ABIOS Diagnostik

Was ist die Herzraten-Variabilität (HRV)?

Die Diagnostik der Herz-Raten-Variabilität bzw. Herzfrequenzvariabilität, kurz HRV genannt, ist ein lange bekanntes Kontrollverfahren, das bereits in der chinesischen Medizin zur Beurteilung des Gesundheitszustandes von Patienten angewandt wurde. Die „Heart-Rate-Variability“ (HRV) Diagnostik ist aber auch das Verfahren der Zukunft und wird in vielen Bereichen die bisherige, unspezifischere Herzfrequenzdiagnostik ablösen oder ergänzen.

Die HRV bildet, physiologisch betrachtet, die Schlag zu Schlag (Beat-to-Beat, R-R oder NN) Variation des Herzens ab und wird als Kennwert über die Zeitabstände als R-R Intervall (EKG-Parameter) oder als NN (Normal to Normal bzw. Peak to Peak) von einem Herzschlag zum Nächsten in ms erfasst.

Bereits im 3. Jahrhundert erkannte der chinesische Arzt Wang Shu-he, dass ein variabler Herzschlag ein Zeichen für Gesundheit ist. Er dokumentierte dies in seinen Schriften „Mai Ching – The Knowledge of Pulse Diagnosis“. Gerne werden ihm in diesem Zusammenhang auch die Worte in den Mund gelegt: „Wenn das Herz so regelmäßig wie das Klopfen eines Spechtes oder das Tröpfeln des Regens auf dem Dach wird, wird der Patient innerhalb von 4 Tagen sterben.“ Da es jedoch noch keine Messinstrumente, wie beispielsweise Stethoskop oder EKG gab, musste der Arzt sich sehr sensibel auf die Erfassung des Zusammenspiels der Körpersignale eines Patienten einstellen, um eine Krankheit daraus diagnostizieren zu können.

Wie damals wird auch aktuell der HRV-Diagnostik sehr große Beachtung geschenkt. Anhand der Schwankungsbreite der einzelnen Herzaktionen kann der Gesundheitszustand und die aktuelle Leistungsfähigkeit genau beurteilt werden. Die individuelle Analyse und Interpretation bedarf moderner Hardware- und Softwarelösungen.

Eine große Schwankungsbreite zwischen den einzelnen Herztakten weist auf einen hohen Leistungsstatus hin. Ein starrer, sehr regelmäßiger Herzschlag zeigt hingegen einen gestressten, überlasteten oder auch kranken Zustand oder sehr hohes Alter an.

Die Grafik oben zeigt, wie sich die HRV, also die Schwankungen von einem Schlag zum nächsten, unter Ruhebedingung verändern kann. Die mittlere Grafik zeigt, dass bei einer höheren Herzfrequenz (Puls) automatisch eine geringere HRV entsteht. Die unterste Grafik zeigt, dass die HRV aber unabhängig von der Herzfrequenzhöhe, meist unter mentalem Einfluss „Stress“, oder bei fortgeschrittenem Alter sehr eingeschränkt sein kann.

Über die Analyse der HRV erhält man daher unter Beachtung, dass die physische Belastung nicht zu hoch ist auch mehr Informationen als über eine klassische Herzfrequenz- bzw. Puls-Diagnostik und die ABIOS Partner App liefert präzise, individualisiert und sicher die Informationen dazu.

HRV- vs. Pulsmessung

Was ist der Unterschied zwischen der Herzfrequenz- (Puls) und der Herz-Raten-Variabilitäts- (HRV) Messung“ oder „was kann die HRV was die Pulsmessung nicht kann“? Die Herzfrequenz- (BPM) oder Pulsmessung basiert auf der Erfassung der Herzfrequenz pro Minute. Somit wird die durchschnittliche Herzfrequenz pro Minute wiedergegeben. Die Herzfrequenz liefert gerade für sportliche Aktivitäten eine sehr gute Richtgröße.

