HRV-Biofeedback

Atemzug für Atemzug zu besseren Leistungen?

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Um im Spitzensport erfolgreich zu sein, bedarf es sorgfältiger Trainingsplanung, damit das individuelle Potenzial der Athleten bestmöglich mobilisiert werden kann. Insbesondere das Wechselspiel aus Belastungs-Spitzen und Regenerations­phasen ist von entscheidender Bedeutung, um die Leistungsfähigkeit bzw. die Wettkampfleistung kontinuierlich und langfristig zu verbessern [1]. Dementsprechend relevant ist das exakte Timing von Trainings­reizen sowie regenerativer Perioden, um Athleten einerseits nicht zu überfordern und andererseits ausreichend hohe Trainingsintensitäten zu erzielen, damit positive Anpassungsvorgänge, sprich Leistungs­steigerungen, erfolgen können [2]. 

Vereinfacht ausgedrückt: Je eher Athleten sich von zuvor absolvierten Trainings erholen, desto schneller können Leistungszuwächse erreicht werden. Dementsprechend relevant ist der gezielte Einsatz regenerationsfördernder Maßnahmen im Spitzensport. Ein bedeutender Indikator des aktuellen Beanspruchungsniveaus sowie des Erholungszustandes ist die Aktivität des autonomen Nervensystems (ANS), das sich in Sympathikus und Parasympathikus (PNS) unterteilen lässt, wobei der wesentliche Effektor des letzteren der Nervus Vagus ist [3]. Analog zum Motorsport könnte man den Sympathikus als Gaspedal und den Vagus als Bremspedal bezeichnen, wobei diese beiden Elemente in ständiger, mitunter komplexer Wechselbeziehung stehen. Im Kontext der Trainingssteuerung ist nun von entscheidender Bedeutung, dass die Aktivität des ANS Rückschlüsse auf den Regenerationszustand zulässt. Ein guter Erholungszustand zeichnet sich durch eine deutliche Aktivität des Vagus aus, der auch „Rest and Digest – Nerv“ genannt wird, da er eine entscheidende Rolle bei der Einleitung bzw. Steu­erung regenerativer Prozesse spielt [3]. 

Herzratenvariabilität – HRV

Ein zuverlässiger Marker für die ANS-Aktivität ist die sogenannte Herzratenvariabilität (HRV) [4]. Die HRV beschreibt das Phänomen fluktuierender Zeitabstände aufeinanderfolgender Herzschläge und ist Ausdruck der Regulationskapazität des autonomen Nervensystems [5]. Sie wird in wesentlichen Teilen durch die kardiale Kontrolle des Nervus Vagus bestimmt, wodurch eine hohe HRV, eine hohe vagale Aktivität und eine flexible autonomen Regulation indiziert. Somit lassen sich über die HRV Rückschlüsse auf den Erholungszustand schließen, wobei die HRV als globaler Indikator kognitiver, emotionaler als auch physiologischer Selbstregulationsfähigkeit bzw. Leistungsfähigkeit betrachtet werden kann [6]. Dementsprechend stellt die intendierte Steigerung der HRV eine potenzielle Möglichkeit zur Leistungssteigerung dar.

HRV-Biofeedback

Eine empirisch belegte Methode, um die HRV und damit die Vagus-Aktivität zu maximieren, ist das sogenannte Herzratenvariabilitäts-Biofeed­back (HRVBF). Hierbei spielt die Atmung eine entscheidende Rolle, da sie einen großen Einfluss auf die Aktivität des autonomen Nervensystems hat [7]. Bemerkenswerterweise führt eine bestimmte Atemfrequenz zu einer Maximierung der vagalen Aktivität und somit der HRV. Aufgrund der kardiovaskulären Resonanz wird diese Atemweise auch resonantes Atmen genannt, wobei die Resonanzfrequenz im Mittel bei sechs Atemzügen pro Minute liegt [8]. Entscheidend ist, dass es interindividuelle Unterschiede bezüglich der optimalen Frequenz und Tiefe der Atmung gibt, die zu einem maximalen Anstieg der HRV führt, wobei auch das Verhältnis der Dauer von Ein-/Ausatmung berücksichtigt werden muss [9]. Beim HRVBF wird das optimale Resonanz-Atemmuster erreicht, indem die HRV während des Atemtrainings (meist visuell) rückgemeldet wird, wodurch Personen sukzessive erlernen ihre vagale Aktivität zu maximieren [siehe Abb. 1; 10]. Mittlerweile gibt es auch tragbare HRVBF-Geräte, mit denen Personen jederzeit und ortsungebunden ihre Resonanzatmung trainieren können (z. B. Fa. Biosign) [11]. 

