HRV in der Sportmedizin

Die Herzratenvariabilität (HRV) ist eine nicht-invasive Diagnostik funktioneller und struktureller Veränderungen des autonomen Nervensystems, genauer gesagt der vagalen Kontrolle. Bereits im Jahr 1865 hielt der französische Arzt und Physiologe Claude Bernard eine Vorlesung an der Sorbonne, in der er ein bidirektionales Netzwerk zwischen Herz und Gehirn beschrieb, den Nervus gastropneumicus, den wir heute als Vagusnerv kennen.

Fabelhafter Vagus

• 80 – 90 % der Fasern liefern Informationen aus der Peripherie ans Gehirn
• „Bremser“ unseres Systems
• Aerodigestives System – „Grenzwächter“ zwischen Umwelt und Körper 
• Verbindet die inneren Organe mit dem Gehirn
• Hat Einfluss auf unsere Psyche und unser Gedächtnis
• Regulation des Immunsystems, antiinflammatorische Kapazität
• Vagusnerv als Bremser

Die Rolle des autonomen Nervensystems und hier vor allem des parasympathischen Anteils in Gestalt des Vagusnervs auf das kardiale System ist von besonderer Brisanz. Sie zeigt die Bedeutung der Inhibition in diesem System. Die kardiale autonome Funktion der „Resting state“ bevorzugt Energieeinsparung durch die Dominanz des Parasympathikus. Dies bedeutet, dass wir eigentlich immer „ein bisschen auf der Bremse stehen“ und eine Aktivierung mit dem „Lösen dieser Bremse“ einhergeht. Nur so sind notwendige Reaktionen im Millisekundenbereich möglich. Eine Aktivierung des Sympathikus würde dabei mit einer Latenz im Sekundenbereich viel zu lange dauern. 

Schrittmacherzellen im Herz schlagen rund 100-mal pro Minute. Der Puls in Ruhe beträgt im Normalfall circa 60 Schläge pro Minute, bei besonders guter vagaler Kontrolle bei Sportlern und Sportlerinnen oft darunter. Die Herzrate ist im Normalfall durch eine möglichst große Variabilität gekennzeichnet, deren Ausprägung von der vagalen Kontrolle abhängt. Eine eingeschränkte Herzratenvariabilität ist mit einer Vulnerabilität für Stress und einer Verschlechterung von medizinischen und/oder psychiatrischen Zuständen verbunden, während eine ausgeprägte Variabilität eine gute vagale Kontrolle, günstige Bedingungen für Therapieansprechen und Verbesserung von diversen medizinischen und/oder psychiatrischen Zuständen verspricht. 

Index für die vagale Funktion

Die Parameter der 24-Stunden-HRV wurden anfangs lediglich als unabhängiger Prädiktor für Mortalität herangezogen. Erst mit der Zeit etablierte sich die HRV als Index für die vagale Funktion generell. Dies ist ein erst eröffnetes Feld, da die vagale Kontrolle nicht nur bekannte periphere Effekte, sondern auch zentrale Komponenten aufweist. Letzteres wurde  empirisch zwar schon länger vermutet, jedoch erst die Möglichkeiten der funktionellen MRT-Technik zeigten, dass die emotionale Kontrolle ebenfalls unter vagalem Einfluss steht.  

Emotionale Kontrolle

Eine reduzierte präfrontale Top-down-Kontrolle der Amygdala bedeutet einen höheren Grad an „anxiety“ und eine verringerte emotionale Kontrolle, was sich unmittelbar auf die Leistungsfähigkeit auswirkt und in der HRV abgebildet wird. 

Validität

Um die HRV als Index für die vagale Kontrolle einsetzen zu können, erfordert dies die Einhaltung gewisser Vorgaben, um vom „Schlüssellochblick“ auf den Rhythmus des Herzens Ableitungen über die Vagusfunktion treffen zu können. Dazu zählen ein physiologisches 24-Stunden-EKG, entsprechende Algorithmen, hohe Abtastrate und Kenntnis der Einflussgrößen. Dass in der Messung der HRV letztlich ausschließlich parasympathische Signale detektiert werden, ist eine Erkenntnis der vergangenen fünf Jahre.

In der Betreuung von Athleten und Athletinnen eignet sich vor allem longitudinales Monitoring, um den optimalen RR „Fingerabdruck“ der HRV zu erfassen. Dieser Vergleich mit sich selbst ermöglicht Trainingssteuerung und Vermeidung von Übertraining.

Die HRV zeigt unter Resting-„state“ eine hohe „trait“-Spezifität. „State“ beschreibt ­einen Zustand, „trait“ eine Eigenschaft der Person. Der Unterschied besteht in der Stabilität: Während eine Persönlichkeitseigenschaft relativ stabil ist, kann der Zustand – die Aktivität – einer Person stark variieren. Dies bedeutet, die HRV  hat mehr mit der Person als mit der Situation zu tun, darum wird vor allem die Resting state zur Beurteilung der vagalen Kontrolle herangezogen. Aber auch die Tagesaktivität, in der sich Regulationsbedarf zum Beispiel durch Lagewechsel zeigt, gibt Aufschluss über das kardiovaskuläre Risiko.

Einflussfaktoren

Natürlich müssen Einflussfaktoren berücksichtigt werden. Akute Einflussfaktoren sind Infekte, Hitze, Drogen und Medikamente. Akute Infekte werden bereits vor Eintreten der Symp­tome mit einer akuten Verschlechterung der vagalen Funktion sichtbar.