Durch die Bestimmung von bestimmten Zielbereichen kann die Herzfrequenz (Puls) zur Trainingssteuerung im Gesundheits- als auch Leistungsbereich eingesetzt werden.

Niedrig intensive Bereiche, welche meist klar unter 140 Herzschlägen pro Minute liegen, werden vielfach für Basis- oder Grundlagentraining vorgegeben, intensivere Bereiche werden für bestimmte leistungssportliche Ziele vorgegeben. Sportler absolvieren dazu spezielle Leistungstests, über die individuelle Herzfrequenzen für die Zielbereiche bestimmt werden.

Anders verhält es sich mit der Herz-Raten-Variabilität (HRV). Diese ist eine Messgröße, die anzeigt, wie gestresst wir gerade sind und wie unsere Erholungskapazität aussieht. Je fitter und entspannter wir sind, desto größer ist die Schlagvariation des Herzens. Diese Schwankungen erfolgen in einem Bereich von Millisekunden, die für uns meist nicht spürbar sind. Sind wir jedoch körperlich oder mental belastet, schlägt das Herz regelmäßiger. Auslöser für die Schwankungen zwischen den einzelnen Herztakten ist vorwiegend unser vegetatives Nervensystem (VNS). Dieses VNS stellt die Verbindung vom Herz über das Rückenmark zum Gehirn dar. Dabei kommen über den „Sympathikus“, unseren Leistungsnerv, Impulse, die das Herz schneller schlagen lassen, im Gegensatz dazu bremst der Parasympathikus, unser Ruhenerv, die Herztätigkeit. Da beide Nerven normalerweise im ständigen Wechselspiel sind, variiert unser Herzschlag. Erst unter momentaner oder chronischer Belastung wird vorwiegend der Sympathikus aktiv und damit wird auch der Herzschlag gleichmäßiger. Der Sympathikus verursacht die Beschleunigung des Herzens, wenn es zu körperlichen oder/und mentalen Aktivitäten kommt. Da dieser Tempomacher und auch sein Gegenspieler der Parasympathikus sehr fein reagieren und im Millisekunden Bereich die Herztätigkeit verändern, kann man über die HRV sehr genau feststellen ob sich jemand entspannt, konzentriert oder auch körperlich belastet. Damit ist die HRV im Vergleich zur Herzfrequenz/Min eine sehr sensible und aussagekräftigere Messgröße für den Entspannungs- und Belastungsgrad.

Demo: Pulsdarstellung

Demo: HRV-Darstellung

Die grafischen Darstellungen illustrieren eindrucksvoll eine Gegenüberstellung der Herzfrequenz- (Puls) und HRV-Messung, die mit einer Testperson während eines TV-Berichtes durchgeführt wurde. Die Informationen der Herzfrequenz ist im Diagramm (oben Pulsdarstellung) als grünes Flächendiagramm dargestellt, im HRV-Flächendiagramm (darunter) sieht man über die Y-Skala -5 bis +5 und die Darstellung der Entspannungs- (gering grün, Plusbereich) und der Stressbereiche (stark lila, Minusbereich).

Die Diagramme zeigen die Reaktion der Testperson auf einen TV-Bericht:

Im ersten Drittel liegt der Puls bei 53 Herztakten/Min, im mittleren und letzten Drittel bei je 45 Herztakten/Min. Schaut man sich nur den Puls an, würde man vermuten, dass der Beginn des TV-Berichts (16.00Uhr) spannender war  als im 2. und 3. Teil, da hier der Puls höher ist. Weiß man aber um die Einflüsse das VNS und betrachtet man somit die HRV, dann zeigt sich, dass speziell im mittleren Teil (16.22 – 16.48Uhr) eine deutlich geringe HRV gegeben ist (dargestellt über die tiefen lila-Balken). Zu Beginn und am Ende des Berichtes war die Person daher entspannter als im mittleren Teil.

