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A. Horn, H. Schulz, H. Heck

Lehrstuhl für Sportmedizin, Ruhr-Universität Bochum

Simulation zum Einfluss der Höhe der Herzfrequenz auf HRV-Parameter im Zeit- und Frequenzbereich


Problemstellung
: Besonderes Merkmal sportmedizinischer Studien zur Herzfrequenz­variabilität (HRV) sind die mit großer Spannbreite auftretenden Herzfrequenz(HR)en. In Ruhe weist das HRV-Powerspektrum zwei charakteristische Peaks um 0.1 und 0.3 Hz (low-, highfrequency; LF, HF) auf. Unter körperlicher Belastung unterliegt das Spektrum qualitativer und quanti­tativer Veränderungen, wobei sich der LF-Peak in Richtung langsamerer und der HF-Peak atmungssynchron in Richtung schnellerer Frequenzen verlagert. Die HRV ist mit geringerem Aufwand im Zeitbereich (time­domain = TD) deskriptiv-statistisch und mittels quanti­tativer Analysen von Pointcaré Plots zu beschreiben. Befunde zum qualitativen Zusammen­hang zwischen TD- und Frequenz­parametern liegen vor. Bislang ungeklärt und Frage­stellung dieser Arbeit ist, wie im TD die HRV-Parameter quantitativ Änderungen der LF- und HF-Power (LFP, HFP) abbilden und ob unabhängig von der biologischen zusätzlich mathematisch-methodi­sche Komponenten die Absolutwerte beeinflussen. Besonders gilt dies für die physiolo­gische Wechselwirkung variierender HR. Zur Umgehung physiologischer Effekte auf das Spektrum bieten sich Analysen generierter RR-Signale mit Simulation systematisch variierender Schwingungsniveaus und Amplituden­modulationen an. 

Methodik: RR-Zeitreihen (256 RR-Intervalle) mit überlagerten 0.1 und 0.3 Hz Schwingungen, deren Amplituden jeweils 3-fach variierten, wurden generiert. Dieser Datensatz aus 9 RR-Reihen wurde für 3 mittlere Schwingungsniveaus (entspr. HR 60;100;150 min-1) erstellt. Die RRSD, die Streuung zum Längs- und Querdurchmesser im Pointcaré Plot (SOL und SOW entspr. Staba, Stabb) sowie die LFP, HFP und Totalpower (TP) im Frequenzbereich wurden berechnet und für jede HR korreliert.

Ergebnisse: Die HR beeinflusst die Absolutwerte der LFP und HFP sehr gering (mittlerer VK 1±0.6 und 1.6±1%). Im TD ist RRSD konstant, SOL fällt mit zunehmender HF jedoch unabhängig von der Amplitudenmodulation (mittl. VK 40±1%). Im Vergleich zu SOL steigt SOW (mittl. VK 11±5%), und variiert stärker mit zunehmender spektraler Leistung im 0.3 zum 0.1 Hz-Band. SOL korreliert stabil, unabhängig von der Höhe der HR, nahezu vollständig mit HFP r³ 0.98 sowie mit TP und LFP schwächer mit steigender HR. RRSD korreliert mittel aber HR-stabil mit beiden Frequenzbereichen (r=0.69-0.72). SOW korreliert bei niedriger HR (60 min-1) sehr hoch mit der LFP und TP (r=0.91, 0.92). HR-Anstiege (100, 150 min-1) verringern den Zusammenhang von SOW zu LFP (r=0.78 und 0.73) und erhöhen die Korrelation zu TP (r=0.96 und 0.97).

Schlussfolgerung: Die HR beeinflusst quantitativ die Höhe der HRV-Parameter in unterschied­lichem Maße und führt zu qualitativen Verschiebungen der Korrelationen im Frequenz­spektrum für RRSD und SOW. Mit SOL hingegen liegt ein stabiler Hochfre­quenz­filter vor. Die Studie hat gezeigt, dass infolge HR-Änderung bei jedoch stabilem Spektrum (LFP, HFP konst.) SOL ab- und SOW  zunimmt. Mit diesem methoden­bedingt konträren Verhalten verschiebt sich scheinbar die Relation von respirator­ischer- (SOL) zur Gesamtvariabilität (SOW). Sollten dennoch Rückschlüsse über Veränderungen der autonomen Tonuslage (z.B. Ruhe vs körperlicher Aktivität) im Zeitbereich zu ziehen sein, muss dies in weiteren Untersuchungen geklärt werden.
 

 

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