Discussion

Results of Literature Retrieval for Normal Values of Short-term HRV

Von über 3.100 Zitaten berichteten nur 44 über Kurzzeitmessungen der HRV bei gesunden erwachsenen Teilnehmern (n ≥ 30) und entsprachen den methodischen Standards/Empfehlungen der Task Force. Die Anzahl der Studien wurde durch die folgenden Faktoren begrenzt:

  • Viele Studien zur HRV bewerteten eine längerfristige 24-Stunden-Überwachung;

  • Studien waren auf die Verwendung kleiner Stichprobengrößen ausgerichtet;

  • Studien umfassen häufig klinische Populationen ohne Einbeziehung einer gesunden Kohorte und/oder Bezugnahme auf gesunde Werte;

  • Die Einhaltung der methodischen Empfehlungen der Task Force war schlecht.

Einige der Faktoren, die zu den oben genannten Ergebnissen führten, lassen sich leichter erklären als andere. Eine Bevorzugung von 24-Stunden-Messungen gegenüber Kurzzeitmessungen könnte in deren größerer prognostischer Aussagekraft liegen oder in den zusätzlichen Informationen, wie z. B. dem Tag-Nacht-Verhältnis, die nur aus der 24-Stunden-Überwachung ermittelt werden können. Eine plausiblere Erklärung liegt in der Tatsache, dass viele Studien zur HRV retrospektiv angelegt sind und Daten aus der 24-Stunden-Holter-Überwachung berichten, die im Rahmen der Standard-Herzuntersuchung durchgeführt wurde.

Die Tatsache, dass Studien nur eine kleine Stichprobengröße verwenden, kann durch die Art der Studie, begrenzte Ressourcen und/oder die Berechnung der statistischen Aussagekraft erklärt werden. Andere Faktoren, wie das Versäumnis, die tatsächlichen Werte für Messungen der HRV anzugeben, traten auf, wenn die Studien an Veränderungswerten interessiert waren oder es vorzogen, die Ergebnisse grafisch darzustellen.

Das Versäumnis, in 54 % der Studien das mittlere RR-Intervall anzugeben, gibt Anlass zur Sorge. Aufgrund des reziproken Charakters von HR und mittlerem RR-Intervall entscheiden sich Studien, die Messwerte zur HRV angeben, häufig dafür, nur die mittlere HR oder in einigen Fällen keine der beiden Werte anzugeben. Dieser Fehler ist vergleichbar mit der Beurteilung des Federungsverhaltens eines Autos, ohne die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu berücksichtigen. Solche Fehler spiegeln auch ein mangelndes Verständnis der Grundlagen von HRV-Daten und ihrer Analyse seitens der Autoren und Herausgeber wider.

Sechsunddreißig Prozent der eingeschlossenen Studien berichteten über TP und VLF, die aufgrund ihrer mehrdeutigen physiologischen Bedeutung unter solchen Bedingungen nicht aus kurzen RR-Aufzeichnungen empfohlen werden. Die Verwendung von Einheiten, die von den Standardeinheiten abweichen (z. B. Schläge pro Minute/√Hz), schränkte die Zahl der in Frage kommenden Studien weiter ein. Wenn solche Studien veröffentlicht werden, spiegeln sie eine Schwäche bei der Einhaltung der Empfehlungen der Task Force wider. Dies zeigt auch einen Mangel an Kohärenz zwischen Autoren und Herausgebern in Bezug darauf, wie und was bei der Darstellung von Kurzzeitmessungen der HRV dargestellt werden soll.

Vergleiche zwischen der Literatur und den Werten der Task Force

Die Task Force gibt keine Normwerte für Kurzzeitmessungen der HRV im Zeitbereich an, so dass Vergleiche nur zwischen spektralen Messungen möglich sind. Die Zahlen der Task Force lauten wie folgt: 1.170 ms2 für die NF-Leistung, 975 ms2 für die HF-Leistung, 54 und 29 für die normalisierte NF und HF und 1,5-2,0 für das Verhältnis NF:HF. Der NF-Wert der Task Force liegt mehr als 1,5 SD über dem mittleren Literaturwert (519 ms2). Der Task-Force-HF-Wert ist ebenfalls höher als der in der Literatur angegebene Wert (657 ms2). Die von der Task Force und der Literatur normierten Werte für die NF- und HF-Leistung sind homogener, aber der Task Force-Wert für NF:HF (1,5-2,0) ist erheblich niedriger als der aus der Literatur gewonnene Wert (2,8).

