The human body, on a physiological level, tries to maintain a state of balance, called homeostasis, which is necessary for optimal functioning. The body perceives stress through our senses, and sends this information to the brain, which decides how to react. Regardless of the source that causes stress, the body responds the same way. 

Returning to our cardiac variability, the non-constant times between one beat and another reflect the activity of the autonomic nervous system in response to stimuli, i.e. sources of stress. When we encounter a form of stress, the autonomic nervous system carries the impulses received from the brain to the various muscles and organs of the human body. This mechanism of the autonomic nervous system controls nearly 90 % of the functions of the human body, both short-term ones such as breathing and more long-term ones.

To summarize, the autonomic nervous system controls and regulates many processes within the human body as well as our body’s responses to various forms of stress. HRV is regulated by the autonomic nervous system, in particular by the parasympathetic system (at least the easiest variables to interpret) and consequently it can reveal impor­tant information about our body’s reaction to stress, regardless of what generated it (training, a difficult period at work, etc.).

How is it measured?

HRV can be measured in various ways. The reference system is the electrocardiogram, although fortunately in recent years there have been technological developments that have brought these measurements somewhat into the hands of anyone with an interest, through the use of chest straps.

Once we have chosen a system for measuring HRV, unfortunately there is an additional complexity, which is that there are various ways to quantify cardiac variability. Normally, the most reliable methods and on which there is more consensus in the scientific community, are related to the measurement of the parasympathetic system, i.e. the one that deals with the state of recovery of the body. The most common way of quantifying cardiac variability is the so-called rMSSD, or a derivation thereof. rMSSD is a mathematical formula used to transform changes in beats over a period of 1 to 5 minutes into a single number indicating the activity level of the parasympathetic system.

What factors influence the data?

By the very nature of what HRV quantifies, i.e. the activity of the vagus nerve, or activity of the autonomic nervous system, everything affects it a bit. Let’s try to make a list of factors that have been associated with HRV in recent publications: they range from physical exercise, to nicotine, caffeine, medicines, time of day (circadian rhythm), alcohol, age, digestion of food or even water, illness , etc. – how then do we draw valid conclusions if the processes we measure are influenced by so many parameters? It is essential to measure cardiac variability in order to limit the effect of so-called external stress sources as much as possible: the simplest way to create a so-called reproducible context in which to take the measurement is to do it as soon as you wake up, before exercising, eating, getting to work, or before being influenced by the various forms of everyday stress.

Why is this data important for an athlete? How should it be interpreted?

In the context of athletes, HRV application and monitoring are more prevalent due to the ability to quantify the form of stress, i.e. training. The relationship between training and HRV is evident and has been proven several times in various scientific studies, as training is a very high form of stress for the body. For other applications, for example related to physical and mental health, it can be much more complex to identify and quantify the sources of stress, making it difficult to implement feedback as well as then modify our plans to improve things.

In professional athletes, the risk of overtraining is always present, due to very high training volumes. However, amidst all of this, we must not overlook the athlete’s body response to the training program. Is it adapting well? Or is he/she struggling more than expected? An objective measure of stress status can help us implement changes on the go. For the non-professional athlete, perhaps who trains when he/she doesn’t have to devote time to work or family, measuring HRV can be even more important, as all forms of stress are detected in this way, and we can better understand when it is appropriate to slow down with training, or when we can indulge in an extra intense session, always with the aim of improving physical performance in the long term.

Speaking of stress, even after an injury, a therapeutic process begins, HRV can provide us with important data to see how the therapy works.

Our research

Published in the „International Journal of Environmental Research and Public Health“ we evaluated how HRV can be used to verify the positive effects of a therapy on subjects with orthopedic injuries. Specifically, we have seen how combining classic physiotherapy therapy with technologically advanced tools such as the papimi Ion-Induction-Therapy (IIT) within the same session leads to an improvement in all HRV parameters, a sign of an effective therapy  Fig. 1 + 2.

* Modulation of Heart Rate Variability following PAP Ion Magnetic Induction Intervention in Subjects with Chronic Musculoskeletal Pain: A Pilot Randomized Controlled Study

Viti et.al. Int J Environ Res Public Health. 2023 Feb 22;20(5):3934. doi: 10.3390/ijerph20053934. 

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36900946/

Der menschliche Körper versucht auf physiologischer Ebene, einen Zustand des Gleichgewichts, die so genannte Homöostase, aufrechtzuerhalten, der für ein optimales Funktionieren notwendig ist. Der Körper nimmt Stress durch unsere Sinne wahr und sendet diese Informationen an das Gehirn, das dann entscheidet, wie es reagieren soll. Unabhängig von der Quelle, die Stress verursacht, reagiert der Körper auf dieselbe Weise. Um auf unsere Herzva­ri­abilität zurückzukommen: Die nicht konstanten Zeiten zwischen einem Schlag und dem nächsten spiegeln die Aktivität des autonomen Nervensystems als Reaktion auf Reize, d. h. Stressquellen, wider. Wenn wir einer Form von Stress ausgesetzt sind, leitet das autonome Nervensystem die vom Gehirn empfangenen Impulse an die verschiedenen Muskeln und Organe des menschlichen Körpers weiter. Dieser Mechanismus des autonomen Nervensystems steuert fast 90 % der Funktionen des menschlichen Körpers, sowohl kurzfristige wie die Atmung als auch längerfristige. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das autonome Nervensystem viele Prozesse im menschlichen Körper sowie die Reaktionen unseres Körpers auf verschiedene Formen von Stress steuert und reguliert. Die HRV wird vom autonomen Nervensystem, insbesondere vom Parasympathikus, reguliert (zumindest die am einfachsten zu interpretierenden Variablen) und kann daher wichtige Informationen über die Reaktion unseres Körpers auf Stress liefern, unabhängig davon, wodurch dieser ausgelöst wurde (Training, eine schwierige Phase am Arbeitsplatz usw.).