Abb. 1 Bei einer Atemfrequenz (=blauer Kurven­verlauf) von ca. 13 Atemzügen/Minute, überlappen die Herzrate (=roter Kurvenverlauf) und der Atemrhythmus kaum. Hingegen kommt es bei ca. 6 Atemzügen/Minute zu einer beinahe vollkommenen Kohärenz der Atem- mit der Herzratenkurve, deren Amplitude um einiges höher ist als bei 13 Atem­zügen. Daran erkennt man deutlich die Zunahme der HRV durch die Resonanzatmung [28].
Resonantes Atmen & Flow

Mit Hilfe der Resonanzatmung lässt sich ein Zustand gelassener Konzentration erreichen, der sich deutlich von einfacher Entspannung unterscheidet [12]. Jüngste Studienergebnisse deuten darauf hin, dass durch HRVBF gezielt zerebrale Aktivitätsmuster erreicht werden können, die jenen von Personen im berühmten Flow-Zustand ähneln [13, 14]. Letzterer gilt als Voraussetzung, um die jeweils individuelle Bestleistung abrufen zu können, wobei viele Sportler es als herausfordernd empfinden, diesen Zustand gezielt herzustellen [15]. Insbesondere unter psychischen Belastungssituationen scheint HRVBF die kognitive Leistung zu erhöhen, wobei dies auf den durch die Resonanzatmung verbesserten psychophysiologischen Zustand zurückgeführt wird [16].

Resonantes Atmen & Effekte im Spitzensport

Obwohl die aktuelle Forschungslage zum Einsatz von HRVBF im Spitzensport noch in den Kinderschuhen steckt, gibt es erste Studien, die resonantes Atmen als legale und nebenwirkungsfreie Methode zur Leistungssteigerung indizieren [17]. Beispielweise zeigten Basketballspieler, die über einen Zeitraum von zehn Tagen HRVBF praktizierten, eine deutliche Verbesserung in der Passgenauigkeit, im Dribbling und der allgemeinen Wurfpräzision verglichen mit einer Kontroll- und Placebogruppe. Zusätzlich wurde durch das regelmäßige resonante Atemtraining sowohl die momentane als auch die generell empfundene psychische Anspannung reduziert, wobei begleitend dazu ein Anstieg der HRV beobachtet werden konnte [17]. In einer vergleichbaren Studie (d. h. Basketball, Studiendesign) konnte durch Resonanzatmung eine verbesserte Reaktionsfähigkeit erreicht werden [17]. Hervorzuheben ist, dass die beobachteten Effekte beider Studien noch einen Monat nach Beendigung des resonanten Atemtrainings bestanden. Ein interessanter Befund, der einen möglichen Erklärungsansatz für die Wirksamkeit des HRVBF liefern könnte, ist eine Pilotstudie bei Fußballspielern und Leichtathleten. Dabei erhielt eine Gruppe von Profifußballspielern über fünf Wochen zusätzlich zu einem Mentaltrainingsprogramm resonantes Atemtraining, während eine zweite Gruppe von Profileichtathleten anstelle des Atemtrainings Neurobiofeedback (d. h. eine Rückmeldung spezifischer Hirnfrequenzen) erhielt. Brisan­ter­weise zeigten ausschließlich jene Athleten, die regelmäßig Resonanz­atmung trainierten, eine Erhöhung der Alpha-Aktivität im EEG (Elektro­enzephalographie), einem physiologischen Korrelat des bereits erwähnten Flow-Zustandes. Dies ging mit einer verbesserten Konzentra­tionsfähigkeit und erhöhter emotionaler Stabilität einher. Auch diese Effekte blieben noch fünf Wochen nach Beendigung des Trainingsprogrammes bestehen [18]. Dies indiziert die Effektivität von HRVBF, sowohl das autonome als auch das zentrale Nervensystem günstig zu beeinflussen und unterstreicht damit aktuelle Befunde, die den Einfluss der Atmung auf die Gehirnaktivität nahelegen [19, 20].

