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Als Herzfrequenzvariabilität (HRV) wird die Frequenzänderung zwischen den einzelnen Herzaktionen bezeichnet. Da das autonome Nervensystem – vor allem über die respiratorische Sinusarrhythmie – einen großen Einfluss auf die HRV hat, kann umgekehrt von der HRV auf den aktuellen Zustand des autonomen Nervensystems rückgeschlossen werden. So ist bekannt, dass anhand der HRV Aussagen über die Prognose kritisch kranker Patienten auf Intensivstationen getroffen werden können. Aber auch körperliche und mentale Belastung verändern die HRV messbar.
Mit dem Ziel, den Einfluss anspruchsvoller Hörsituationen auf die HRV zu untersuchen, wurden bei 20 Probanden Sprachtests (Freiburger Einsilber) mit verschiedenen Schalldruckpegeln durchgeführt. Vor und während den Sprachtests erfolgte die Aufzeichnung eines EKG, aus dem verschiedene Komponenten der HRV berechnet wurden.
Es zeigte sich, dass anspruchsvolle Hörsituationen die HRV beeinflussen. Komponenten der HRV ändern sich sowohl mit steigender Schwierigkeit des Sprachtests, als auch gegenüber einem Ruheintervall signifikant.
Die Messung der HRV scheint deshalb eine Möglichkeit, Höranstrengung objektiv messbar zu machen.
Der Einfluss der Ernährung auf das autonome Nervensystem – ein Modell kindlicher Essstörungen
(2019)
Essstörungen sind durch eine autonome Regulationsstörung gekennzeichnet, die vermutlich pathophysiologisch relevant ist. Es konnte gezeigt werden, dass in unterschiedlichen Ernährungszuständen das autonome Nervensystem (ANS) verschieden reguliert wird. Adipöse Kinder weisen im Vergleich zu gesunden Gleichaltrigen eine reduzierte Herzfrequenzvariabilität (HRV) und einen erniedrigten Vagotonus auf, während Anorexia nervosa (AN)-Patienten eine erhöhte HRV mit Vagusdominanz besitzen.
Während das momentane Körpergewicht und der aktuelle Body Mass Index (BMI) im Verlauf einer Ernährungsintervention weitgehend konstant bleiben, entwickelt sich die HRV nachhaltig positiv. Es konnte ein qualitativer Zusammenhang zwischen der Änderung des BMI und der HRV-Änderung nachgewiesen werden. Offensichtlich reagiert das ANS im Sinne einer „autonomen Wende“ auf die Ernährungsumstellung, noch bevor eine signifikante Änderung des Körpergewichts messbar wird. Der Reiz für die Anpassung des ANS liegt scheinbar in der Dynamik metabolischer Zustände, initiiert durch Änderung der Kalorienzufuhr, und wirkt sich erst langfristig auf den BMI aus.
Am Beispiel der Anorexia nervosa führt das Refeeding aus einer Kalorienzufuhr gemäß modifiziertem NICE-Ernährungsprotokoll, mit Supplementierung von Vitamin B-Komplexen sowie Omega-3-Fettsäuren (O-3-FS), bereits frühzeitig zu einer „autonomen Wende“ mit Regulierung der HRV in Richtung altersentsprechenden Normbereich. Die autonome Regulationsstörung ist möglicherweise weniger die Ursache als die Folge des Hungerns bei AN.
Die HRV ist bei adipösen Kindern reduziert und spiegelt so einen frühen kardiovaskulären Risikofaktor wider. Durch Ernährungsinterventionen zeigen sich zwar oft nur leichte Erfolge bei der Gewichtsreduzierung, jedoch können signifikante HRV-Verbesserungen, insbesondere in der Nacht, erreicht werden. Diese HRV-Zunahme gilt als Indikator für ein reduziertes kardiovaskuläres Risiko, das offensichtlich durch eine Ernährung knapp unterhalb des Solls erreicht werden kann. Das HRV-Profil adipöser Kinder und Jugendliche spiegelt sich auch abgestuft in der Einteilung in die verschiedenen Risikogruppen des Metabolischen Syndroms wider. Die HRV dient demzufolge bei Kindern und Jugendlichen als verlässlicher Surrogatparameter für das kardiovaskuläre Risiko.
Pathophysiologisch ist ein Modell des normokalorischen Ernährungszustands anzunehmen, in dem das autonome Nervensystem in individuell bestimmten Grenzen ausgewogen reguliert wird. Aus einer Änderung der Ernährung resultiert ein autonomer Effekt: die vagotone Ausgangslage der AN-Patienten wird durch Refeeding positiv beeinflusst (HRV-Abnahme, Herzfrequenzanstieg); umgekehrt verhält es sich durch Kalorienrestriktion bei Adipositas (HRV-Zugewinn, Herzfrequenzabnahme). Der HF/LF (high frequency/low-frequency)-Quotient, als möglicher Repräsentant der autonomen Balance, bleibt jedoch unverändert. Bei kalorischer Unter- oder Überversorgung wird die intrinsische Herzfrequenz unabhängig vom Sympathikus-Parasympathikus-Gleichgewicht angepasst. VLF (very low frequency) kann wahrscheinlich als metabolischer Parameter angesehen werden und verhält sich umgekehrt proportional zur Thermogenese. Die metabolisch bedingten Veränderungen der autonomen Regulation werden durch Optimierung der Kalorienzufuhr unabhängig vom aktuellen BMI aufgehoben und normalisiert. Diese Anpassungsmechanismen werden offensichtlich auch von psychischen Veränderungen begleitet, die eine Verhaltensänderung der Kinder und Jugendliche bedingen. Im Rahmen der Essstörungen gilt diese Beobachtung als besonderes Therapiehindernis. O-3-FS und Betablocker haben möglicherweise einen zusätzlichen positiven Effekt auf die HRV.
