Die Analyse der Herzfrequenzvariabilität (HRV) hat zwei Wurzeln. Im Westen entstand sie aus der Überwachung ungeborener Kinder und der Herzmedizin. In der Sowjetunion entstand sie aus der Raumfahrtmedizin, in der Vasily Parin und Roman Baevsky die wechselnden Abstände zwischen Herzschlägen nutzten, um zu beurteilen, wie Kosmonauten mit Stress zurechtkamen (Baevsky und Chernikova, 2017). Die beiden Linien begannen getrennt. Ab den 1990er-Jahren untersuchten russische, amerikanische und deutsche Teams gemeinsam Kosmonauten, und russische Übersichtsarbeiten zitieren die wichtigsten westlichen Arbeiten.
Vieles, was über die sowjetische Geschichte bekannt ist, stammt von Baevsky und seinen Mitarbeitenden selbst. Deshalb nennt diese Seite jeweils, wer was sagt.
Warum Raumfahrtärzte den Herzschlag beobachteten
Die ersten Raumflüge warfen eine praktische Frage auf: Wie kommt die Person an Bord gerade zurecht? Baevsky und Chernikova (2017) schreiben, die HRV-Analyse sei „zuerst in der Raumfahrtmedizin entwickelt“ worden. Für die ersten bemannten Flüge brauchte man eine schnelle Methode, um die Reaktionen einer Person zu beurteilen und ihre Fähigkeit, unter Stress weiterzuarbeiten.
Zwei Forscher leiteten die frühen Arbeiten.
- Vasily Parin war ein führender sowjetischer Kreislaufphysiologe. In einem historischen Rückblick von 2013 nennen Grigoriev und Baevsky ihn den Begründer der Raumfahrtkardiologie. Sie verbinden seinen Namen mit dem Einsatz der HRV-Analyse und der Seismokardiographie im Weltraum und mit der ersten medizinischen Ausrüstung an Bord. Sein 1967 gemeinsam mit Kollegen verfasstes Buch zur Raumfahrtkardiologie prägte das Fach über Jahre.
- Roman Baevsky (1928 bis 2020) war zunächst von 1952 bis 1957 Militärfliegerarzt auf der Insel Sachalin. Er war einer der letzten Doktoranden von Parin. Er baute die ersten russischen Geräte zur Ballistokardiographie, die über Sensoren am Körper die winzigen Kräfte jedes Herzschlags erfassen (Tank u. a., 2020).
Von den ersten Hunden bis zu Gagarin
Laut seinem Nachruf, den Kollegen in Deutschland und Russland verfassten, war Baevsky unmittelbar an der Vorbereitung der ersten Raumflüge mit Tieren und mit Menschen beteiligt. Er habe Herzfrequenzaufzeichnungen der Hündin Laika erhalten und ähnliche Messungen bei Juri Gagarin vorgenommen, dem ersten Menschen im Weltraum (Tank u. a., 2020). Außerdem veröffentlichte er eine Auswertung der Seismokardiographie-Aufzeichnungen von den Flügen Wostok 5 und Wostok 6; die Seismokardiographie erfasst die mechanischen Bewegungen des Herzens.
Baevsky und Chernikova (2017) schreiben, dass Tiere in der Schwerelosigkeit große Schwankungen von Herzschlag und Atmung zeigten. Auch Gagarins Elektrokardiogramm EKG Eine Aufzeichnung der elektrischen Aktivität des Herzens mit Elektroden auf der Haut. RR-Intervalle aus dem EKG sind die Referenzmethode für die Messung der HRV. Mehr zu EKG zeigte während seines Orbitalflugs eine deutliche Variation der Abstände zwischen den Herzschlägen. Die beiden Autoren deuten diese Veränderungen als Störungen der Rückkopplung im autonomen Regelsystem des Körpers, „in dem das Gehirn der Kommandeur ist“.
Die Regulation des Körpers am Rhythmus ablesen
Im Lauf der 1960er-Jahre entwickelte die sowjetische Gruppe aus diesen Beobachtungen Methoden. Baevsky und Chernikova (2017) nennen die Meilensteine:
- 1966 hielt Parin beim ersten Symposium zur mathematischen Analyse des Herzrhythmus einen ausführlichen Vortrag und sagte, die Methode stamme aus der Raumfahrtkardiologie.
- 1967 stellten Parin, Baevsky und Nikulina auf dem 18. Kongress der Internationalen Astronautischen Föderation in Belgrad „Herzfrequenz als Indikator der neuroendokrinen Regulation“ vor.
- 1968 wurde ein Modell der Herzfrequenzsteuerung mit zwei Regelkreisen vorgeschlagen: ein unterer, automatischer Kreis, der der Atmung folgt, und ein höherer, zentraler Kreis, der unter Stress stärker eingreift.
- In den späten 1960er-Jahren schlugen Nidekker und Baevsky die Spektralanalyse der Herzfrequenz vor, um ihre wiederkehrenden Rhythmen zu finden.
