In Teil 1 wurde beschrieben, dass der einzige physiologische Messwert der zeitliche Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Herzschlägen darstellt. Dieser sogenannte RR-Abstand bildet die Grundlage für weitere berechnete oder abgeleitete Werte. Zu diesen Werten zählen im Wesentlichen der Puls als mittlere Herzfrequenz (heart rate; HR) sowie die Herzfrequenzvariabilität (heart rate variability; HRV).

Bei der HRV gibt es viele unterschiedliche Kennzahlen ^{1 2}. Die am häufigsten verwendeten sind rMSSD und SDNN, die einen direkten Einblick in die Aktivierung des parasymphatischen Nervensystems bieten ³. Wie diese Werte und Kennzahlen interpretiert werden können folgt in Teil 3.

In diesem Teil werden die relevanten Überlegungen für Herzfrequenz- und Pulsmessungen im Kontext von Tageszeiten und Belastungen dargestellt. Geeignete Sensoren werden empfohlen, um möglichst aussagekräftige Werte und Kennzahlen zu erhalten. Messungen der Herzfrequenz können nicht über alle Aspekte von Wohlbefinden, Erholung und Belastbarkeit informieren, daher werden ergänzende Werkzeuge aufgeführt, um eine ganzheitlichen Einblick zu ermöglichen.

Zeitpunkte für die Messung

Um die Reaktion auf eine Trainingsbelastung und die Erholung zu bewerten kann die Herzfrequenz- oder Pulsmessung zu diesen Zeiten gemessen werden:

• in Ruhe
• während der Aktivität
• nach der Aktivität.

1 Messungen in Ruhe

Während der Ruhe gemessen, sind Puls und HRV geeignete Werte um kurz- und langfristige Veränderungen durch Training, Krankheit oder andere Belastungen zu beurteilen ^{4 5 6}.

Die Herzfrequenz- oder Pulsmessung in Ruhe erfolgt entspannt im Sitzen oder Liegen, wobei die letzte Belastung mindestens 10 Minuten zurückliegen sollte. Um den Vergleich von aufeinanderfolgen Messungen zu ermöglichen sollten die Umgebungsbedingungen standardisiert sein. Beispielsweise immer am Morgen nach dem Aufwachen.

1.1 Ruhepuls

Der Ruhepuls (RHR) wird durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst, darunter die Aktivität des autonomen Nervensystems, die Körperposition, die Größe und Kraft des Herzmuskels sowie der Flüssigkeitshaushalt ^{7 8 9}.

Der Puls ist, unabhängig von Zeitpunkt und Kontext der Messung ein Mittelwert über eine bestimmte Zeitspanne. Es kommt nicht auf den zeitlichen Abstand aufeinanderfolgender Herzschläge an («RR-Abstand»), sondern nur auf die Anzahl in dieser Zeitspanne. Optische Sensoren für die Messung an Handgelenk, Oberarm etc sind hier ausreichend. Wird der Puls z.B. im Rahmen von Atemtraining für das Biofeedback genutzt ist zu beachten, das für die Mittelwertbildung Zeit benötigt wird und der angezeigte Puls dem tatsächlichen immer hinterher eilt; Läufer kennen dieses Nacheilen aus der Erfahrung.

1.2 HRV während der Nachtruhe

Ähnlich wie der Puls ist auch die Herzfrequenzvariabilität (HRV) abhängig von neben der Vererbung (Genetik) von vielen Faktoren, wie z.B. Aktivität des autonomen Nervensystems, die Körperposition und Flüssigkeitshaushalt. Daneben werden Schwankungen in den Abständen zweier benachbarter Herzschläge stark durch Schlafqualität, Schlafphase ^{10 11} oder auch durch am Tag vorangegangene Aktivität beeinflusst ^{12 13 14}.

Die derzeit beste Lösung zur Reduzierung von Störungen auf Herzfrequenz- oder Pulsmessungen, ist die Messung über 5-10 Minuten morgens nach dem Aufwachen ^{15 16}. Für die Berechnung der verschiedenen Kennzahlen für die Herzfrequenzvariabilität (HRV), z.B. rMSSD oder SDNN, ist der genaue Abstand benachbarter Herzschläge (RR-Abstand) erforderlich.