Die Orientierung am BMI als Messparameter für Interventionserfolg ist unzulänglich. Effekte einer hypo- bzw. hyperkalorischen Ernährung auf die HRV bzw. intrinsische Herzrate lassen sich einfach erfassen und sind im Langzeit-Elektrokardiogramm (LZ-EKG) zugängig. Therapieeffekte sind anhand der HRV-Analyse noch vor Änderung des BMI sichtbar. Die im LZ-EKG einfach praktikable HRV-Messung dient als objektive und aktuelle Diagnostik für die Therapiebewertung bei Essstörungen. Angesichts der Kenntnis um die Präsenz einer autonomen Regulationsstörung im Vorfeld vieler kardiovaskulärer Erkrankungen, verspricht die HRV-Analyse zukünftig präventiven Nutzen.
Correlation properties of heart rate variability during endurance exercise: A systematic review
(2020)
Background
Non‐linear measures of heart rate variability (HRV) may provide new opportunities to monitor cardiac autonomic regulation during exercise. In healthy individuals, the HRV signal is mainly composed of quasi‐periodic oscillations, but it also possesses random fluctuations and so‐called fractal structures. One widely applied approach to investigate fractal correlation properties of heart rate (HR) time series is the detrended fluctuation analysis (DFA). DFA is a non‐linear method to quantify the fractal scale and the degree of correlation of a time series. Regarding the HRV analysis, it should be noted that the short‐term scaling exponent alpha1 of DFA has been used not only to assess cardiovascular risk but also to assess prognosis and predict mortality in clinical settings. It has also been proven to be useful for application in exercise settings including higher exercise intensities, non‐stationary data segments, and relatively short recording times.
Method
Therefore, the purpose of this systematic review was to analyze studies that investigated the effects of acute dynamic endurance exercise on DFA‐alpha1 as a proxy of correlation properties in the HR time series.
Results
The initial search identified 442 articles (351 in PubMed, 91 in Scopus), of which 11 met all inclusion criteria.
Conclusions
The included studies show that DFA‐alpha1 of HRV is suitable for distinguishing between different organismic demands during endurance exercise and may prove helpful to monitor responses to different exercise intensities, movement frequencies, and exercise durations. Additionally, non‐linear DFA of HRV is a suitable analytical approach, providing a differentiated and qualitative view of exercise physiology.
Background
Performance anxiety is the most frequently reported anxiety disorder among professional musicians. Typical symptoms are - on a physical level - the consequences of an increase in sympathetic tone with cardiac stress, such as acceleration of heartbeat, increase in blood pressure, increased respiratory rate and tremor up to nausea or flush reactions. These symptoms can cause emotional distress, a reduced musical and artistical performance up to an impaired functioning. While anxiety disorders are preferably treated using cognitive-behavioral therapy with exposure, this approach is rather difficult for treating music performance anxiety since the presence of a public or professional jury is required and not easily available. The use of virtual reality (VR) could therefore display an alternative. So far, no therapy studies on music performance anxiety applying virtual reality exposure therapy have investigated the therapy outcome including cardiovascular changes as outcome parameters.
Methods
This mono-center, prospective, randomized and controlled clinical trial has a pre-post design with a follow-up period of 6 months. 46 professional and semi-professional musicians will be recruited and allocated randomly to an VR exposure group or a control group receiving progressive muscle relaxation training. Both groups will be treated over 4 single sessions. Music performance anxiety will be diagnosed based on a clinical interview using ICD-10 and DSM-5 criteria for specific phobia or social anxiety. A behavioral assessment test is conducted three times (pre, post, follow-up) in VR through an audition in a concert hall. Primary outcomes are the changes in music performance anxiety measured by the German Bühnenangstfragebogen and the cardiovascular reactivity reflected by heart rate variability (HRV). Secondary outcomes are changes in blood pressure, stress parameters such as cortisol in the blood and saliva, neuropeptides, and DNA-methylation.
Discussion
The trial investigates the effect of VR exposure in musicians with performance anxiety compared to a relaxation technique on anxiety symptoms and corresponding cardiovascular parameters. We expect a reduction of anxiety but also a consecutive improvement of HRV with cardiovascular protective effects.
Trial registration
This study was registered on clinicaltrials.gov. (ClinicalTrials.gov Number: NCT05735860)