Herzfrequenz  

Definition
Die Herzfrequenz (HF; engl.: heart rate; HR) gibt an, wie viele Herzkontraktionen pro Minute erfolgen. Die Herzfrequenz wird in Schlägen/ Minute angegeben, bzw. bpm (engl.: beats per minute) und bildet eine obligate Größe in der Ergometrie.
Auf Zellebene wird die Herzfrequenz im Wesentlichen durch die Phase 4 (langsame diastolische Depolarisation) des Aktionspotentials bestimmt. Die Steigung der diastolischen Depolarisation, d.h. die Geschwindigkeit der Zunahme des Membranpotentials, bestimmt die Häufigkeit der Generierung von Schrittmacheraktionspotentialen und damit die Herzfrequenz. Nimmt die Steigung der diastolischen Depolarisation zu (z.B. Sympatikuseinfluss), so wird das Schwellenpotential frühzeitig erreicht und nachfolgend das Aktionspotential frühzeitig ausgelöst; ein Anstieg der Herzfrequenz ist die Folge. Umgekehrt wird bei Überwiegen des Parasympathikus das Schwellenpotential erst verspätet erreicht bzw. das nachfolgende Aktionspotential spät ausgelöst. [2]
Herzfrequenzvariabilität (HFV; engl.: heart rate variability; HRV)
Unter Herzfrequenzvariabilität wird die geringfügige Änderung der Herzfrequenz durch Regulationsmechanismen des Körpers verstanden, die dem Erhalt der Stabilität des Herz-Kreislauf-Systems dienen. Herzfrequenzvariabilitätsmessungen unter und nach Belastung sind besonders bei der Erkennung von Krankheiten nützlich, eignen sich jedoch weniger für die Trainingssteuerung im Sport. [3, 6]
Herzfrequenz in Ruhe (engl.: resting heart rate)
Die Herzfrequenz ist abhängig von dem Trainingszustand, körperlicher Belastung, Körper- und Umgebungstemperatur, emotionaler Belastung sowie Alter und Geschlecht.
Liegt die Herzfrequenz in Ruhe dauerhaft über 100 Schlägen pro Minute, spricht man von einer Tachykardie. Dem gegenüber steht die Bradykardie, eine dauerhaft niedrigere Herzfrequenz als 60 Schläge pro Minute. Durch Anpassungen des Herzmuskels an sportliche Belastung können bei hochtrainierten Sportlern im Langzeit-EKG Ruhe-Herzfrequenzen von 30 Schlägen pro Minute (selten auch darunter) auftreten. [5]
Das autonome Nervensystem (ANS), auch vegetatives Nervensystem (VNS) genannt, bildet zusammen mit dem somatischen Nervensystem das Nervensystem (NS). Das Ziel von Herzfrequenzmessungen in Ruhe ist es, durch wiederholtes Überwachen der Herzfrequenzvariabilität mögliche Rückschlüsse auf den Status des ANS in Verbindung mit Training zu ziehen. [10]
Für die Messung der Herzfrequenzvariabilität werden derzeit regelmäßige Kurzzeitmessungen (5 bis 10 Minuten) unmittelbar nach dem Aufwachen empfohlen. [9] Zu berücksichtigen ist hierbei die Standardisierung der Umwelteinflüsse; beispielsweise sollte jeden Morgen zur selben Zeit, im selben Bett in einer ruhigen Umgebung gemessen werden, um Abweichungen durch Umwelteinflüsse so gering wie möglich zu halten. Dabei ist auch zu beachten, dass keine körperliche Aktivität der Messung unmittelbar vorangegangen ist.
Physiologische Determinanten der Herzfrequenz in Ruhe können unter anderem die Morphologie des Herzmuskels, Plasmavolumen, Alter, autonome Aktivität und Körperposition sein. [1]
Herzfrequenz unter Belastung (engl.: heart rate exercise; HRex)

Die Erregung der motorischen Hirnrinde (Kortex) leitet bei Beginn einer körperlichen Belastung eine Mitinnervation des Kreislaufzentrums im verlängerten Rückenmark ein. Der Anstieg der Herzfrequenz ist die Folge. Durch stoffwechselsensible Rezeptoren der Muskulatur, welche empfindlich auf einen Anstieg der Laktatkonzentration reagieren, steigt die Herzfrequenz weiter an und die lokalen Gefäße werden weitgestellt. Dies sorgt nicht nur für eine verbesserte Durchblutung der Arbeitsmuskulatur, sondern sendet gleichzeitig Impulse zum Kreislaufzentrum, wodurch der Sympathikotonus erhöht wird. Das Ergebnis ist eine erneute Anhebung der Herzfrequenz.
Unter Belastung kann die Herzfrequenz auf über 200 Schläge pro Minute ansteigen. [8] Im ergometrischen Belastungstest steigt sie linear zur Belastungsintensität (Leistung) und Sauerstoffaufnahme an und flacht ab ca. 80% der maximalen Herzfrequenz ab (sog. anaerobe Schwelle). Während bei der Herzfrequenz in Ruhe teilweise große Abweichungen zwischen trainierten und untrainierten Erwachsenen auftreten können, unterscheiden sich die Werte der maximalen Herzfrequenz (HFmax) nur unwesentlich. Die gängigste Faustformel besagt:
Maximale Herzfrequenz = 220 – Lebensalter.
Eine interindividuelle Streuung wird in der Literatur mit einer Standardabweichung von 10 bis 15 Schläge/Minute beschrieben. [8]
Bei submaximalen Belastungen vergehen 3 bis 4 Minuten (abhängig von der Intensität der Belastung), bis die Herzfrequenz ein steady state, also ein Gleichgewicht, erreicht. Deshalb wird für Analysen meist der Durchschnitt der letzten 30 bis 60 Sekunden herangezogen. [2]
Die Herzfrequenz unter Belastung wird oftmals in Prozent der maximalen Herzfrequenz angegeben und beschreibt somit die relative Belastungsintensität für den einzelnen Sportler. Je fitter der Athlet, desto niedriger die Herzfrequenz. Jedoch ist eine erhöhte Herzfrequenz nicht zwingend eine Beeinträchtigung der sportlichen Leistungsfähigkeit. [4]

