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Analyse der Herzfrequenzvariabilität

Mathematische Basis und praktische Anwendung

Analysis of heart rate variability

Mathematical description and practical application

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Zusammenfassung

Die Analyse der Herzfrequenzvariabilität (HRV) hat sich in den letzten Jahren zu einer etablierten nicht-invasiven Erfassung des Beanspruchungsgrades des Herz-Kreislauf-Systems entwickelt. Hierbei spiegelt die HRV das Zusammenspiel zwischen Sympathikus und Parasympathikus, die die Aktivität des Herzens steuern, wider und ermöglicht es dem Untersucher, den Einfluss des autonomen Nervensystems auf die Regulierung des Herz-Kreislauf-Systems mathematisch zu beschreiben. Diese Übersichtsarbeit befasst sich mit den Analyseverfahren der HRV in den zeitbezogenen, frequenzbezogenen und nichtlinearen Methoden. Hinweise zur Auswahl des sinnvollen Erfassungszeitraums werden diskutiert sowie die Richtwerte für ausgewählte HRV-Parameter präsentiert.

Abstract

The analysis of heart rate variability (HRV) has recently become established as a non-invasive measurement for estimation of demands on the cardiovascular system. The HRV reflects the interaction of the sympathetic and parasympathetic nervous systems and allows the influence of the autonomic nervous system on the regulation of the cardiovascular system to be mathematically described. This review explicates the analysis method of HRV for time, frequency and non-linear methods as well as the range of parameters and the demand on acquisition time. The necessity and possibilities of artefact correction and advice for the selection of a reasonable acquisition period are discussed and standard values for selected HRV parameters are presented.

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Literatur

  1. Hottenrott K (2007) Trainingskontrolle mit Herzfrequenz-Messgeräten. Meyer & Meyer, Aachen

  2. Hottenrott K (2002) Grundlagen zur Herzfrequenzvariabilität und Anwendungsmöglichkeiten im Sport. In: Hottenrott K (Hrsg) Herzfrequenzvariabilität im Sport. Prävention – Rehabilitation – Training. Schriften der Deutschen Vereinigung für Sportwissenschaften, Bd 129. Feldhaus, Ed. Czwalina, Hamburg, S 9–26

  3. Jordan D, Marshall J (1995) Cardiovascular regulation. The physiological society. Portland Press, London

  4. Sesto F (1998) Die bioelektrische Steuerung des Herzens: Grundlagen. Springer, Berlin

  5. Bauer A, Malik M, Schmidt G et al (2008) Heart rate turbulence: standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use: International Society for Holter and Noninvasive Electrophysiology Consensus. J Am Coll Cardiol 52:1353–1365

    Article  PubMed  Google Scholar 

  6. Böckelmann I (2012) Analyse der Herzfrequenzvariabilität (HRV) – praktische Relevanz. Zbl Arbeitsmed 62:275–279

    Article  Google Scholar 

  7. Voss A, Schulz S, Schroeder R et al (2009) Methods derived from nonlinear dynamics for analysing heart rate variability. Philos Trans A Math Phys Eng Sci 367:277–296

    Article  PubMed  Google Scholar 

  8. Löllgen H (1999) Herzfrequenzvariabilität. Dtsch Arztebl 96:2029–2032

    Google Scholar 

  9. Malik M (2004) Standard measurement of heart rate variability. In: Malik M, Camm AJ (eds) Dynamic electrocardiography. Blackwell, Oxford, S 13–21

  10. Pfister EA, Böckelmann I, Rüdiger H et al (2007) Herzrhythmusanalyse in der Arbeitsmedizin. Leitlinie der Deutschen Gesellschaft für Arbeitsmedizin und Umweltmedizin e. V. Arbeitsmed Sozialmed Umweltmed 42:348–353

    Google Scholar 

  11. Körber T, Ismer B, Knorre GH von (2000) Die klinische Bedeutung der Verwendung unterschiedlicher Rekordertechnologien für die Ergebnisse der Analyse der Herzfrequenzvariabilität aus dem Langzeit-EKG. Herzschr Elektrophys 11:110–116