Insbesondere Sportler in psychomotorisch anspruchsvollen bzw. komplexen Sportarten scheinen von HRVBF zu profitieren, wie Leistungsverbesserungen bei Tänzern, Volleyballspielern, Golfern, Baseballspielern und Bogen- sowie Sportschützen nahelegen [17, 21]. Interessanterweise scheinen auch Athleten von HRVBF zu profitieren, deren Erfolg enorm durch ihre physiologische Leistungsfähigkeit bestimmt wird. So zeigten Langstreckenläufer, die über zehn Wochen zusätzlich zum Standardtrainingsprogramm resonantes Atemtraining praktizierten, eine Abnahme der Atemfrequenz und der Herzrate in Ruhe sowie eine verringerte Hautleitfähigkeit. Dies zeigt einen deutlichen „Switch“ hin zu gestiegenem Vagustonus und verringerter Sympathikusaktivität. Bemerkenswert und aus der Sicht von Spitzensportlern besonders relevant, ist die gezeigte Erhöhung der maximalen Sauerstoffaufnahme (~ 3 ml/kg/min) sowie die deutliche Abnahme der 5000 Meter Laufzeit. Wesentlich ist, dass die Kontrollgruppe weder in den psychophysiologischen noch in den objektiven Leistungsdaten Verbesserungen aufwies [22]. Möglicherweise gelang es den Läufern durch den verbesserten psychophysiologischen Zustand – siehe „Flow“ – ihre körperlichen Ressourcen während der Leistungstests besser zu mobilisieren. 

Resonantes Atmen & Regeneration

Zusätzlich könnten noch andere, subtilere Mechanismen eine Rolle bei den beobachteten Leistungszuwächsen spielen. So könnte das resonante Atmen die Regenerationsfähigkeit verbessern. Es ist denkbar, dass Athleten in Folge der gezielten Vagus­stimulation schneller in einen regenerativen Zustand gelangen, wodurch es zu einer beschleunigten Adaption an die gesetzten Trainingsreize kommen könnte. Ein Indikator für diese Hypothese sind die Ergebnisse folgender Untersuchung. Jene Athleten, die nach inten­sivem Training vagale Tiefenatmung praktizierten, zeigten deutlich geringere abendliche Cortisolspiegel sowie höhere nächtliche Melatoninspiegel. Zusätzlich wurde eine Verringerung des oxidativen Stresslevels beobachtet, bedingt durch die Zunahme von Melatonin, das starke antioxidative Eigenschaften aufweist [23]. Dies könnte einen positiven Effekt auf die Immunkompetenz haben und ist im Kontext der erhöhten Infektanfälligkeit von Spitzensportlern besonders relevant [24, 25]. Zusätzlich könnte das anti-inflammatorische Potenzial von gezielter Vagusstimulation einen weiteren Wirkfaktor des resonanten Atmens darstellen, insbesondere im Kontext der (positiven) Assoziation systemischer Inflammation mit dem berühmt berüchtigten Übertrainingssyndrom [26, 27]. Auch Erfahrungen mit eigenen Athleten unterstützen die Regenerationshypothese. So konnten zusätzlich zu verbessertem subjektivem Empfinden, messbare Erhöhungen im Testosteronspiegel sowie verringerte Infek­thäufigkeiten beobachtet werden. Hervorzuheben sind die deutlichen „Downstream“-Effekte von Emotionsregulation auf physiologische Prozesse [29]. Dies indiziert, dass die durch resonantes Atmen konsistent gezeigte Verbesserung in der psychologischen Selbstregulationskapazität, ein wesentlicher Wirkfaktor der teils deutlichen Leistungssteigerungen sein dürfte. Angesichts des enormen Leistungsdruckes, dem Spitzensportler ausgesetzt sind, scheint eine erfolgreiche Emotionsregulation umso bedeutender, um langfristig im Spannungsfeld Spitzensport bestehen zu können.