Die Messung der RR-Abstände kann bequem und ohne störende Brustgurte oder Elektroden mit optischen Sensoren am Handgelenk oder Arm erfolgen. Die von Wearables verwendeten Sensoren verwenden die Photoplethysmographie (PPG) zur Erkennung von Veränderungen im Blutvolumenstrom. Im Vergleich zum Elektrokardiogramm (EKG) im klinischen Umfeld oder einem Brustgurt, wie dem Polar H9 oder H10, bedeutet Bequemlichkeit allerdings einen gleichzeitigen Verlust an Genauigkeit ¹⁷.

Der wirkliche Nutzen von Messungen Übernacht für die Beurteilung von Anpassungsreaktionen auf Belastungen ist begrenzt ^{18 19 20}. Ihre Aussage ist retrospektiv ausgerichtet und lässt keine begründete perspektivische Aussage auf die Trainingsbereitschaft zu. Nächtliche HRV-Messungen beinhalten keine Veränderung der Belastung durch den Übergang vom Liegen zum Sitzen oder Stehen. Dieser Lagewechsel führt zu einer Unterdrückung der parasympathische Aktivität und zu einer Erhöhung der Herzfrequenz. Die darauf folgende Aktivierung des sympathischen Nervensystems stabilisiert den Blutdruck. Dieser Lagewechsel mit orthostatische Belastung ist deutlich besser für die Beurteilung von Trainingsanpassung und Müdigkeit ^{21 22 23}.

1.3 Morgendliche HRV und orthostatischer Test

Die morgendliche Herzfrequenzvariabilität (HRV) bietet einen zusätzlichen Einblick in Funktion des autonomen Nervensystems (ANS), wenn sie nach einem Lagewechseltest oder orthostatischen Test gemessen wird.

Bei erholten und gesunden Personen wird die Aktivität des parasymphatischen Astes des autonomen Nervensystems allmählich wiederhergestellt, wobei die Zeitdauer und das Ausmaß dieser Reaktion können je nach Müdigkeit, Trainingsstatus und allgemeinem autonomem Gleichgewicht variieren ^{24 25 26 27}. Sowohl in Training als auch in Therapie, ist es genau diese Wiederherstellung, worin wir Einblick haben wollen.

Der orthostatische Test beinhaltet die Messung der HRV sowohl im Liegen als auch im Sitzen oder Stehen, um die Reaktion des autonomen Nervensystems zu überwachen. Im Laborumfeld wird der orthostatische Test mit einem Kipptisch durchgeführt, der die Haltungsänderung standardisiert, jedoch ist dies für den täglichen Gebrauch nicht praktisch. In der täglichen Praxis wird dieser Nachteil durch den folgenden Ablauf überwunden:

• Die liegende Messung wird für 1-5 Minuten im liegen durchgeführt. Ist ein Gang zur Toilette notwendig, diesen zuerst durchführen und sich wieder hinlegen. Vor der Messung einige Minuten ruhen.
• Den Lagewechsel durchführen. Aufrecht hinsetzen oder hinstellen und wieder 1-5 Minuten Messung durchführen.

Die Dauer der Messung im Liegen und in aufrecht sitzender oder stehender Position richtig sich nach dem Anwendungsbereich. Im klinischen Bereich 5 Minuten, für andere Bereiche mindestens 1 Minute.

Um die Reaktion des autonomen Nervensystems auf die Belastung nach dem Aufrichten oder Aufstehen zu beurteilen ist ein genaue Messung der RR-Abstände notwendig. Brustgurte von Polar (H9, H10 ^{28 29 30} ), Garmin (HRM-Pro ³¹) oder Suunto (Smart ³²), und in Smartwatches integrierte EKG-Sensoren (z.B. COROS Pace Pro) bieten diese Präzision ³³.

2 Während einer Belastung

Während der Ausführung einer Aktivität sind Messwerte am einfachsten zu sammeln, denn meistens reichen Durchschnittswerte der Herzfrequenz während der belastenden Aktivität oder Übung (exercise heart rate; HRex). Eine noch relativ neues Verfahren ist die Anwendung der Herzfrequenzvariabilität (HRV) während der Belastung und soll hier nur erwähnt werden.