Die HRV-Darstellung verdeutlicht sehr gut wie schnell ein gesunder Organismus auf leichte Belastung reagiert und danach sofort wieder in einen entspannten Zustand kommt. Damit kann über das ABIOS HRV-Verfahren mit einer Bewertung der Herz-Rhythmen bestimmt werden ob eine Situation entspannend ist oder nicht bzw. ob ein in Organismus unter permanenten Stresseinfluss steht oder nicht.

Wichtige Aussagekraft hat dabei auch das Anstiegs-Verhalten der HRV nach diversen Belastungen. Zeigt sich z.B. nach einer Belastung ein Anstieg der Variabilität ist alles ok! Dauert es hingegen ein paar Stunden, bis sich wieder eine hohe Variabilität zeigt, so ist zu vermuten, dass bereits eine starke Vorermüdung gegeben ist. Kommt es auch nach einer längeren Schlaf- und Erholungsphase zu keinem nennenswerten Anstieg der Variabilität, so liegt vermutlich eine chronische Überlastung mit vegetativer Funktionsstörung vor. Mit der Live-Messung kann das kontrolliert und je nach Schweregrad auch kurz oder langfristig korrigiert werden. Eine reine Pulsmessung wäre nicht ausreichend und würde gerade im Hochleistungssport zu verfälschten Ergebnissen führen. Die präzise Erfassung der HRV und eine übersichtliche Feedbackfunktion erlaubt daher einen viel breiteren Einsatz der mobilen Diagnostik.

Erklärung Pulszonen/Trainingszonen

Aus sportwissenschaftlicher Sicht zeigen diese Werte

in „Zone 1“ den „Basisbereich“ oder Fitnessbereich und auch den Regenerations-Kompensationsbereich (ReKom) an.

  • Ein Training in diesem Bereich fördert die Fitness und unterstützt bei Leistungssportlern die Regeneration bzw. Kompensation der vorausgegangenen Trainingseinheiten.
  • Auch bei rein mentalen hohen Belastungen kann es in diesem Bereich noch zu ansteigenden Werten kommen, das sollte aber langfristig vermieden werden.

in „Zone 2“ den „Anstrengungsbereich 1“ oder Fettstoffwechsel-Trainingsbereich (FB) an.

  • Dabei läuft der Stoffwechsel mehrheitlich über Fettverbrennung ab.
  • Ein Training in diesem Bereich fördert die Fitness und bei Leistungssportlern die Entwicklung der Ausdauerbasis durch den Auf- und Ausbau der Mitochondrienmasse (unsere Zellkraftwerke).
  • Bei sehr hohen mentalen Belastungen kann es wiederum auch noch in diesem Bereich zu ansteigenden Werten kommen, das zeigt jedoch von einem sehr hohem Stresslevel.

in „Zone 3“ den „Anstrengungsbereich 2“ oder Grundlagenausdauerbereich 1 (GA1) an.

  • Dabei läuft der Stoffwechsel vorwiegend im aeroben, glykolytischen (Kohlehydrate) Bereich ab, bezogen auf den Laktatspiegel (Milchsäure) im Blut ergibt sich hier meist ein stady-state (über lange Zeit gleichbleibendes Niveau).
  • Ein Training (z.B. Longjogs) in diesem Bereich fördert die Leistungsfähigkeit des Herz-Kreislaufsystems und verbessert die Kapilliarisierung (Transport und Aufnahme des Sauerstoffs in der Muskulatur).
  • Bei rein mental verursachten Belastungswerten in diesem Bereich sollte diesen umgehend auf den Grund gegangen werden, um eine psycho-physische Überforderung (Burn-out) zu vermeiden.

in „Zone 4“ in den „hohen Anstrengungsbereich“ oder Grundlagenausdauerbereich 2 (GA2) an.

  • Dabei läuft der Stoffwechsel vorwiegend im aerob-anaeroben glykolytischen Bereich mit meist steil ansteigendem Laktatspiegel ab.
  • Ein Training in diesem Bereich fördert die wettkampfspezifische Leistungsfähigkeit. Dies sollte jedoch nur einen geringen Teil ausmachen und dann ganz gezielt für die Wettkampfvorbereitung erfolgen – zu umfangreiches Training im GA2 Bereich führt zwar schnell zur Leistungsverbesserung aber auch zu einem frühen Erreichen eines Leistungsplateaus.

ab „Zone 5“ den „Spitzenbereich“ oder hochintensives Training (HIT) an.