Wie wird sie gemessen?

Die HRV kann auf verschiedene Weise gemessen werden. Das Referenzsystem ist das Elektrokardiogramm, aber glücklicherweise hat es in den letzten Jahren technologische Entwicklungen gegeben, die diese Messungen durch die Verwendung von Brustgurten für jeden Interessierten zugänglich gemacht haben. Wenn wir uns für ein System zur Messung der HRV entschieden haben, kommt leider noch eine weitere Komplexität hinzu, nämlich die, dass es verschiedene Methoden zur Quantifi­zierung der Herzvariabilität gibt. Die zuverlässigsten Methoden, über die in der wissenschaftlichen Gemeinschaft ein breiter Konsens besteht, beziehen sich in der Regel auf die Messung des Parasympathikus, d. h. desjenigen Systems, das sich mit dem Erholungszustand des Körpers befasst. Die gebräuchlichste Methode zur Quantifizierung der kardialen Variabilität ist die so genannte rMSSD oder eine Ableitung davon. rMSSD ist eine mathematische Formel, mit der die Veränderungen der Schläge über einen Zeitraum von 1 bis 5 Minuten in eine einzige Zahl umgewandelt werden, die das Aktivitätsniveau des Parasympathikus angibt.

Welche Faktoren beeinflussen die Daten?

Es liegt in der Natur der Sache, dass die HRV die Aktivität des Vagusnervs oder des autonomen Nervensystems misst und alles hat einen gewissen Einfluss darauf. Versuchen wir einmal, eine Liste der Faktoren zu erstellen, die in jüngsten Veröffentlichungen mit der HRV in Verbindung gebracht wurden: Sie reichen von körperlicher Betätigung über Nikotin, Koffein, Medikamente, Tageszeit (zirkadianer Rhythmus), Alkohol, Alter, Verdauung von Nahrung oder sogar Wasser, Krankheit usw. Wie können wir dann gültige Schlussfolgerungen ziehen, wenn die Prozesse, die wir messen, von so vielen Parametern beeinflusst werden? Die Messung der Herzvariabilität ist von grundlegender Bedeutung, um die Auswirkungen so genannter externer Stressquellen so weit wie möglich einzuschränken: Die einfachste Möglichkeit, einen so genannten reproduzierbaren Kontext für die Messung zu schaffen, besteht darin, sie unmittelbar nach dem Aufwachen, vor dem Sport, vor dem Essen, vor dem Weg zur Arbeit oder vor der Beeinflussung durch die verschiedenen Formen des Alltagsstresses durchzuführen.

Warum sind diese Daten für einen Athleten wichtig? 

Und wie sollten sie interpretiert werden? Im Zusammenhang mit Sportlern ist die Anwendung und Überwachung der HRV weit verbreitet, da sie die Form der Belastung, d. h. das Training, quantifizieren kann. Der Zusammenhang zwischen Training und HRV ist offensichtlich und wurde in verschiedenen wissenschaftlichen Studien mehrfach nachgewiesen, da das Training eine sehr hohe Belastung für den Körper darstellt. Bei anderen Anwendungen, z. B. im Zusammenhang mit der körper­lichen und geistigen Gesundheit, kann es sehr viel komplexer sein, die Stressquellen zu identifizieren und zu quantifizieren, was die Umsetzung von Feedback und die anschließende Änderung unserer Pläne zur Verbesserung der Situation erschwert. Bei Profisportlern besteht aufgrund der sehr hohen Trainingsumfänge immer die Gefahr des Übertrainings. Bei alledem dürfen wir jedoch nicht die Reaktion des Körpers auf das Trainingsprogramm übersehen. Passt er sich gut an? Oder hat er mehr zu kämpfen als erwartet? Eine objektive Messung des Belastungszustands kann uns dabei helfen, sofort Änderungen vorzunehmen. Für den nicht-professionellen Sportler, der vielleicht trainiert, wenn er keine Zeit für Arbeit oder Familie hat, kann die Messung der HRV sogar noch wichtiger sein, da auf diese Weise alle Formen von Stress erkannt werden und wir besser verstehen können, wann es angebracht ist, das Training zu verlangsamen oder wann wir uns eine besonders intensive Einheit gönnen können, immer mit dem Ziel, die körperliche Leistung langfristig zu verbessern. Apropos Stress: Auch wenn nach einer Verletzung ein therapeutischer Prozess beginnt, kann die HRV uns wichtige Daten liefern, um zu sehen, wie die Therapie wirkt.

Unsere Forschung

In der im „International Journal of ­Environmental Research and Public Health“ veröffentlichten Studie* haben wir untersucht, wie die HRV genutzt werden kann, um die positiven Auswirkungen einer Therapie auf Personen mit orthopädischen Verletzungen zu überprüfen. Insbesondere haben wir gesehen, wie die Kombination von klassischer Physiotherapie mit technologisch fortschrittlichen Hilfsmitteln wie der Ionen-Induktions-Therapie (IIT) von papimi von papimi innerhalb derselben Sitzung zu einer Verbesserung aller HRV-Parameter führt: ein Zeichen für eine effektive Therapieform (Abb. 1 + 2).

* Modulation of Heart Rate Variability following PAP Ion Magnetic Induction Intervention in Subjects with Chronic Musculoskeletal Pain: A Pilot Randomized Controlled Study

Viti et.al. Int J Environ Res Public Health. 2023 Feb 22;20(5):3934. doi: 10.3390/ijerph20053934. 

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36900946/