Herzfrequenzvariabilitätsanalyse in der betriebsärztlichen Praxis

Die mittels statistischer Methoden analysierte Zeitreihe von aufeinanderfolgenden Herzaktionen (den sog. NN-Intervallen; Abb. 1) führt zu verschiedenen Parametern, die die Variabilität der NN-Intervalle beschreiben und unter dem Begriff HRV zusammengefasst werden [4]. Die verschiedenen Parameter der HRV dienen dazu, das Zusammenspiel von Sympathikus und Parasympathikus bei der Regulation und Steuerung des HKS, u. a. bei unterschiedlichen Belastungssituationen im Arbeitsprozess, differenzierter zu beschreiben. Über die Ausprägung des Niveaus der Regulationsmechanismen können die funktionalen Reserven des HKS und die Anpassungsmöglichkeiten des Gesamtorganismus beurteilt werden.

Es hat sich international eine Unterteilung der HRV-Parameter in 3 Bereiche etabliert [4]:

In Tab. 1, 2 und 3 sind für die 3 Bereiche die jeweils zuzuordnenden HRV-Parameter mit der jeweils gültigen Messeinheit, der Definition und der Zuordnung des HRV-Parameter zum autonomen Nervensystem nach den Erkenntnissen aus der Literatur aufgelistet.

Von der HRV ist grundsätzlich die Variabilität des Pulsschlages (die sog. Pulswellenvariabilität, PRV) zu unterscheiden (Abb. 2). Wenngleich das Vorgehen analog erscheint (statistische Varianz zwischen den unterschiedlichen Abständen zweier Pulsschläge in Analogie zu den Herzaktionen), erreicht die PRV als Surrogat für den Abstand zwischen 2 Herzaktionen nicht die Genauigkeit der Erfassung der NN-Intervalle mittels EKG [5]. Im Gegensatz zu einer EKG-basierten Messung der NN-Intervalle wird die Messung der Pulswelle durch z. B. die Gefäßsteifigkeit beeinflusst. Insbesondere das HF-Band wird bei der PRV gegenüber der HRV überschätzt [6]. Es gilt daher, sehr strikt zwischen der HRV und der PRV zu unterscheiden, um nicht zwei ähnliche, aber von der Messmethodik unterschiedliche Parameter irrtümlich zu verwechseln. Die Analyse der HRV auf Basis einer Messung der Abstände zweier Pulsschläge (z. B. mittels Pulsoxymeter) wird in nationalen Leitlinien daher nicht empfohlen [4].

Intraindividuelle Beanspruchungssituationen ein und desselben Probanden im zeitlichen Verlauf oder unter zwei unterschiedlichen Belastungssituationen lassen sich grundsätzlich ohne Weiteres miteinander vergleichen, sofern Aufzeichnungsdauer, -messmethode und -auswertung identisch gewählt wurden. Demgegenüber werden für Einzelmessungen von Probanden, z. B. im Rahmen der BGF, mit dem Ziel, diese gegenüber einem Kollektiv zu vergleichen (interindividueller Vergleich), entsprechende Referenzwerte benötigt. Hierzu ist es notwendig, dass sich die Referenzstichprobe aufgrund nichtbeeinflussbarer Einflussfaktoren aus einer möglichst homogenen, gesunden und mit dem Probanden vergleichbaren Bevölkerungsstichprobe zusammensetzt, eine Berücksichtigung von Alter und Geschlecht bei der Berechnung der Referenzwerte vorgenommen wurde und die Aufzeichnungsdauer und Analysemethode mit der für den Probanden gewählten übereinstimmt. In der wissenschaftlichen Literatur liegt eine Reihe von entsprechenden Arbeiten vor (Tab. 5); für den praktisch oder wissenschaftlich tätigen Arbeitsmediziner sind jedoch lediglich publizierte Referenzwerte der erwachsenen Bevölkerung im arbeitsfähigen Alter von Nutzen.

Erstmalig wurden bereits in den Empfehlungen der Europäischen Gesellschaft für Kardiologie und der North American Society of Pacing und Electrophysiology zum Einsatz und den Analysemöglichkeiten der HRV 1996 Referenzwerte publiziert [23]. Aufgrund fortgeschrittener Messtechnik (Festplattenrekorder anstelle von Bandaufzeichnungen) ist davon auszugehen, dass die damals publizierten Referenzwerte nur begrenzt einsetzbar sind. So zeigten Untersuchungen, dass signifikante Unterschiede in den analysierten HRV-Parametern beim direkten Vergleich alter Bandrekordersysteme vs. den neueren Festplattenrekordern vorliegen [24]. In Tab. 5 ist eine Übersicht über publizierte Arbeiten zu HRV-Referenzwerten und wesentliche statistische Kenngrößen der genutzten Analyse- und Auswertemethodik dargestellt. Der Vollständigkeit halber werden auch außereuropäische Bevölkerungen aufgeführt, da im Rahmen der Globalisierung ggf. auch ein Einsatz oder eine Beratungsleistung durch den hiesigen Arbeitsmediziner für ein Werk in Asien etc. stattfinden könnte.