  • Dabei läuft der Stoffwechsel vorwiegend im anaeroben glykolytischen Bereich mit steil ansteigendem Laktatspiegel ab.
  • HIT-Training ist im Ausdauerbereich gekennzeichnet von kurzen (30-60Sek) hochintensiven Intervallen und kurzen Pausen (2-3 fache der Belastungsdauer) in moderater Intensität.
  • Dieses Training wird von Leistungssportlern zur direkten Wettkampfvorbereitung genutzt, um ihre Form zuzuspitzen.
  • Bei ausreichender Ausdauerbasis kann HIT Training aber auch als hocheffizientes Mittel zur Gewichtsreduktion eingesetzt werden. Über ein Nachwirken der hochintensiven Einheiten wird der Nachbrenneffekt aktiviert und so auch noch in Ruhe die Fettverbrennung angekurbelt. Ein Training in diesem Bereich sollte jedoch erst nach einer Sporttauglichkeitsuntersuchung erfolgen.

Im Hochleistungsbereich können diese Zonen anders gestaltet werden.

Die Grafik zeigt z.B. den ansteigenden Belastungsverlauf (in den Trainingszonen 1-4)

Erste Schritte Messung

Das benötigen Sie dazu

  • ein Android-Smartphone (ab Android 7.0)
  • den Download-Link von ABIOS zur App und
  • einen kompatiblen Herzfrequenz-Sensor (Bluetooth Mess-Hardware)

Zur Messung:

  • Mess-Hardware anlegen/aktivieren
  • ABIOS Partner App starten
  • Ggf. einloggen
  • Messung in der App starten gemäß Handbuch
  • Bei gutem Hautkontakt und Ladestatus verändert sich der Hauptschalter rechts oben von weiß blinkend auf grün mit Häkchen. Im Diagramm sind nach wenigen Sekunden die ersten Live-Ergebnisse (Balken und Messwerte) sichtbar.

Für weitere Hinweise können Sie in der App auf das Fragezeichen „?“ (rechts oben) tippen oder im Webportal auf  „Handbuch“ (oben) gehen.

Erklärung Kurzzeit-Messung

Mit der ABIOS Partner App können einfach KURZZEIT-MESSUNGEN vorgenommen werden. Mit dieser Messung kontrollieren z.B. LeistungssportlerInnen täglich nach dem Erwachen ihren Leistungsstatus und ihr nachfolgendes Training. Auch bei gesundheitsorientierten oder beruflich sehr belasteten Personen eignet sich dieses Verfahren perfekt zur täglichen, wenn geht morgendlichen, Vitalstatuskontrolle.

ABIOS Partner App

Starten Sie dazu die ABIOS Partner App und gehen Sie über das Dropdown-Menü oben auf „Kurzzeit“. Starten Sie danach die Messung über den Schieberegler.
Danach kommen Sie zur 3 Minuten Countdown-Startseite. Tippen Sie darauf und beginnen Sie die Kurzzeit-Messung. Diese wird automatisch beendet, im App-Archiv abgelegt und ins Portal übertragen.
Die normale Messung läuft weiter, beenden Sie die Messung über den Schieberegler.

Portal-Anwendung

Im Webportal können Sie sich dann alle Kurzzeit-Messungen anzeigen lassen und auch den Verlauf ansehen.
Geben Sie dazu im Archiv bei „Suchtext eingeben“ den Begriff „kurz“ ein und Sie bekommen alle Kurzzeit-Messungen gelistet.

Was tun bei hohen Stress-Werten?