Wenn der Körper ruhig ist, steigen und fallen die Abstände zwischen den Schlägen mit jedem Atemzug. Schaltet Stress die höheren Steuerzentren ein, wird der Rhythmus gleichmäßiger, und die Abstände gleichen sich an. Ein gleichmäßiger Rhythmus galt deshalb als Zeichen von Belastung. Baevskys Stressindex fasst das anhand eines Histogramms der Abstände in einer Zahl zusammen.
Stressindex nach Baevsky: Eine Zahl ohne Einheit, berechnet aus dem Histogramm der Herzschlagabstände. Sie steigt, wenn der Rhythmus gleichmäßiger und weniger variabel wird; Baevsky deutete das als Belastung der Regulation des Körpers. Mehr zu Stressindex nach Baevsky
In der Sowjetunion erreichte die HRV-Forschung in den 1970er- und 1980er-Jahren ihren Höhepunkt (Baevsky und Chernikova, 2017).
Zwischen Gesundheit und Krankheit: pränosologische Diagnostik
Die Raumfahrtmedizin hat es mit gesunden Menschen unter extremen Bedingungen zu tun. Ihre Frage lautete deshalb, wie stark der Körper arbeiten muss, um gesund zu bleiben. Baevsky nannte die Untersuchung dieser Zwischenzone „pränosologische Diagnostik“, nach dem griechischen nosos, Krankheit. Ziel war es, den Übergang von der Gesundheit zur Erkrankung zu erfassen, bevor Beschwerden auftreten (Tank u. a., 2020). Seine Weggefährten schreiben, seine Bücher dazu hätten die Präventions-, Sport- und Rehabilitationsmedizin in Russland und die Gesundheitspolitik des russischen Gesundheitsministeriums beeinflusst.
Baevskys Team beschrieb dies später als „Ampel der Gesundheit“. Die gelbe Zone liegt zwischen Gesundheit und Krankheit: Der Körper ist belastet, aber nicht krank, und Vorbeugung kann noch helfen (Baevsky u. a., 2015). HRV-Kennwerte flossen in individuelle Punktwerte für das „Anpassungsrisiko“ ein (Baevsky und Chernikova, 2016) und in einen Index der Aktivität der Regulationssysteme, der von 1 bis 10 reicht (Baevsky und Chernikova, 2017).
Diese Punktwerte beschreiben Risiko und Belastung. Sie sind keine Diagnosen und wurden dafür entwickelt, Menschen bei der Arbeit zu überwachen, besonders in der Luft- und Raumfahrtmedizin (Baevsky und Chernikova, 2016).
Lange Flüge, Mir und ISS
Die Arbeit ging weiter, als die Flüge länger wurden.
- Mir. 1994 berichtete ein Team der Harvard Medical School, des Johnson Space Center der NASA und von Baevskys Moskauer Institut über die Dynamik der Herzfrequenz bei Kosmonauten auf langen Flügen an Bord der Station Mir (Goldberger u. a., 1994).
- Ein 14-monatiger Flug. Baevskys Gruppe untersuchte den Arzt und Kosmonauten V. V. Polyakov während eines Flugs von 438 Tagen, des zum Zeitpunkt des Berichts längsten. Anhand von 24-Stunden-Aufzeichnungen des Herzens und anderer Methoden folgerten sie, dass die Anpassung an die Schwerelosigkeit in Stufen verläuft, wobei im Laufe der Zeit höhere Ebenen der Steuerung ins Spiel kommen (Baevsky u. a., 1998).
- Die ISS. Russische, deutsche und amerikanische Forschende untersuchten acht männliche Kosmonauten auf Flügen von 162 bis 196 Tagen. Herzfrequenz und HRV blieben im Flug stabil, während Blutdruck und Atemfrequenz Atemfrequenz Atemzüge pro Minute. Die Atmung allein verändert schon die HRV: Langsames, tiefes Atmen vergrößert die Schwankung; unter etwa 9 pro Minute wandert sie vom HF- ins LF-Band. Mehr zu Atemfrequenz sanken. Die Autorinnen und Autoren deuten dies als gesunde Anpassung. Die HRV bei langsamer, getakteter Atmung sank bei sechs der acht. Das werteten sie als kleinere Reserve der vagalen Steuerung („ Ruhe und Verdauung Parasympathikus Der Zweig des autonomen Nervensystems für „Ruhe und Verdauung“. Er verlangsamt das Herz, vor allem über den Vagusnerv, und verursacht den größten Teil der Schlag-zu-Schlag-Schwankung der HRV. Mehr zu Parasympathikus “) (Baevsky u. a., 2007).
- Pneumocard. Dieses ISS-Experiment umfasste 25 russische Besatzungsmitglieder und 226 Aufzeichnungssitzungen, 130 davon an Bord der Station, mit Sensoren für Herz, Atmung und Puls. Die Autorinnen und Autoren berichten, dass der vagale Einfluss zu Beginn einer Mission typischerweise zunahm, und argumentieren, dass die HRV-Analyse zusammen mit der pränosologischen Beurteilung die medizinische Versorgung bei langen Missionen unterstützen könnte (Baevsky u. a., 2014).