Die Gründe für diese Diskrepanzen könnten auf eine Reihe von Faktoren zurückzuführen sein, einschließlich der unterschiedlichen Eigenschaften der Teilnehmer und der unterschiedlichen Methoden der Spektralzerlegung. Die Studien, aus denen die Normen stammen, wurden von den Autoren der Task Force nicht genannt, so dass ein Vergleich in Bezug auf die Teilnehmer nicht möglich ist. Der Bericht der Task Force enthält Einzelheiten zu den Frequenzbandbreiten, die für die Bestimmung der NF- und HF-Leistungsverteilungen verwendet wurden. Oszillationen in RR-Intervallen, die in der NF auftreten, wurden zwischen 0,04 und 0,15 Hz und in der HF zwischen 0,15 und 0,4 Hz bewertet. Siebenundvierzig Prozent der hier vorgestellten Studien geben Werte für die NF- und HF-Leistung an, die mit Frequenzbandbreiten ermittelt wurden, die von den von der Task Force empfohlenen abweichen. Einige betrachteten Oszillationen der Herzperioden bei Frequenzen von null bis 0,003 als Teil der NF-Komponente. Andere verwendeten viel niedrigere Grenzwerte (0,3 Hz) für die HF-Komponente. Diskrepanzen in den NF- und HF-Frequenzbändern könnten zur Einbeziehung und/oder zum Ausschluss von Oszillationen unterschiedlichen physiologischen Ursprungs führen und hätten sicherlich unterschiedliche Werte für NF, HF und/oder beide zur Folge. Es ist daher sowohl interessant als auch aufschlussreich, dass diese Studien einige der größten Diskrepanzen für spektrale Messungen der HRV melden.

Aus Tabelle SI ist ersichtlich, dass die folgenden bevölkerungsbasierten Studien Werte für kurzfristige HRV-Messungen aus großen Stichproben (~1.000) melden: Rennie et al., Kuo et al. Dekker et al., Liao et al., Hemingway et al., Britton et al. Bei näherer Betrachtung basieren einige dieser Studien auf laufenden Längs- und/oder Querschnittsuntersuchungen derselben Teilnehmerpopulationen. Diese Studien weisen zwar unterschiedlich große Stichproben auf und untersuchten unterschiedliche Hypothesen, aber es besteht die Möglichkeit, dass sich die jeweiligen Stichproben erheblich überschneiden. Dies könnte die Ähnlichkeit der Werte zwischen Dekker et al. und Liao et al. sowie zwischen Rennie et al., Hemingway et al. und Britton et al. erklären (Tabelle SII). Aus diesen Gründen könnte man argumentieren, dass seit dem Bericht der Task Force von 1996 nur drei große Populationen untersucht wurden. Außerdem lag das niedrigste Teilnehmeralter in diesen drei Populationen bei 40 Jahren. Dies bedeutet, dass es derzeit keine veröffentlichten Daten für Kurzzeit-HRV-Messungen gibt, die in einer großen Population mit Erwachsenen unter 40 Jahren durchgeführt wurden. Die negative Beziehung zwischen HRV und Alter könnte auch die relativ niedrigen Werte für HRV-Messungen erklären, die in diesen Studien beobachtet wurden. Der Einfluss dieser großen Stichproben auf die hier vorgestellten mittleren Publikationswerte ist ebenfalls bemerkenswert.

Studien, die über diskrepante absolute HRV-Werte berichten

Eine nähere Betrachtung der Merkmale der oben genannten Studien ergab eine Reihe von Gemeinsamkeiten und Unterschieden in Bezug auf Studienteilnehmer, RR-Intervall-Datenaufzeichnung, Artefaktidentifizierung sowie Interpolations- und Spektralzerlegungsprotokolle. Da diese Faktoren je nach Messung unterschiedliche Auswirkungen haben können, werden sie für Messungen im Zeit- bzw. Frequenzbereich getrennt diskutiert.

Messungen im Zeitbereich

Die von Melanson berichteten hohen RR-Werte und die hohen SDNN-Werte, die sowohl von Melanson als auch von Sandercock et al. berichtet wurden, lassen sich möglicherweise durch die Verwendung von jungen und mäßig bis gut trainierten Teilnehmern erklären. Es besteht ein bekannter Zusammenhang zwischen Alter und HRV, wobei die HR mit zunehmendem Alter abnimmt und jüngere Personen höhere Werte aufweisen. Die SDNN ist auch eine Funktion der Aufzeichnungslänge, wobei längere analysierte Aufzeichnungen größere Werte ergeben. Aus diesem Grund empfiehlt die Task Force eine standardisierte Dauer von 5 Minuten für die Kurzzeit-SDNN (und andere Messwerte der HRV). Diese Faktoren erklären höchstwahrscheinlich die größeren Werte, die von Evrengul und Kollegen beobachtet wurden, die die SDNN von RR-Intervalldaten bestimmten, die über einen Zeitraum von 1 Stunde aufgezeichnet wurden. Eine Begründung für eine solche Aufzeichnungsdauer wurde von den Autoren nicht gegeben.