Grundsätzlich ist es völlig normal, dass wir Stress ausgesetzt sind. Stress wird durch körperliche oder mentale Aktivitäten, Einflüsse hervorgerufen und verändert uns von Geburt an. Diese Veränderung ist aber nicht nur negativ zu sehen. Reize auf unseren Organismus führen dazu, dass wir uns entwickeln, uns an Umwelteinflüsse anpassen, lernen und immer weiterentwickeln. Ein sehr gutes Beispiel sind Sportler, die durch regelmäßige und gezielte körperliche und mentale Reize ihre Leistung step-by-step verbessern und so imstande sind, Außergewöhnliches zu vollbringen.

Zu Problemen kommt es erst, wenn die Reize für uns zu hoch sind, zu lange andauern oder in zu schneller Abfolge wiederkehren. Das führt zu chronischem Stress.

Der gesunde Mensch ist sehr gut in der Lage mit normalen Stressreizen umzugehen. Wenn diese aber zu intensiv sind, kommt es zur sogenannten Überlastung, bionegative Veränderungen physiologischer Strukturen, Schwächung des Immunsystems, Burn-out oder im Sport zum Übertraining und Leistungseinschränkung.

Genau hier setzt ABIOS mit seinen Verfahren an. Diese  Verfahren messen die Belastung auf unser vegetatives Nervensystem. Da jeder Mensch sehr individuell auf Stress reagiert, gibt es keine Grundregel, wie hoch die Belastungsverträglichkeit für den Einzelnen ist. Mit den Messergebnissen von ABIOS bekommt man aber Informationen, um seine Eigenwahrnehmung zu verbessern oder eine gezielte Intervention/Therapie/Coaching zu optimieren und begleiten zu können.

Beispiel 1

Sie haben tagsüber durch berufliche, private oder sportliche Herausforderungen sehr viel Stress, sind hohen Belastungen ausgesetzt und haben somit auch oft sehr niedrige Werte auf der ABIOS-Entspannungsskala (HRV-Status)?

Hinweis: Wenn Sie bei Ruhemessungen oder bei Schlafmessungen mindestens Entspannungswerte von über +1 erreichen, liegt eher kein schwerwiegendes Problem vor. Der Organismus hat genug Freiräume, um sich zu entspannen.

Beispiel 2

Sie haben wie bei Beispiel 1 sehr viel Stress und zusätzlich auch immer wieder schlechte Schlafmessungen (Entspannungswerte unter -1)?

Nehmen Sie sich hin und wieder eine Auszeit und schalten Sie ein paar Tage (Wochenende) ab.

Hinweis: Wenn Sie merken, dass selbst nach dieser Auszeit die Messwerte auf hohe Belastungen mit weiterhin sehr niedrigen Entspannungswerten hinweisen, ist Handlungsbedarf gegeben.

Die Auswertungen und Empfehlungen basieren auf sportwissenschafltlichen Erfahrungen und Erkenntnissen und ersetzen keine medizinische Diagnostik und Beratung!

Erklärung Entspannungsskala

Die ABIOS Entspannungs-Skala reicht von -5 bis 0 bis +5  und ergibt sich aus der Bewertung des Entspannungsgrades und wird über die Herz-Raten-Variabilität (HRV) berechnet.

Die Werte von -5 bis 0 weisen auf eine sehr belastete bis normal belastete Situation hin,
Werte von 0 bis +5 weisen auf eine normal bis sehr entspannte Situation hin.

Die Balkenfarbe und auch die Balkenhöhe verändert sich mit dem psycho (mentalen) – physischen (körperlichen) Statuswert.

Die Farben zeigen den psycho-physischen Entspannungsgrad an, dieser wird über die Herz-Raten-Variabilität (HRV) bzw. die Schwankungen der Herz-Raten erfasst. Unter körperlicher oder sogar hoher mentaler Belastung gehen die Schwankungen des Herz-Schlages zurück, was zu niedrigen bis kaum mehr messbaren Schwankungen führt. In diesem Fall werden keine farbigen Balken mehr angezeigt. Die Icons zeigen über die Farbe den durchschnittlichen Status der jeweiligen Messung an.

