Herzratenvariabilität (HRV)

Wie es funktioniert

Ein gesundes Herz schlägt nicht wie ein Metronom. Der Taktgeber im Herzen, der Sinusknoten, wird laufend vom autonomen Nervensystem nachgeregelt: Der Parasympathikus bremst über den Vagusnerv sehr schnell, innerhalb von Millisekunden, der Sympathikus beschleunigt langsamer, über Sekunden. Aus diesem Zusammenspiel entstehen die feinen Schwankungen der Schlagabstände, die man als Herzratenvariabilität misst (Shaffer & Ginsberg, 2017).

Zwei Rhythmen prägen die HRV besonders deutlich:

• Atmung: Beim Einatmen steigt die Herzfrequenz leicht an, beim Ausatmen sinkt sie wieder. Diese respiratorische Sinusarrhythmie ist ein normaler physiologischer Vorgang.
• Blutdruckregelung: Der Baroreflex erzeugt Schwankungen von etwa 0,1 Hz, also rund alle zehn Sekunden. Atmet man ungefähr in diesem Tempo, verstärken sich Atem- und Blutdruckrhythmus gegenseitig. Auf dieser Resonanz baut das HRV-Biofeedback auf (Lehrer & Gevirtz, 2014).

Messung in der Praxis

Für die HRV braucht es die exakten Zeitpunkte der Herzschläge. Dafür gibt es zwei Wege:

• EKG: Elektroden auf der Haut erfassen die elektrische Aktivität des Herzens. Die spitzen R-Zacken lassen sich sehr genau zeitlich bestimmen. Das ist die präziseste Methode.
• Pulssensor (BVP): Ein optischer Sensor am Finger oder Ohrläppchen misst die Pulswelle. Daraus ergeben sich Puls-zu-Puls-Abstände. In Ruhe ist das meist brauchbar, bei Bewegung, Druck auf den Sensor oder kalten Händen aber deutlich störanfälliger.

Ein üblicher Ablauf:

1. Sensor anlegen, Signal kurz auf Plausibilität prüfen.
2. Ruhemessung von rund fünf Minuten im Sitzen. Fünf Minuten sind der etablierte Standard für Kurzzeitmessungen (Task Force, 1996; Shaffer & Ginsberg, 2017).
3. Atmung mit einem Atemgurt mitmessen, weil das Atemtempo die Kennwerte stark beeinflusst.
4. Vergleichbare Bedingungen einhalten: ähnliche Tageszeit, gleiche Körperhaltung, kein Sprechen während der Messung, möglichst kein Koffein und kein Sport kurz davor.

Beim HRV-Biofeedback kommt ein Schritt dazu: die persönliche Atemfrequenz bestimmen, bei der die Schwankungen am grössten werden. Dafür atmet man nacheinander in mehreren langsamen Tempi, und die Kurven werden verglichen. Bei vielen Erwachsenen liegt dieser Wert in der Gegend von sechs Atemzügen pro Minute, er ist aber individuell.

Kennwerte und Grenzen

Zeitbereich (direkt aus den Schlagabständen berechnet):

• SDNN: Standardabweichung aller Schlagabstände, ein Mass für die Gesamtvariabilität. Hängt stark von der Messdauer ab, deshalb nur gleich lange Messungen vergleichen.
• RMSSD: misst die Unterschiede zwischen direkt aufeinanderfolgenden Schlägen und bildet vor allem die schnellen, vagal vermittelten Schwankungen ab. Gilt als robuster Kurzzeitwert.
• pNN50: Anteil aufeinanderfolgender Schlagabstände, die sich um mehr als 50 Millisekunden unterscheiden.

Frequenzbereich (Anteile der Schwankungen in festgelegten Bändern; Task Force, 1996):

• HF (0,15–0,4 Hz): atmungsbezogene Schwankungen, überwiegend parasympathisch vermittelt.
• LF (0,04–0,15 Hz): gemischter Ursprung, unter anderem Baroreflex. Kein reines Mass für den Sympathikus.
• LF/HF-Verhältnis: wurde lange als «Gleichgewicht» zwischen Sympathikus und Parasympathikus gedeutet. Diese Deutung gilt als nicht haltbar (Billman, 2013). Ein praktisches Beispiel: Wer langsam mit etwa sechs Atemzügen pro Minute atmet, verschiebt die Schwankungen ins LF-Band. Das Verhältnis steigt dann, ohne dass das mehr Anspannung bedeutet.

Grenzen:

• Die HRV ist ein Messwert, keine Diagnose. Ein einzelner Wert sagt für sich allein wenig aus.
• Normwerte hängen von Alter, Geschlecht und Messdauer ab. Normwerte für 24-Stunden-, Kurzzeit- und Ultrakurzzeitmessungen sind nicht austauschbar (Shaffer & Ginsberg, 2017). Aussagekräftiger ist deshalb meist der Verlauf bei derselben Person unter gleichen Bedingungen.
• Viele Faktoren verändern die HRV kurzfristig: Atmung, Körperhaltung, Tageszeit, Schlaf, Koffein, körperliches Training und Medikamente.

Typische Fehler und Artefakte

• Verpasste oder doppelt erkannte Schläge: Ein einziger fehlender Schlag erscheint als ungewöhnlich langer Abstand und treibt Werte wie RMSSD und SDNN sprunghaft nach oben. Mehr dazu unter Artefakt.
• Extrasystolen: zusätzliche Herzschläge ausserhalb des normalen Takts. Sie sind echt, werden für die HRV-Auswertung aber wie Artefakte behandelt. Deshalb spricht man von NN-Intervallen, also Abständen von normalem zu normalem Schlag (Task Force, 1996).
• Bewegung, Sprechen und Druck auf den Sensor verfälschen vor allem Pulssensor-Messungen.
• Ungleiche Bedingungen zwischen Sitzungen, etwa andere Messdauer, anderes Atemtempo oder andere Tageszeit, erzeugen scheinbare Veränderungen.
• Automatische Korrektur ungeprüft übernehmen: Das Rohsignal gehört vor jeder Auswertung gesichtet, und wie viel korrigiert wurde, gehört in den Report.

Studienlage

HRV als Messgrösse: Messmethoden, Frequenzbänder und Interpretation wurden 1996 von einer Arbeitsgruppe der europäischen und nordamerikanischen Fachgesellschaften standardisiert (Task Force, 1996). Einen aktuelleren Überblick über Kennwerte und Normwerte geben Shaffer & Ginsberg (2017).

HRV-Biofeedback: Eine Meta-Analyse wertete 58 randomisierte kontrollierte Studien aus, ausgewählt aus 1868 Publikationen (Lehrer et al., 2020). Insgesamt zeigte sich ein kleiner bis mittlerer Effekt zugunsten des HRV-Biofeedbacks, vergleichbar mit anderen etablierten Methoden. Die grössten Effekte fanden sich bei emotionalen Zielgrössen sowie bei sportlicher und künstlerischer Leistung, die kleinsten bei Schlaf und Lebensqualität. Für jede einzelne Zielgrösse lagen allerdings nur wenige Studien vor, die Aussagen pro Anwendungsgebiet sind entsprechend unsicher.

Mechanismus: Am besten gestützt ist die Erklärung, dass das Training den Baroreflex stärkt; weitere Mechanismen werden diskutiert (Lehrer & Gevirtz, 2014).

Einordnung: Wie bei allen Trainingsverfahren lassen sich Erwartungseffekte kaum ausschliessen, weil Teilnehmende wissen, dass sie trainieren. Die Protokolle der Studien unterscheiden sich zudem stark.