2.1 Puls während einer Belastung

Der Puls während der Belastung ist ein guter Wert den aktuellen Stand der Fitness einer Person zu beurteilen und – bei gleicher Belastungsintensität – mit vorangegangenen Messungen zu vergleichen. Im Grundsatz gilt, «Je niedrigerer die Puls bei einer bestimmten Belastungsintensität, je fitter die Person.»³⁴ Kardiorespiratorische Fitness (CRF) bezieht sich dabei auf die Beurteilung der Energiebereitstellung durch das Herz-Kreislauf-System und die Lunge. Einem Bereich dem auf gesellschaftlicher Ebene besondere Bedeutung zukommt. Eingeschränkte kardiorespiratorische Fitness (CRF) ist ein wesentlicher Risikofaktor für die Entwicklung Herz-Kreislauf-Erkrankungen; einer der häufigsten Todesursachen in den Industrie- und Wohlstandsnationen weltweit. In der Schweiz gehen jährlich über 20‘000 Todesfälle auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen zurück, was rund ein Drittel der landesweiten Todesfälle ausmacht. Sie verursachen zudem hohe Gesundheitskosten und Produktionsverlusten infolge krankheitsbedingter Arbeitsunfähigkeit. ^{35 36 37}

Ohne Teil 3 vorzugreifen, sollte ein erhöhte Herzfrequenz bei gleicher Belastungsintensität nicht kurzschlüssig als klarer Hinweis für Müdigkeit, Erschöpfung oder gesundheitliche Störungen interpretiert werden. ³⁸

2.2 Maximale und relative Herzfrequenz

Die maximale Herzfrequenz (maximal heart rate; HRmax) ist weniger ein Messwert als eine Möglichkeit Belastungsintensitäten für eine Übung oder Tätigkeit zu planen und «zu verschreiben». Für die Belastungssteuerung in Training und Therapie ist die relative Herzfrequenz (relative heart rate; RHR) als Angabe in Prozent von der HRmax (% heart rate maximum; %HRmax) daher ein nützlicher Wert, um zielgerichtete Entwicklung und Ausdauerfähigkeit der Energiesysteme sicherzustellen.^{39 40}

Die HRmax ist die Anzahl der Herzschläge pro Minute bei maximaler körperlicher Belastungsintensität. Neben dem Lebensalter und Geschlecht ist die maximale Herzfrequenz von Fitness (Trainingszustand des Herz-Kreislauf-Systems) und genetischen Faktoren abhängig. Sie im Rahmen eines Belastungs-EKG ermittelt oder es wird häufig auf Faustregeln zurückgegriffen. Die prominenteste ist sicherlich die Formel 220-Lebensalter. Ist man sich ihrer eingeschränkten Gültigkeit bewusst, ist sie immerhin pragmatische Lösung. Im klinischen Bereich und im Leistungssport ist der Test an der maximalen Leistungsfähigkeit zu bevorzugen. ^{41 42}

3 Pulserhohlung nach einer Belastung

Die Pulserhohlung nach einer Belastung (post-exercise HR recovery; HRR) beschreibt schnell der Puls nach Beendigung einer Belastung auf ein «langsameres» Niveau zurückkehrt. Die HRR ist ein nützlicher Baustein für die Beurteilung der aktuellen Belastbarkeit einer Person.^{43 44}

Diese Anpassung an eine geringere Belastungsintensität gewährt Einblicke in die Pulsregulation durch parasympathische Reaktivierung und Unterdrückung des Sympathikus. Die Zeit, die für diese Regulation und die Pulserholung benötigt wird variiert je nach Art und Intensität der Übung sowie der kardiorespiratorischen Fitness (CRF) der Person.^{45 46 47}

Die üblichen Zeitspannen zur Messung der Pulserholung sind 30s, 60s und 120s. Wobei die Messung 60s nach Beendigung der Belastung statistisch den grössten Zusammenhang mit Veränderungen der Fitness zeigt. ⁴⁸ Bei der Dokumentation bietet es sich daher die Verwendung von Indizes an, z.B. HRR60s und HRR120s, um die Vergleichbarkeit sicherzustellen.

