der Abbildung ist die Herzrate mit dem Mittelwert (schwarz) und der dazu gehörigen Streuung (grün) dargestellt. Auffällig ist die höhere Herzrate in vier Intervallen um ca. 19 Uhr und die Absenkung des Herzschlages in der Nacht zwischen 24 und 7:30 Uhr. Das hier um 19 Uhr nachweisbare Intervalltraining ist ein vom Trainer geplantes sehr intensives Tempotraining. Im oberen Teil der Grafik wird die sog. „fire of life“-Grafik genutzt, um den Zusammenhang von Variabilität als Frequenz und Uhrzeit abzubilden. Offensichtlich ist, durch die Farbgebung der Häufigkeiten die Herkunft des Namens „fire of life“. Auf der y-Achse wird die Frequenz abgetragen. Kommt eine Frequenz vor, dann wird sie durch eine Farbnuance gekennzeichnet. Der grau hinterlegte Bereich bedeutet, dass in diesem Frequenzbereich keine Variationen vorkommen. Gelb ist die nächste Abstufung, danach folgt Rot. Die am häufigsten vorkommenden Frequenzen sind dunkelblau und in der höchsten Stufung dann hellblau markiert. Sind im Bereiche von 0,25 Hz Häufigkeiten verzeichnet, wie sie in der Nacht vorkommen, bedeutet dies, dass hier eine parasympathische, durch das Atmen provozierte, sinusförmige Variation (respiratorische Sinusarythmie, RSA) registriert wird. Bei ca. 0,1 Hz wird eine Variation in der Herzrate durch den Blutdruck bedingt.

Abb. 1: „fire of life” und Herzrate mit Mittelwert (schwarz) und Streuung (grün) über 24 h bei einem Leichtathlet der erweiterten Deutschen Spitze

Auffällig in Abbildung 1 ist, dass die HF nach dem Training, im Mittelwert nur langsam abfällt und das nächtliche nachhause Fahren auf dem Fahrrad, nach dem Besuch bei einem Freund, eine stark erhöhte HF- Spitze zur Folge hat. Somit kann die Trainingsbelastung auch auf ihre Auswirkungen hinsichtlich des Alltags bewertet werden. Im nächsten Schritt folgt die Auswertung des Schlafes. Dieser ist in Abbildung 1 im Blau unterlegten Bereich zu erkennen. Horizontal unterteilt sind in Abbildung 2 drei Abschnitte. Die X-Achse wird in jedem Diagramm durch die Zeit abgebildet. Die oberste Einheit kennzeichnet die Schlafstadien. Es können N1/N2, N3 und „Andere“ Schlafphasen unterschieden werden. Im zweiten Abschnitt werde Einflussgrößen auf die Schlafqualität dargestellt. Hier wird Bewegung, Arousals (Weckreaktionen), CO2 Regulation und BP Regulation differenziert. Bewegung wird über den integrierten Beschleunigungsaufnehmer aufgezeichnet. Arousals kennzeichnen Weckreaktionen des autonomen Nervensystems, bedingt durch Atemstörungen oder Bewegungen, die wiederum durch unterschiedliche Parameter wie Schnarchen, Alkohol und nicht verarbeitete Traumen zustande kommen können. Die BP Regulation kennzeichnet den Einfluss des Blutdrucks, der sich im Frequenzband von 0,1 Hz zeigt. Falls es zu Schlafstörungen kommt, kann über eine Anpassung des Blutdrucks wieder eine Homöostase hergestellt werden. Im nächsten Fenster sieht man jenen Abschnitt des sog. „fire of life“, der die Nacht zeigt.

Abb. 2: Schlafstadien, Einflussgrößen und „fire of life“ des Nacht-Abschnitts

Hauptaugenmerk in Abbildung 1 liegt auf der CO2 Regulation. Wie hier in diesem Beispiel gezeigt wird (Abb. 2), kann nach einem überhöhten Trainingsreiz, über Chemorezeptoren, eine Übersäuerung des Blutes festgestellt werden. In diesem Fall reguliert das autonome Nervensystem über tiefere Atemzüge, dass das überschüssige CO2 abgeatmen wird. Festgestellt wird eine solche CO2 gesteuerte Atemregulation zu Beginn der Nacht bzw. mit dem Einschlafen (dunkelrote Felder) ganz links. Dies gilt als gesichertes Zeichen für einen hohen Trainingsreiz. Eine weitere autonome regulative Größe ist die Anpassung des Blutdrucks an die veränderte Sauerstoffversorgung in dieser Nacht. Im Tiefschlaf flacht sich durch die Anstrengung des Tages, die Atmung ab. Wenn nicht durch die CO2 Regulation gegengesteuert wird, erhält das Gehirn die Information, dass ungenügend Sauerstoff zur Versorgung vorliegt. Daraufhin wird der Blutdruck verändert, damit eine Wachreaktion hervorgerufen wird, die dazu führt, dass die Atemfrequenz wieder ansteigt und somit das Blut mit mehr Sauerstoff angereichert werden kann. Falls diese Beanspruchungsstärke des Trainings beabsichtigt ist, sollte über eine anschließende 24h-HRV-Messung kontrolliert werden, wann die hier über die ganze Nacht wirkende CO2 Regulation sich wieder normalisiert. Sowohl jenes hier beschriebene Phänomen als auch der autonom regulierte Blutdruck führen in dieser Nacht zu keiner genügenden Regeneration. Wurde dieses Phänomen unbeabsichtigt provoziert und wird keine gezielte Maßnahme zur Wiederherstellung eingeleitet, wird diese Belastung zu einem erhöhten Verletzungsrisiko beitragen und die Trainingswirksamkeit ist stark eingeschränkt!