Wie die westliche Linie der HRV-Forschung entstand
Die westliche Linie hat eine eigene Seite, eine kurze Geschichte der HRV im Westen, von Hales und Ludwig bis zu den Standards von 1996 und den Wearables. Kurz gesagt: Billmans Übersichtsarbeit von 2011 zur Geschichte der HRV erwähnt das Raumfahrtprogramm nicht. Sie datiert die erste klinische Anwendung auf 1965. Hon und Lee beobachteten, dass einer Gefährdung ungeborener Kinder Veränderungen der Abstände zwischen den Herzschlägen vorausgingen, noch bevor sich die durchschnittliche Herzfrequenz änderte. In den 1970er-Jahren wurde die HRV genutzt, um Nervenschäden bei Menschen mit Diabetes nachzuweisen, und mit dem Überleben nach einem Herzinfarkt in Verbindung gebracht (Billman, 2011).
1981 zeigte die Arbeitsgruppe um Akselrod mit der Spektralanalyse, dass Sympathikus Sympathikus Der „Kampf-oder-Flucht“-Zweig des autonomen Nervensystems. Er beschleunigt das Herz und lässt es kräftiger pumpen, wirkt aber zu langsam, um die schnellen Schwankungen der HRV von Schlag zu Schlag zu steuern. Mehr zu Sympathikus und Parasympathikus ihre Spuren jeweils bei unterschiedlichen Frequenzen der Herzfrequenzänderung hinterlassen. Billman zählt diese Arbeit zu den wegweisenden Studien, nach denen das Fach schnell wuchs. 1996 veröffentlichte eine europäische und nordamerikanische Task Force gemeinsame Standards für das Messen der HRV, ihre Deutung und ihren Einsatz in der Klinik (Task Force, 1996). Russische methodische Empfehlungen folgten 2001 (Baevsky und Chernikova, 2017).
Wo sich die beiden Linien unterscheiden und wo sie sich treffen
| Sowjetische und russische Raumfahrtmedizin | Westliche Kardiologie und Physiologie | |
|---|---|---|
| Ausgangspunkt | Gesunde Kosmonauten unter Stress, frühe 1960er-Jahre | Gefährdung ungeborener Kinder (1965), dann Menschen nach Herzinfarkt und mit Diabetes |
| Hauptfrage | Wie stark ist die Regulation des Körpers belastet, und wie gut passt er sich an? | Wer hat ein höheres Risiko für Erkrankung oder Tod? |
| Typische Kennwerte | Histogrammgrößen wie der Stressindex Stressindex nach Baevsky Eine Zahl ohne Einheit, berechnet aus dem Histogramm der Herzschlagabstände. Sie steigt, wenn der Rhythmus gleichmäßiger und weniger variabel wird; Baevsky deutete das als Belastung der Regulation des Körpers. Mehr zu Stressindex nach Baevsky , dazu die Spektralanalyse | Kennwerte im Zeitbereich wie SDNN SDNN Die Standardabweichung aller NN-Intervalle einer Aufzeichnung, in Millisekunden. Sie misst die Gesamtvariabilität, und ihr Wert hängt stark von der Dauer der Aufzeichnung ab. Mehr zu SDNN und RMSSD RMSSD Quadratwurzel aus dem Mittelwert der quadrierten Differenzen aufeinanderfolgender Intervalle: eine HRV-Messgröße in ms, die zeigt, wie stark sich jeder Herzschlagabstand vom nächsten unterscheidet. Spiegelt vor allem die Vagusaktivität wider. Mehr zu RMSSD sowie die spektrale Leistung |
| Schlüsselreferenz | Baevskys Methoden und die russischen Empfehlungen von 2001 | Die Standards der Task Force von 1996 |
Die beiden Linien griffen durchaus aufeinander zurück. Baevsky und Chernikova (2017) zitieren Hon und Lee, Akselrod und die Task Force und vergleichen ihr Histogramm mit dem westlichen „ HRV-Triangularindex HRV-Triangularindex Die Zahl der NN-Intervalle einer Aufzeichnung, geteilt durch die Höhe der höchsten Säule ihres Histogramms. Ein einheitenloses geometrisches Maß der Gesamtvariabilität, auf das einige fehlerhafte Schläge kaum Einfluss haben. Mehr zu HRV-Triangularindex “, der ebenfalls aus einem Histogramm der Schlagintervalle gebildet wird. Die Studien zu Mir und ISS waren gemeinsame Arbeiten russischer, deutscher und amerikanischer Teams.
Auf dieser Website begegnen Ihnen beide Traditionen. Die meisten Wearables zeigen den RMSSD an, einen Kennwert aus den westlichen Standards (mehr dazu unter Wie die HRV gemessen wird). Der Brustgurt-Test zeigt auch Baevskys Stressindex, wenn die Aufzeichnung lang genug ist.