Der parasympathische Nervenverkehr entfaltet seine Wirkung viel schneller (<1 Sekunde) als der sympathische Ausfluss (>5 Sekunden); daher werden Schlag-zu-Schlag-Änderungen in den RR-Intervallen (rMSSD) als ein Spiegelbild des vagalen Ausflusses betrachtet. Messungen des rMSSD sind unter Bedingungen eines verstärkten vagalen Ausflusses sehr variabel. Eine solche Bedingung ist die beschleunigte Atmung, insbesondere in Rückenlage. Darüber hinaus wird die Bradykardie, die bei höher trainierten Personen beobachtet wird, häufig von verstärkten Markern der vagalen Modulation des Herzens begleitet, obwohl diese Beziehung nicht immer beobachtet wird. Die von Melanson und Sandercock et al. berichteten abweichenden Werte für rMSSD resultieren wahrscheinlich aus dem kombinierten Effekt von jungen, trainierten Personen mit höherem vagalen Grundtonus und der Verwendung von Protokollen für die Rückenlage und die Schrittatmung.

Messungen im Frequenzbereich

Eine Reihe von Studien an Mensch und Tier haben Befunde sowohl sympathischer als auch parasympathischer Herkunft für NF-Oszillationen und spektrale Leistung gezeigt. Eine erhöhte und verringerte NF-Leistung unter parasympathischer Blockade hat Auswirkungen auf Studien, bei denen vagale Bedingungen verstärkt sind, wie z.B. unter Bedingungen der Schrittatmung. Die von Melanson beobachteten höheren Werte könnten die Folge einer vagal vermittelten Steigerung der NF-Leistung sein, die sich aus dem Zustand der beschleunigten Atmung ergibt.

Bei gesunden normotensiven Kontrollen wurde von Piccirillo et al. ein Wert von 82 ms2 angegeben. Die Einbeziehung dieser Werte in die vorliegende Studie könnte den niedrigeren Gesamtmittelwert für die HF-Leistung erklären. Eine wichtige Beobachtung ist, dass diese Werte beträchtlich niedriger sind als der Task Force-Normwert für HF und der hier vorgestellte mittlere Studienwert. Wie in der gesamten Literatur üblich, werden Überlegungen zur „Normalität“ der so genannten „gesunden“ Werte ignoriert.

Spektralmaße sind sehr empfindlich gegenüber technischen Fehlern innerhalb der RR-Daten, wie Artefakte, fehlende Daten, schlechte Vorverarbeitung und Nicht-Stationarität. Evrengul et al. machten keine Angaben zu Fehlererkennungsmethoden für 1-stündige Holter-RR-Intervalldaten, und es wurden keine Angaben zur Anzahl der beobachteten und/oder entfernten Fehler gemacht. Die Tatsache, dass Mehlsen et al. nicht über die Durchführung von Verfahren zur Fehlererkennung, -beseitigung und/oder -korrektur berichten, deutet darauf hin, dass sie die Bedeutung korrekter RR-Intervalldaten für die Analyse ihrer Variation nicht verstanden haben. Die RR-Intervalle wurden auch als „innerhalb des normalen Bereichs“ betrachtet, doch die Autoren geben keinen Hinweis auf diesen so genannten „normalen“ Bereich.

Die Empfehlungen der Task Force betonen die Notwendigkeit einer manuellen Bearbeitung der RR-Intervalldaten. Der Nachweis eines starken prognostischen Werts für vollautomatische Messungen der HRV und ihre genaue und zuverlässige Bestimmung im Vergleich zu herkömmlichen Methoden legt nahe, dass die Empfehlungen der Task Force möglicherweise veraltet sind. Zumindest müssen sie aktualisiert werden, um der Rechenleistung aktueller automatischer RR-Aufzeichnungs- und HRV-Analysegeräte Rechnung zu tragen.