Stark saures Atmen und Depression

Der folgende Athlet hat wegen starker Stresssymptome seine aktive Spielsportkarriere beendet. Er hält sich nach wie vor durch Training fit. Die körperliche Leistungsfähigkeit ist nur bedingt eingeschränkt. Er hat sich in seinem Beruf, der an seine sportliche Karriere gekoppelt ist, nicht berufsunfähig gemeldet. Hier reicht die Betrachtung der Schlafphase aus, um die Problematik zu erkennen bzw. die zwischenzeitliche Ursachenannahme durch den Arzt zu stützen. Aufgrund der Analyse der Atmung wurden starke Apnoen nachgewiesen. Eine Mikrofonaufnahme in der Nacht und auch die Partnerbefragung konnten nicht nachweisen, dass der Sportler schnarcht.

Abb. 3: Schlafphasen, Einflussgrößen der HRV und Frequenzhäufigkeitsverteilung über die Nacht bei einem ehemaligen Sportspieler

In Abbildung 3 ist die sympathische Fähigkeit, gekennzeichnet in den niedrigen Frequenzbereichen und die parasympathische Fähigkeit, die in den oberen Frequenzbereichen zu erkennen ist, eingeschränkt. Im Abbildungsbereich der Schlafphasen zeigt sich, dass keine Tiefschlafphasen, weder N1/N2, noch N3 nachweisbar sind! Bei den Einflussgrößen wechseln sich Blutdruckregulationseinflüsse und Weckreaktionen (Arousals) ab. Ein eindeutiger Nachweis einer REM-Phase ist nicht zu erkennen. Der Athlet gibt an, dass er starkem Stress ausgesetzt sei. Nach Rücksprache mit dem Arzt stellt die HRV-Analyse ein weiteres Merkmal zur Verfügung, dass der betreuende Arzt einen Facharzt (Psyschiater) zu Rate zieht, um zu prüfen in wie weit hier schon Zeichen einer depressiven Phase vorliegen. Man sollte den letzten Referenzfall eher unter der Perspektive betrachten, dass immer häufiger Depressionen bei Profisportlern spät erkannt werden bzw. man das Risiko des zu späten Erkennens vermeiden möchte. Auch in diesem Fall wäre die 24h-HRV ein adäquates Diagnoseinstrument, um hier neben trainingsdiagnostischen Kriterien auch unwillkürlich Parameter des psychischen Verhaltens des Sportlers zu erkennen.

Fazit

In diesem Artikel wurden zwei Beispiele ausgewählt, die durch ihre Relevanz in der Trainingsgestaltung die Vorteile einer 24h-HRV-Analyse plausibel aufzeigen. Dabei wurden die routinemäßig eingesetzten Verfahren der HRV-Analyse (5-Minuten-Test, Lagewechseltest usw.) nicht berücksichtigt und der Schwerpunkt auf die fundierte 24h-HRV-Analyse mit dem 2-Kanal EKG faros 180° und den Auswerteroutinen der Software cardiscope gesetzt. Die 24h-HRV-Anaylse bietet in diesem Zusammenhang ein Diagnoseinstrument, welche im professionellen Hochleistungssport eine sinnvolle Ergänzung zu den bisher eingesetzten Messinstrumenten darstellt. Sowohl zur umfassenden Belastungs- und Regenerationsgestaltung, als auch zur Detektion einer Vielzahl von Risikofaktoren psychophysischer Krankheitsbilder, die das Individuum in seiner Karriere beeinträchtigen. Anmerkung: Mit der rückwirkungsarmen Methode der 2-Kanal EKG Aufzeichnung wird der Trainingsalltag minimal beeinflusst. Aus den Ergebnissen sind direkt Ableitungen für den Trainingsprozess, die Regenerationsmaßnahmen, die Lebensgestaltung und die Schlafhygiene möglich. Man muss kein Arzt sein, um die HRV-Diagnostik durchführen. Es bedarf einiger Erfahrung die komplexen Parameter auf der Basis der physiologischen Zusammenhänge zu deuten. Besteht jedoch der Verdacht auf eine Erkrankung, ist sofort ein Arzt für die Diagnose hinzuzuziehen. Alle in diesem Artikel aufgeführten Beispiele wurden in ihrem Krankheitsverlauf von einem Arzt begleitet bzw. federführend betreut.

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Der Autor


Dr. Ronald Burger
ist Inhaber der SOURCE - Gesundheitsberatung. Der promovierte Sportwissenschaftler gilt als Experte für quantitative und qualitative Diagnostik und Ansteuerungsverfahren für Regenerationsmanagement im High-Performance Bereich inner- und außerhalb des Hochleistungssports. In seinen Räumen betreut er sowohl namhafte Athleten als auch Menschen, die im Beruf bestehen müssen.

Möchten Sie Einzelheiten und weitere Informationen zu verschiedenen Messsystemen und Software erhalten oder eine Messung durchführen? Dann kontaktieren Sie Dr. Ronald Burger direkt (info@source-gesundheitsberatung.de)

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