Hitzeeinflüsse werden ab einer Außentemperatur von 35 Grad Celsius relevant und führen zu einer Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit. Die vagale Kontrolle verringert sich signifikant. 

Ebenso nehmen Drogen wie Alkohol und Medikamente Einfluss auf das vegetative Nervensystem. Das folgende Beispiel zeigt einen 23-jährigen Mann ohne (erste Abbildung) und nach abendlichem Alkoholgenuss > 2 Drinks (zweite Abbildung). 

Epigenetische Effekte

Chronische Einflüsse beginnen mit der Konzeption. Genetische Varianten wirken sich lediglich in der Jugend aus, epigenetische Effekte sind jedoch wesentlich bedeutender und nehmen im Laufe des Lebens zu. Epigenetische Mechanismen dienen dem Überleben, indem sie eine rasche Anpassung an wechselnde Umwelteinflüsse auf molekularer, zellulärer, morphologischer und physiologischer Ebene ermöglichen. Auch epigenetische Prägungsphasen, wie vor allem in der Schwangerschaft, beeinflussen die vagale Kontrolle sowohl im negativen (Stressbelastung, Übergewicht der Mutter) als auch im positiven Sinne (regelmäßiges Training der werdenden Mutter). Mütter, die während des 3. Trimesters regelmäßig trainieren, tragen Feten mit höherer HRV. Wenn diese Kinder geboren werden, bewahren sie weiterhin eine höhere HRV in die Kindheit hinein als Kinder, deren Mütter in der Schwangerschaft nicht regelmäßig trainiert haben.

Einfluss der Ernährung

Zunehmend zeigt sich, dass eine Ernährung, die sehr reich an einfachen Kohlenhydraten ist (Zucker, Stärke), die Sympathikusaktivität erhöht und die parasympathische Regulation vermindert. Low-carb-Ernährung und intermittierendes Fasten reduzieren in sympathischen Ganglien über eine Hemmung von GPR 41 (G Protein coupled receptor 41) mittels Ketonkörper die Sympathikusaktivität und verbessern die Parasympathikus-Regulation.

Schon lange gilt eine typisch mediterrane Ernährung als gesund. Durch eine Zwillingsstudie bei Männern konnte gezeigt werden, dass eine mediterrane Ernährung die HRV und die kardiale autonome Funktion verbessert. Diese positive Assoziation ist unabhängig von kardialen Risikofaktoren. Grünes Blattgemüse und andere Nahrungsmittel, die für die Methylierung relevant sind, Omega-3-reicher Fisch und Meeresfrüchte erhöhen SDNN, pNN 50%, rMSSD und HF und verhalten sich invers zu LF.

Sowohl Nervenzellen als auch Herzmuskelzellen enthalten eine große Menge an Omega 3 PUFa (vor allem DHA). Diese dürften die autonome Kontrolle des Herzens modulieren. Fischöl verbessert vor allem den vagalen Tonus, dies dürfte die antiarrhythmische Wirkung von Omega-3-Fett erklären. Wichtig ist, darauf hinzuweisen, dass sich höhere Werte in der HRV bei fünf Portionen Fisch pro Woche oder einer entsprechenden Substitution von rund 900mg DHA/EPA pro Tag ergeben. Die durchschnittliche Aufnahme durch eine westliche Ernährung beträgt lediglich 120 bis 150 mg pro Tag. 

Chronische Einflussgrößen

Die wichtigsten chronischen Einflussgrößen sind jedoch chronische Inflammation und Alter, die durchaus auch in Beziehung zueinander stehen. Alle Zustände, die mit einer chronischen Minimalentzündung verbunden sind, verschlechtern die vagale Kontrolle. Die meisten chronischen Erkrankungen wie Depression, rheumatologische Erkrankungen aber auch Übertraining sind mit Inflammation assoziiert.

Die vagale Kontrolle durchläuft eine Reifezeit, eine Hochzeit zwischen dem 20. Und 30 Lebensjahr  und einen Altersgang, wie wir ihn auch von den meisten Hormonen kennen. Dies muss Berücksichtigung finden. Letztlich ist die HRV eine Zusammenschau von genetischen und langfristigen sowie aktuellen epigenetischen Faktoren. Dies ­erklärt die Individualität der HRV-Messung und die große Bandbreite der Normwerte.

Ausblick

Die HRV-24-Stunden-Messung ist ein wertvolles Tool, um vagale Kontrolle und damit Regenerations- und Anpassungsfähigkeit einfach und wiederholt zu messen. Bei massiver Einschränkung der vagalen Kontrolle, die, egal welcher Ursache, mit einem erhöhten Herz-Kreislauf-Risiko im Sinne eines arrythmogenen Potenzials behaftet ist, benötigten therapeutische Interventionen bis dato rund ein Jahr, um die vagale Kontrolle bei funktionellen Veränderungen messbar zu verbessern. Nun scheint sich mit der transcutanen afferenten Vagusstimulation eine therapeutische Option als „Trouble Shooting“ abzuzeichnen, die den Kreis aus Diagnostik und Therapie ­schließen könnte.

Autoren

Dr. Doris Eller-Berndl

ist Österreichs erste Präventivmedizinerin mit eigener Praxis in Wien. Die Expertin für Stressmanagement sowie Medical Coaching, Arbeitsmedizin und Herzratenvariabilitätsmessungen tritt als Referentin bei zahlreichen medizinischen Fortbildungsveranstaltungen im In- und Ausland auf.