Limitationen der angeführten Ergebnisse

So eindrucksvoll die bisher dokumentierten Befunde auch scheinen, empfehlen die teilweise vorhandenen methodischen Einschränkungen eben zitierter Untersuchungen, eine vorsichtige Interpretation der Ergebnisse bzw. deren Generalisierbarkeit. Beispielsweise weisen die meisten Studien sehr kleine Stichprobengrößen auf, wodurch es zu verzerrten bzw. überschätzten Effektgrößen kommen kann [30]. Zusätzlich wurden die Untersuchungsgruppen nur in den seltensten Fällen randomisiert, wodurch eine selektive Auswahl der Probanden wahrscheinlich ist. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass für die Intervention besonders rezeptive oder in einfachen Worten, veränderungswillige Athleten rekrutiert wurden. Aus wissenschaftlicher Perspektive ist insbesondere die Vergleichbarkeit der Untersuchungsgruppen bezüglich ihrer grundsätzlichen Eigenschaften (Sportart, Trainingsprogramm etc.) relevant. So wurden im Falle der EEG-Studie [19] Athleten unterschiedlicher Sportarten verglichen. Dadurch können mögliche Einflüsse der Trainingsprogramme oder auch der Betreuer nicht ausgeschlossen werden. Zusätzlich wies der Großteil der genannten Studien keine Placebo-Bedingung auf, wodurch die darin beobachteten Effekte nicht dezidiert auf die Intervention zurückgeführt werden können. Daraus leitet sich die Notwendigkeit weiterer randomisierter, Placebo-kontrollierter Untersuchungen ab, um die Wirksamkeit des HRVBF besser einschätzen zu können.

Fazit

Zusammenfassend scheint HRVBF bzw. resonantes Atmen eine einfache und sichere Methode darzustellen, um das psycho-emotionale Wohlbefinden und damit einhergehend, die Leistung bzw. Leistungsfähigkeit von Athleten diverser Sportarten zu verbessern. Angesichts der geringen und mitunter methodisch ausbaufähigen Studienlage bedarf es jedoch weiterer Forschung, um die tatsächliche Reichweite und Robustheit der bisher gezeigten Effekte einordnen zu können, wobei insbesondere auf die methodische Qualität geachtet werden sollte.

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ist Professor und Leiter des Arbeitsbereichs Gesundheitspsychologie an der Universität Graz. Er erhielt 1996 sein Diplom an der Universität Freiburg und promovierte zum Dr. phil. an der Universität Wuppertal. Seine Forschungsaktivitäten konzentrieren sich auf kardiovaskuläre Psychophysiologie, Stress und Emotionen, psychosoziale Ressourcen und Resilienz sowie psychophysiologisches ambulantes Assessment.

(M.Sc.) ist Psychologe und ehemaliger Spitzensportler. Als Junior-Scientist der KFU Graz forscht er wie Atemtraining die „Hirn-Herz-Achse“ beeinflusst und welche Effekte dies auf kognitivemotionaler, psychophysiologischer und immunologischer bzw. inflammatorischer Ebene hat. Als freiberuflicher Berater unterstützt er Spitzen-/ Profisportler dabei, Ihre Leistung zu steigern, wobei er auch im Bereich Resilienz-Training und Burn-Out Prävention bzw. Regeneration tätig ist.

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