    Article  Google Scholar 

  12. Sammito S, Thielmann B, Seibt R et al (2014) Nutzung der Herzfrequenz und der Herzratenvariabilität in der Arbeitsmedizin und Arbeitswissenschaft. Arbeitsgemeinschaft der Wissenschaftlichen Medizinischen Fachgesellschaften e.V. (AWMF), Reg-Nr 002-042

  13. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing und Electrophysiology (1996) Heart rate variability: standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use. Circulation 93:1043–1065

    Article  Google Scholar 

  14. Hoos O (2006) Spektralanalyse der Herzfrequenzvariabilität im Sport – Methoden und Anwendungen, Möglichkeiten und Grenzen. In: Hottenrott K (Hrsg) Herzfrequenzvariabilität: Methoden und Anwendungen in Sport und Medizin. Schriften der Deutschen Vereinigung für Sportwissenschaften, Bd 162. Feldhaus, Ed. Czwalina, Hamburg, S 28–63

  15. Berntson GG, Bigger JT, Eckberg DL et al (1997) Heart rate variability: origins, methods and interpretive caveats. Psychophysiology 34:623–648

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  16. Berntson GG, Quigley KS, Jang JF, Boysen ST (1990) An approach to artifact identification: application to heart period data. Psychophysiology 27:586–598

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  17. Hoos OP, Gläser S, Sommer HM (2006) Untersuchung zur Ursache von Artefakten in der mobilen Erfassung der Herzfrequenzvariabilität bei Laufbelastungen. In: Hottenrott K (Hrsg) Herzfrequenzvariabilität: Methoden und Anwendungen in Sport und Medizin. Schriften der Deutschen Vereinigung für Sportwissenschaften, Bd 162. Feldhaus, Ed. Czwalina, Hamburg, S 188–196

  18. Kaiser W, Findeis M (1999) Artifact processing during exercise testing. J Electrocardiol 32:212–219

    Article  PubMed  Google Scholar 

  19. Lippman N, Stein KM, Lerman BB (1993) Nonlinear predictive interpolation. A new method for the correction of ectopic beats for heart rate variability analysis. J Electrocardiol 26(Suppl):14–19

    PubMed  Google Scholar 

  20. Loimaala A, Sievänen H, Laukkanen R et al (1999) Accuracy of a novel real-time microprocessor QRS detector for heart rate variability assessment. Clin Physiol 19:84–88

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  21. Niskanen JP, Tarvainen MP, Ranta-aho PO, Karjalainen PA (2002) Software for advanced HRV analysis. Report No. 2/2002. University of Kuopio, Department of Applied Physics, ISSN 0788-4672, pp 1–11

  22. Ruha A, Sallinen S, Nissilä S (1997) A real-time microprocessor QRS detector system with a 1-ms timing accuracy for the measurement of ambulatory HRV. IEEE Trans Biomed Eng 44:159–167

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  23. Salo MA, Huikuri HV, Seppänen T (2001) Ectopic beats in heart rate variability analysis: effects of editing on time and frequency domain measures. Ann Noninvasive Electrocardiol 6:5–17

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  24. Tikkanen P (1999) Characterisation and application of analysis methods for ECG and time intervall variability data. Dissertation, Universität Oulu, Finnland; University Library Oulu, http://herkules.oulu.fi/isbn9514252144

  25. Sapozhnikov D, Luria M, Mahler Y, Gotsman M (1992) Computer processing of artifact and arrhythmias in heart rate variability analysis. Comput Methods Programs Biomed 39:75–84

    Article  Google Scholar 

  26. Sammito S, Böckelmann I (2014) Einfluss von Extrasystolen auf die Herzfrequenzvariabilitätsmessungen im Rahmen von 24h-Messungen. In: Hottenrott K, Gronwald T, Schmidt H (Hrsg) Herzfrequenzvariabilität: Grundlagen – Methoden – Anwendungen. Schriften der Deutschen Vereinigung für Sportwissenschaften, Bd 233. Feldhaus, Ed. Czwalina, Hamburg, S 82–86