Herzfrequenz nach Belastung (engl.: heart rate recovery; HRR)

Zur Beurteilung der Regenerationsfähigkeit können Nachbelastungswerte der Herzfrequenz nach Belastungsabbruch herangezogen werden. Messungen nach Abbruch der Belastung reflektieren die hämodynamischen Anpassungen in Relation zu Körperposition, Blutdruckregulation und den durch einen chemischen Reiz ausgelösten Reflex, welcher die Aktivität des Parasympathikus anhebt, während die des Sympathikus allmählich zurückgeht. [7]
Je größer die relative Belastungsintensität, die Blutlaktatkonzentration und die Aktivität des genannten Reflexes, desto langsamer geht die Herzfrequenz auf ihren Ruhewert zurück. [2]

Da die HRR so vielen Faktoren unterliegt, die sie beeinflussen, ist ihre Aussagekraft für die Trainingssteuerung geringer als die der HRex und der Herzfrequenzvariabilitätsmessung am Morgen. [4]
Anpassung der Herzfrequenz an Ausdauertraining
Der erhöhte Nährstoffbedarf des Organismus bei körperlicher Belastung wird durch den Anstieg des Herzminutenvolumens (HMV) ausgeglichen. Bei untrainierten Sportlern wird ein Anstieg des HMV (Herzfrequenz x Schlagvolumen) durch eine erhöhte Herzfrequenz erreicht. Da dies jedoch für den Organismus unökonomisch ist, kommt es bei der Durchführung eines Ausdauertrainings zuerst zu einer Herzfrequenzsenkung bei gleichzeitiger Schlagvolumenerhöhung über die Beeinflussung des vegetativen Nervensystems.
Reichen die funktionellen Adaptionen nicht aus, reagiert der Körper mit morphologischen Anpassungen. Die Hypertrophie des Herzmuskels sowie die Dilatation der Herzhöhlen ermöglichen einen weiteren Anstieg des Schlagvolumens, wodurch bei jeder Herzkontraktion mehr Blut in Umlauf gegeben wird. Die erneute Senkung der Herzfrequenz ist die Folge.
Einzelnachweise:
1. Achten J., Jeukendrup A. E. (2003). Heart rate monitoring: applications and limitations. Unter: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12762827. Zuletzt aufgerufen am 02.08.2016
2. Buchheit, M. (2014). Monitoring training status with HR measures: do all roads lead to Rome?. Unter: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3936188/. Zuletzt aufgerufen am: 03.08.2016
3. Buchheit M., Voss S. C., Nybo L., Mohr M., Racinais S. (2011). Physiological and performance adaptations to an in-season soccer camp in the heat: associations with heart rate and heart rate variability. Unter: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22092960. Zuletzt aufgerufen am: 03.08.2016
4. Buchheit M., Simpson M. B., Al Haddad H., Bourdon P. C., Mendez-Villanueva A. (2012). Monitoring changes in physical performance with heart rate measures in young soccer players. Unter: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21656232. Zuletzt aufgerufen am: 02.08.2016
5. Burgstahler, C., Scharhag, J. (2013). Das Sportler-EKG: Aktuelle Interpretationen und Empfehlungen. Unter: http://www.zeitschrift-sportmedizin.de/artikel-online/archiv-2013/heft-12/das-sportler-ekg-aktuelle-interpretationen-und-empfehlungen/. Zuletzt aufgerufen am: 02.08.2016
6. Blain G., Meste O., Bermon S. (2005). Influences of breathing patterns on respiratory sinus arrhythmia in humans during exercise. Unter: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15388504. Zuletzt aufgerufen am: 03.08.2016
7. Daanen H. A., Lamberts R. P., Kallen V. L., Jin A., Van Meeteren N. L. (2012). A systematic review on heart-rate recovery to monitor changes in training status in athletes. Unter: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22357753. Zuletzt aufgerufen am: 03.08.2016

8. Meyer, T., Such, U. (2010). Die maximale Herzfrequenz. Unter: http://www.zeitschrift-sportmedizin.de/artikel-online/archiv-2010/heft-12/die-maximale-herzfrequenz/. Zuletzt aufgerufen am: 02.08.2016
9. Plews D. J., Laursen P. B., Kilding A. E., Buchheit M. (2013). Training adaptation and heart rate variability in elite endurance athletes – opening the door to effective monitoring. Unter: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23852425. Zuletzt aufgerufen am: 03.08.2016
10. Stanley J., Peake J. M., Buchheit M. (2013). Cardiac parasympathetic reactivation following exercise: implications for training prescription. Unter: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23912805. Zuletzt aufgerufen am: 03.08.2016

Einzelnachweise

  1. Buchheit, M., Monitoring training status with HR measures: do all roads lead to Rome? Front Physiol, 2014. 5: p. 73.→ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3936188/