Durch den fortlaufenden Wandel der Arbeitswelt mit zunehmenden kognitiven Herausforderungen des Arbeitnehmers gegenüber früher vorherrschenden körperlichen Beanspruchungen werden neue Beanspruchungsmaße, die über die unmittelbare Stoffwechselvermittlung bzw. Energetik hinausgehen und die neue Belastungen gut erfassen können, benötigt. Hier bietet sich die HRV an, da sie die vegetative Balance des Organismus beschreibt und als Parameter der allgemeinen Aktivierung gilt. In der betriebsärztlichen Praxis lässt sich die HRV-Analyse u. a. als Beanspruchungsindikator an Arbeitsplätzen für die Beurteilung der Beanspruchung bei Einführung neuer Arbeitsmittel und neuer Technologien nutzen [33]. Hierbei ist der Einsatz der HRV sowohl unter Laborbedingungen, an Modellarbeitsplätzen und bei Felduntersuchungen an Arbeitsplätzen unter realen Arbeitsplatzbedingungen nutzbar. So zeigen beispielhaft Untersuchungen mit HRV-Analyse, dass bei einer kurzzeitigen Anwendung von Assistenzsystemen keine zusätzliche Beanspruchung durch ihre Nutzung entsteht [34].

Die HRV ist bei vielen physikalischen und chemischen Belastungsfaktoren reduziert [22]. Auch wenn die Auswirkungen beruflich bedingter Exposition neurotoxischer Substanzen mittels der HRV-Analyse in Form vom reduzierter HRV aufgezeigt werden können [35‐39], ersetzt die HRV keineswegs die etablierten Methoden des Biomonitorings und der arbeitsplatzbezogenen Schutzmaßnahmen, um den Arbeitnehmer zielgerichtet und ausreichend vor den pathologischen Wirkungen ebendieser Stoffe zu schützen.

Ferner ist die HRV bei Arbeitsnehmer in Schichtarbeit zusätzlich reduziert [22] und lässt sich darüber hinaus zur Einschätzung des Burnout-Risikos und Arbeitsstresses [40] nutzen. Auch in diesen Fällen liegt eine reduzierte HRV vor.

Neben dem Einsatz der HRV als zusätzlichem Parameter im Rahmen einer Beurteilung physischer und psychischer Belastungen und Beanspruchungen lässt sich die HRV-Analyse auch im Rahmen von Präventionsmaßnahmen für die Evaluierung von stattgefundenen Maßnahmen und zur Einschätzung des Interventionserfolgs einsetzen [4, 41]. So eignet sie sich beispielhaft zur Einschätzung des Interventionserfolgs im Rahmen von Stressbewältigungskursen [25], BGF-Maßnahmen zu Ernährungs‑, Genussmittel- und/oder Konsumumstellungen sowie bei sportlichen Betätigungen, der vegetativen Auswirkungen der Gewichtsreduktion einschließlich der präventiven Überwachung vor Übertrainingssyndromen [42]. So kann eine Veränderung der sympathisch-parasympathischen Balance hin zu einer höheren parasympathischen Grundaktivität auf positive Auswirkungen der Präventionsmaßnahmen hinweisen. Zu beachten ist jedoch, dass es initial bei Neuaufnahme von sportlicher Betätigung zu einer Reduzierung der HRV kommt; diese sollte jedoch bei adäquater Beanspruchung der Teilnehmer im Zeitverlauf, insbesondere bei regelmäßigem moderatem aerobem Training, zu einer Erhöhung der Gesamtvariabilität des Herzschlags und zu einer Zunahme der vagal-modulierten HRV-Parameter in Ruhe führen [43, 44]. Im Gegensatz dazu deutet eine zunehmend reduzierte HRV auf ein Übertrainingssyndrom hin und sollte durch regenerative Maßnahmen ersetzt werden. Die regelmäßige Kontrolle der Hf und der HRV erlauben es daher, im Rahmen von sportlichen BGF-Maßnahmen die Beanspruchung von Teilnehmern im Training individuell so zu gestalten, dass es nicht zu einer Überforderung und somit zu einem negativen Effekt der BGF-Maßnahme kommt.

Die Literaturrecherche zeigt, dass die HRV sich insbesondere gut für die Risikostratifizierung hinsichtlich Herz-Kreislauf-Erkrankungen eignet. Der Zusammenhang zwischen reduzierter HRV und Prognose-Scores für HKE ist zwar bekannt [45], aber bisher ist keine Handlungsempfehlung zum praktischen Einsatz vorhanden. So zeigten unterschiedliche Untersuchungen den Zusammenhang zwischen reduzierter HRV mit erhöhten kardiovaskulären Risikoparametern [45] bzw. mit dem Auftreten einer koronaren Herzerkrankung bzw. einem Schlaganfall [46‐49].