Ein langsamere Pulserholung kann auf Müdigkeit, Übertraining oder auf zu hohe akute Belastung hindeuten, während eine schnellere Erholung auf gesteigerte Fitness und Belastbarkeit hinweisen kann. ^{49 50} In der Praxis müssen Coach und Therapeut auf möglichst standardisierte Bedingungen, d.h. Belastungsart und -intensität achten, um aussagekräftige Werte zu erhalten.

Im therapeutischen Umfeld und in der Screening-Diagnostik bieten Kurztests wie Fahrradergometrie, Stepp-Test oder Kniebeugetest eine gute Möglichkeit für die standardisierte Bestimmung der HRR.

Im Trainingsumfeld bieten sich wiederkehrende Trainingsformen wie z.B. kleine Spiele im Fussball (Small Sided Games; SSG) oder Intervalltraining an. Diese sind von der Ausrichtung auf die aerobe und anaeroben Energiesysteme, wegen der Planbarkeit der Intensität (siehe auch HRmax) und Dauer sowie Pausenlänge ähnlich gut wie standardisierte Tests.

4 Ergänzende Werkzeuge

Einige der einfachsten und kostengünstigsten Methoden der Belastungssteuerung sind können in Kombination mit herzfrequenzbasierenden Werten und Wearables eingesetzt werden. Dazu gehören das Anstrengungsempfinden (rate of perceived exhaustion; RPE), Tagebücher und Fragebögen.

4.1 Anstrengungsempfinden (RPE)

Eine weitere Möglichkeit die Belastungsintensität von Trainings- und Therapiemassnahmen zu bewerten und sie zu steuern, ist das individuelle Anstrengungsempfinden (rate of perceived exhaustion; RPE) ^{51 52}. Zur Quantifizierung werden Skalen verwendet, wobei ein qualitativ beschriebenes bestimmten Anstrengungsempfinden einer Zahl zugeordnet wird. Weiterverbreitet sind die RPE-Skala und CR10-Skala von Borg ^{53 54} und Fosters 0-10 RPE-Skala ⁵⁵.

Coach und Therapeut können durch das Abfragen der RPE nach einer Massnahme abfragen und so die von ihnen beabsichtigte Belastung mit der empfundenen Anstrengung vergleichen. Für die Entwicklung der Energiesysteme und das Ausdauertraining können RPE und damit zusammenhängende relative Herzfrequenzen miteinander verglichen werden und für die Belastungssteuerung genutzt werden ⁵⁶.

Coaches und Therapeuten sollten bei der Anwendung der Skalen bedenken, dass

• Trainierte Personen im Leistungssport und Gesundheitssport möglicherweise angepasste Antworten gegen, weil sie sich sozial vergleichen und entweder eine niedrigere oder höhere Einschätzung äussern,
• Untrainierte verfügen über ein geringeres interozeptives Bewusstsein bzw. weniger gutes Körpergefühl. Sie müssen sich in ihrem Alltag auf falsches Feedback verlassen und erfahren so eine Illusion von stärkerer Anstrengung, und in Folge dessen schnellerer Ermüdung. Selbst Wiedereinsteiger in erleben oft ein zu hohes Anstrengungsempfinden, ^{57 58 59}
• während und nach Krankheiten – wie z.B. nach einer SARS-Cov2 Infektion – gelingt nur eingeschränkt eine korrekte Einschätzung. Sie schätzen die Belastung größer ein und beenden ein Training oder Alltagsbelastungen vorzeitig.^{60 61 62}

4.2 Tagebuch und Fragebögen

Tagebücher und Fragebogen zu Erholung und Belastung sind robuste und valide Werkzeuge zur Belastungssteuerung. Wie das Anstrengungsempfinden (RPE) ist auch hier zu beachten, dass die Antworten subjektiv sind und die Interpretation durch Coaches und Therapeuten damit beeinflussen.⁶³⁶⁴

Sie sind hilfreiche und unverzichtbare Hilfsmittel für Individualisierung und Optimierung der Interpretation physiologischer Messwerte und deren Ableitungen in Teil 3.

5. Downloads

Referenzen (.pdf)

1. Malik et al. (1996), S. 355f. ↩
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