Studien, die über diskrepante log-transformierte HRV-Werte berichten

Von den Studien, die über log-transformierte HRV-Messungen berichten, zeigte nur eine Studie diskrepante Werte für HRV-Messungen. In der Studie von Ho et al. wurden Daten für spektrale Messungen der HRV in einer gesunden Kontrollgruppe erhoben, die hinsichtlich Alter und Geschlecht mit einer Gruppe von Patienten mit Herzinsuffizienz übereinstimmte. Die Teilnehmer der Kontrollgruppe waren zu 44 % weiblich, hatten ein Durchschnittsalter von 72 Jahren und eine Ruhe-HR von 76 Schlägen/min. Es ist bekannt, dass die HRV mit zunehmendem Alter abnimmt, was sich insbesondere auf die vagalen Modulationen der Herzfrequenz bei Frauen auswirkt. Die an anderer Stelle vorgestellten Daten zeigen eine negative Korrelation zwischen der HR und den spektralen Messungen der HRV. Diese beiden Faktoren allein können die von Ho et al. beobachteten niedrigen Werte für die NF (2,05 ln ms2) und insbesondere für die HF-Leistung (0,08 ln ms2) erklären. Wie bei den meisten Studien, die eine Kontroll-„Referenz“-Gruppe verwenden, werden die in der Kontrollgruppe präsentierten Werte von den Autoren nicht auf ihre Normalität/Abnormalität hin hinterfragt.

Zusammenfassung der Hauptfaktoren, die diskrepante Werte in der Kurzzeit-HRV von gesunden Personen untermauern

Die für die Studien, die über diskrepante Werte berichten, durchgeführte Messung-zu-Messung-Analyse ergab eine Reihe von zugrunde liegenden Faktoren, darunter:

  1. Mäßige bis hohe gewohnheitsmäßige körperliche Aktivität der Teilnehmer;

  2. Die Verwendung von Atmungsprotokollen im Schritttempo, insbesondere bei Teilnehmern mit mäßiger bis hoher körperlicher Aktivität;

  3. Wenn jüngere Teilnehmer gemessen werden, sind die Werte für die HRV typischerweise höher;

  4. Mangelhafte Berichterstattung und/oder Durchführung von Verfahren zur Erkennung, Beseitigung und/oder Korrektur von RR-Intervallfehlern;

  5. Die Verwendung unterschiedlicher Frequenzbandbreiten und Normalisierungsmethoden für NF- und HF-Spektralmessungen;

  6. große Schwankungen der HRV-Messwerte zwischen gesunden Teilnehmern derselben Studie;

  7. Fehlklassifizierung von Teilnehmern als gesund;

  8. Ein Versäumnis der Studien, die Normalität/Abnormalität der bei gesunden Teilnehmern erhaltenen Werte zu erkennen.

Einige der oben genannten Punkte (1, 2, 3 und 6) waren nicht unerwartet. Überraschend war, dass in einigen Studien keine Fehlerkorrekturen vorgenommen wurden und in anderen Studien diese Verfahren nur unzureichend beschrieben wurden. Die letzten drei zusammenfassenden Punkte sind besonders wichtig und unterstreichen das inhärente Problem der Definition einer sogenannten „normalen“ HRV.

Diese Punkte sind auch insofern miteinander verknüpft, als das Versäumnis, die Normalität von Daten in Frage zu stellen, wenn sie von gesunden Teilnehmern gewonnen wurden, möglicherweise auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass selbst in homogenen gesunden Gruppen Messungen der HRV große interindividuelle Schwankungen aufweisen können (bis zu 260.000 %, Fagard et al.; Tabelle IV).

Es ist jedoch wichtig zu erkennen, dass andere Faktoren die Diskrepanzen zwischen Studien beeinflussen könnten. Messungen der HRV werden durch die Ernährung (Koffein- und Alkoholkonsum) sowie durch physischen und psychischen Stress beeinflusst. Nur sehr wenige der hier eingeschlossenen Studien enthalten Informationen zu diesen Faktoren, und ihr Einfluss auf die angegebenen Werte kann nicht bestimmt werden. Bei der Bewertung von Studien, die über eine so genannte normale HRV berichten, sollten die Leser die oben genannten Faktoren sowie mögliche andere Faktoren (z. B. Ernährung, Stress), die mit den einzelnen Aspekten der jeweiligen Studie zusammenhängen, genau prüfen. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren können die in dieser Studie vorgestellten Daten den Nutzern der HRV Referenzbereiche bieten, anhand derer sie unterschiedliche Werte für gängige Messungen der kurzfristigen HRV bestimmen können.