  27. Billman GE (2011) Heart rate variability – a historical perspective. Front Physiol 2:86

    Article  PubMed Central  PubMed  Google Scholar 

  28. Pumprla J, Howorka K, Groves D et al (2002) Functional assessment of heart rate variability: physiological basis and practical applications. Int J Cardiol 84:1–14

    Article  PubMed  Google Scholar 

  29. Schroeder EB, Whitsel EA, Evans GW et al (2004) Repeatability of heart rate variability measures. J Electrocardiol 37:163–172

    Article  PubMed  Google Scholar 

  30. Horn A (2003) Diagnostik der Herzfrequenzvariabilität in der Sportmedizin. Dissertation, Lehrstuhl für Sportmedizin, Ruhr-Universität Bochum

  31. Haas J, Liebrich A, Himmrich E, Treese N (2000) Kurzzeitmessung der Herzfrequenzvariabilität bei Postinfarktpatienten. Herzschr Elektrophys 11:102–109

    Article  Google Scholar 

  32. Klingenheben T, Zabel M, Hohnloser SH (1998) Kurzzeitanalyse der Herzfrequenzvariabilität im Zeitbereich zur Prognosebeurteilung nach Myokardinfarkt: methodologisch sinnvolle Alternative zum Langzeit-EKG? Z Kardiol 87:128–133

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  33. Esperer HC, Hollenbach P, Esperer HD (2006) Kann die 24-h-HRV im Zeitbereich aus Kurzzeit-EKG-Aufzeichnungen zuverlässig abgeschätzt werden? In: Hottenrott K (Hrsg) Herzfrequenzvariabilität: Methoden und Anwendungen in Sport und Medizin. Schriften der Deutschen Vereinigung für Sportwissenschaften, Bd 162. Feldhaus, Ed. Czwalina, Hamburg, S 132–142

  34. Thuraisingham RA (2006) Preprocessing RR interval time series for heart rate variability analysis and estimates of standard deviation of RR intervals. Comput Methods Programs Biomed 83:78–82

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  35. Aubert AE, Seps B, Beckers F (2003) Heart rate variability in athletes. Sports Med 33:889–919

    Article  PubMed  Google Scholar 

  36. Burr RL, Cowan MJ (1995) Autoregressive spectral models of heart rate variability. Practical issues. J Electrocardiol 25(Suppl):224–233

    Article  Google Scholar 

  37. Rüdiger H, Klinghammer L, Scheuch K (1999) Trigonometric regressive spectral analysis – a method for mapping of beat-to-beat recorded cardiovascular parameters on to frequency domain in comparison with Fourier transformation. Comput Methods Programs Biomed 58:1–15

    Article  PubMed  Google Scholar 

  38. Karas M, Lacourcière Y, LeBlanc AR et al (2005) Effect of the renin-angiotensin system or calcium channel blockade on the circadian variation of heart rate variability, blood pressure and circulating catecholamines in hypertensive patients. J Hypertens 23:1251–1260

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  39. Billman GE (2013) The LF/HF ratio does not accurately measure cardiac sympatho-vagal balance. Front Physiol 4:26

    PubMed Central  PubMed  Google Scholar 

  40. Bigger JT Jr, Fleiss JL, Steinman RC et al (1992) Correlations among time and frequency domain measures of heart period variability two weeks after acute myocardial infarction. Am J Cardiol 69:891–898

    Article  PubMed  Google Scholar 

  41. Seely AJ, Macklem PT (2004) Complex systems and the technology of variability analysis. Crit Care 8:R367–R384

    Article  PubMed Central  PubMed  Google Scholar 

  42. Tarvainen MP, Ranta-Aho PO, Karjalainen PA (2002) An advanced detrending method with application to HRV analysis. IEEE Trans Biomed Eng 49:172–175

    Article  PubMed  Google Scholar 

  43. Brüggemann T, Weiss D, Andresen D (1995) Spektralanalyse zur Beurteilung der Herzfrequenzvariabilität. Herzschr Elektrophysiol 5:19–24

    Google Scholar 

  44. Bartoli F, Baselli G, Cerutti S (1985) AR identification and spectral estimate applied to the RR interval measurements. Int J Biomed Comput 16:201–215

