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
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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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