Was ist die wissenschaftliche Basis hinter den Berechnungen zu Entspannung und Belastung?

Als Basis dazu dienen uns wissenschaftliche Erkenntnisse anerkannter Forschungsinstitute, eigene Forschungen (siehe u.a. Literatur dvs-Schriften), unsere jahrelange Erfahrung in der Entwicklung einer Herz-Raten-Variabilitäts-Diagnostik (HRV) und unser Know-how in der Algorithmen- und Software-Entwicklung.

Die individuelle Anpassung an die Herausforderungen unserer Kunden, Sportler und Partner hat dazu geführt, dass wir nicht den klassischen Weg gefolgt sind und z.B. vorwiegend frequency domain analysis zur Beurteilung heranziehen. Unsere Auswertung basiert unter anderem auf Time Domain Analysis und eigenen Algorithmen. Die HRV-Parameter dazu finden Sie im Webportal auch im Handbuch unter „Statistik“.

Für die Auswertungen zu „Belastung“ und „Entspannung“ wurden umfangreiche Screenings-, Analyse- und Berechnungsverfahren entwickelt und eingesetzt welche

  • eine Artefakterkennung und -behandlung ermöglichen,
  • eine valide, alters- und leistungsabhängige Berechnung sicherstellen,
  • Echtzeitdarstellungen in der App ermöglichen und
  • die Darstellung von psycho-physischen Beanspruchungen lokal, auf der jeweiligen Position und unter Bewegung
    sicherstellen.
Können mentaler und körperlicher Stress getrennt erfasst werden?

Zum Thema der getrennten Betrachtung von mentalem und physischem Stress können wir eine Lösung über die Aktivitätserfassung in der ABIOS Partner App über ein Positionstracking und die Bereitstellung der beiden Indikatoren „Belastung“ und „Entspannung“ zur Verfügung stellen.

Wissenschaftlich gesehen ist es schwierig zu beantworten, wo mentaler Stress aufhört und wo physische Belastung beginnt. Auch bei scheinbar rein mentalem Stress reagiert unser Organismus mit physiologischen Prozessen (Atmungs- und Pulserhöhung, Katecholamin-Ausschüttung usw.). Im Gegenzug kann eine sehr moderate, körperliche Bewegung zu entspannten mentalen Prozessen führen.

Wir haben uns diesem Phänomen genähert, indem wir ein neues Berechnungsverfahren entwickelt haben, das Rücksicht auf Alter und Fitnessgrad nimmt und die Erholungs- oder Belastungswerte über GPS-Tracking auf der jeweiligen Position bereitstellt. Zusätzlich kann über die App die Tätigkeit sehr genau erfasst und archiviert werden. Damit wird eine getrennte Analyse der Auswertungen zu mentalen und körperlichen Belastungen erleichtert.

Vom Trend her wird mentaler Stress in den Auswertungen unter „Entspannung“ dargestellt und körperliche Belastung unter „Belastung“. Die Grenzen sind aber immer gleitend. So ist bei körperlicher Beanspruchung auch oft eine mentale Anspannung (Konzentration) gegeben und umgekehrt bei mentaler Beanspruchung körperliche Spannung gegeben.

Analyse Langzeitmessung

Beispiel A

Langzeitmessung in intensiver Trainingsphase mit bereits sehr eingeschränktem Schlafstatus – Darstellung Entspannungsgrad (HRV)
Maßnahme: Ruhetag und Trainingsänderung mit vermehrt regenerativen Einheiten

Beispiel B

Langzeitmessung nach 5 Tagen gezielter Regenerationsmaßnahmen – Darstellung Entspannungsgrad (HRV)

Maßnahme: Wiederaufnahme des normalen Trainings

Beispiel C

Langzeitmessung mit 2 Trainingseinheiten in großer Hitze – Darstellung Belastungsgrad (HRV u. HF)

Maßnahme: Erhöhte Flüssigkeitsaufnahme, nächster Tag reduziertes Training, Abkühlung!