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  45. Stein PK, Domitrovich PP, Huikuri HV, Kleiger RE (2005) Traditional and nonlinear heart rate variability are each independently associated with mortality after myocardial infarction. J Cardiovasc Electrophysiol 16:13–20

    Article  PubMed  Google Scholar 

  46. Esperer HD (2001) Neue Methode zur Detektion und Differenzierung von kardialen Arrhythmien. Habilitationsschrift, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Medizinische Fakultät

  47. Esperer HD (2006) Nichtlineare HRV-Analyse im Sport: Grundlagen, Anwendungen und Limitationen. In: Hottenrott K (Hrsg) Herzfrequenzvariabilität: Methoden und Anwendungen in Sport und Medizin. Schriften der Deutschen Vereinigung für Sportwissenschaften, Bd 162. Feldhaus, Ed. Czwalina, Hamburg, S 64–97

  48. Boardman A, Schlindwein FS, Rocha AP, Leite A (2002) A study on the optimum order of autoregressive models for heart rate variability. Physiol Meas 23:325–336

    Article  PubMed  Google Scholar 

  49. Mäkikallio TH, Perkiömäki JS, Huikuri H (2004) Nonlinear dynamics of RR intervals. In: Malik M, Camm AJ, (eds) Dynamic electrocardiography. Blackwell, Oxford, S 23–30

  50. Mäkikallio TH, Tapanainen JM, Tulppo MP, Huikuri HV (2002) Clinical applicability of heart rate variability analysis by methods based on nonlinear dynamics. Card Electrophysiol Rev 6:250–255

    Article  PubMed  Google Scholar 

  51. Voss A, Schulz S, Schroeder R et al (2009) Methods derived from nonlinear dynamics for analysing heart rate variability. Philos Transact A Math Phys Eng Sci 367:277–296

    Article  Google Scholar 

  52. Brennan M, Palaniswami M, Kamen P (2001) Do existing measures of Poincaré plot geometry reflect nonlinear features of heart rate variability? IEEE Trans Biomed Eng 48:1342–1347

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  53. Hoshi RA, Pastre CM, Vanderlei LC, Godoy MF (2013) Poincaré plot indexes of heart rate variability: relationships with other nonlinear variables. Auton Neurosci 177:271–274

    Article  PubMed  Google Scholar 

  54. Esperer HD, Esperer HC, Schädlich B, Hottenrott K (2006) Determinanten der Poincaré Plot-Muster von sehr kurzen EKG-Aufzeichnungen. In: Hottenrott K (Hrsg) Herzfrequenzvariabilität: Methoden und Anwendungen in Sport und Medizin, Bd 162. Feldhaus, Ed. Czwalina, Hamburg, S 143–154

  55. Schreiber T, Kantz H (1995) Noise in chaotic data: diagnosis and treatment. Chaos 5:133–142

    Article  PubMed  Google Scholar 

  56. O’Brien JA, O’Hare P, Corrall RJ (1986) Heart rate variability in healthy subjects: effect of age and the derivation of normal ranges for tests of autonomic function. Br Heart J 55:248–354

    Google Scholar 

  57. Ziegler D, Laux G, Dannehl K et al (1992) Assessment of cardiovascular autonomic function: age-related normal ranges and reproducibility of spectral analysis, vector analysis, and standard tests of heart rate variation and blood pressure responses. Diabet Med 9:166–175

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

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Interessenkonflikt. S. Sammito und I. Böckelmann geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Dieser Beitrag beinhaltet keine Studien an Menschen oder Tieren.

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Authors and Affiliations

  1. Bereich Arbeitsmedizin der Medizinischen Fakultät, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Leipziger Str. 44, 39190, Magdeburg, Deutschland

    S. Sammito & I. Böckelmann

  2. Sachgebiet Wehrmedizinische Forschung , Kommando des Sanitätsdienstes der Bundeswehr, Koblenz, Deutschland

    S. Sammito

Authors
  1. S. Sammito
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  2. I. Böckelmann
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Sammito, S., Böckelmann, I. Analyse der Herzfrequenzvariabilität. Herz 40 (Suppl 1), 76–84 (2015). https://doi.org/10.1007/s00059-014-4145-7

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