Das rhythmologische Verhalten (Streubreite) der Systolen- und Diastolendauer in Ruhe und unter körperlicher Belastung

Journal/Book: Z. ges. inn. Med. u. Grenzgeb. 28 (1973) 13 S.394-399. 1973;

Abstract: Forschungsinstitut für Balneologie und Kurortwissenschaft Bad Elster (Direktor: Prof. Dr. med. habil. H. Jordan) Die Tatsache daß die Zeitdauer zwischen 2 aufeinanderfolgenden Herzschlägen einer ständigen Variation unterliegt [1 4 7 12] hatte uns 1963 veranlaßt diesen kurzzeitlichen Schwankungen der Herzperiodendauer die wir damals in Anlehnung an den Begriff der Pulszeitstreuung nach Fleisch mit dem Ausdruck Herzzeitstreuung belegten unter physiologischen und pathologischen Bedingungen nachzugehen. Es hatte sich dabei gezeigt daß die Streuungen der Puls-resp. Herzzeiten (= die Streuung der Herzperiodendauer innerhalb eines definierten Zeitraumes) einen Einblick in die Intimrhythmik des Herzens ermöglichen dem sogar eine gewisse pathognomische Bedeutung nicht abzusprechen ist (z. B. die Hypokymatie des geschädigten Myokards auf die schon von Maximowitsch 1892 s. dazu auch [1 3 6 12] hingewiesen wurde). Man kann einen Bereich normaler Streubreite (Eukymatie) von einem der verminderten (Hypokymatie) bzw. vermehrten (Hyperkymatie bzw. Dyskymatie) durchaus abgrenzen. Es sei hier auf unsere zusammenfassende Darstellung [7] hingewiesen. Das einfachste Meßverfahren zur Bestimmung der Herzzeiten ist deren Aufzeichnung mit einem Ordinatenschreiber die auf Fleisch zurückgeht. Es kann ferner der Abstand zwischen 2 R-Zacken im fortlaufend geschriebenen Ekg direkt gemessen werden. Auf dieser letztgenannten Methode basiert ein von uns entwickeltes Gerät das nicht nur die Zeitintervalle zwischen 2 R-Zacken sondern dazu noch getrennt die jeweiligen Teilintervalle der Systolen-(SD) und der Diastolendauer (DD) aufzeichnet. Dieses Gerät wurde von uns erstmalig auf der koordinierenden Konferenz der sozialistischen Länder 1971 [8] vorgestellt und arbeitet folgendermaßen: Von einem Ekg-Schreiber mit Herzschallteil werden 1 Ekg-Ableitung und der Herzschall registriert. Nach Umformung dieser Biopotentiale wird der 1. Herzton ausgeblendet und damit die Bestimmung der SD als Zeitabstand zwischen R-Zacke des Ekg und 2. Herzton möglich. Die R-Zacke steuert 2 elektronische Zähler von denen der eine durch den Einsatz des 2. Herztones gestoppt wird der andere seinen Stoppimpuls von der nächstfolgenden R-Zacke erhält. Während der Dauer der nächsten Herzperiode werden beide Zähler in Nullstellung gebracht so daß mit Einsetzen der nächsten R-Zacke ein neuer Meßvorgang eingeleitet werden kann. Die Differenz Herzzeit (R- zu R-Zacke) minus SD (R-Zacke 2. Ton) ergibt die DD. Herzzeit und SD werden auf Codestreifen gestanzt und maschinell verrechnet. Über das physiologische und pathophysiologische Verhalten der Herzzeiten (z. B. Extrasystolie bei absoluter Arrhythmie beim totalen Av-Block Herzkranke) liegen außer unseren eigenen Befunden nur spärliche Angaben vor (Literaturübersicht bei [7]). Die SD und DD sind in dieser rhythmologischen Hinsicht bisher getrennt unseres Wissens überhaupt nicht untersucht worden. Methodik Das schon kurz beschriebene Gerät lieferte einschließlich der nachfolgenden maschinellen Datenverrechnung folgende Kenngrößen: Patientenkennziffer Alter Geschlecht Herzfrequenz f/min-1 Herzperiodendauer ( (= Reziprokwert aus f) Systolendauer S (= Gesamtsystolendauer) Diastolendauer D Streuung von ( S und D aus je 3 min lang registrierten Herzzyklen (s(; SS; SD). Die Angaben von ( S und D erfolgen in ms. Alle Ergebnisse stammen von Kranken mit funktioneller oder organischer Koronarinsuffizienz von denen 29 in die Untersuchung am Fahrradergometer (akuter Belastungsversuch) und 7 in ein systematisches Training am Fahrrad (Trainingsversuch) einbezogen wurden. Die Belastung erfolgte leistungsbezogen so daß folgende Kollektive entstanden: Ruhe: n = 29 25 Watt n = 29 50 Watt n = 24 75 Watt n = 12 100 Watt n = 2 Bei der Verarbeitung der Streuungswerte sieht man sich der Zwangslage ausgesetzt daß eine Abhängigkeit der Streubreite von der momentanen Herzfrequenz besteht. Nach dem Skramlikschen Gesetz führt jede Frequenzsteigerung zu einer Verkleinerung der rhythmischen Streubreite d. h. zu einer Hypokymatie. Es mußte demnach versucht werden frequenzunabhängige Veränderungen der Streuungswerte festzustellen und dazu war der Vergleich von Streuwerten erforderlich die demnach gewissermaßen als numerische Zahlenwerte betrachtet wurden. Verwendet wurden: f-Test (Streuwertvergleich) und Mann-Withney- bzw. U-Test [11] formale Korrelationen wurden auch nach üblichen Verfahren oder als Rangkorrelation [11] berechnet. Ergebnisse 1. Die mittlere Ruhefrequenz aller Untersuchungen lag bei 76 0 Schläge je min. Das entspricht einem mittleren Wert für ( von 790 ms die dazugehörige Streuung errechnet sich auf ± 37 70 ms. Diese Werte liegen gegenüber einem Kollektiv Gesunder [7] deutlich niedriger womit die relative Ruhe-Hypokymatie der Koronarkranken gegenüber Gesunden erneut bestätigt wird. 2. Während weder in Ruhe noch bei Belastung eine altersbezogene Relation der Herzfrequenz (r = - 0 15) festgestellt werden konnte war die Herzzeitstreuung (s() deutlich altersabhängig (Tab. 1) desgleichen die mittlere D (D-). Tabelle 1 ---------------------------------------------------- Alter f/min-1 ( s( D- in Jahren ---------------------------------------------------- > 60 73 822 24* 292* 50-59 69 875 27 292 40-49 75 800 36 337 30-39 72 835 46* 403* ---------------------------------------------------- * = Differenz statistisch mit p ( 0 05 gesichert (f-Test) Das heißt es besteht eine progressive frequenzunabhängige Hypokymatie des alternden Menschen. Auch das war von uns früher bereits für Gesunde nachgewiesen worden und läßt sich hier also auch für Koronarkranke bestätigen. Die Altersabhängigkeit von D ist mit r = -0 45 auch statistisch gut gesichert. 3. Sowohl in Ruhe als auch unter Belastung ist die Streubreite von S signifikant kleiner als die von D (mit Ausnahme der 75-Watt-Gruppe für die nur f = 2 56 [gefordert 2 69] erreicht wird) (Tab. 2). Tabelle 2 ------------------------------------------------------ Ruhe 25 Watt 50 Watt 75 Watt --------- ------------ ------------ ----------- SS SD SS SD SS SD SS SD ------------------------------------------------------ 8 9 33 8 9 4 19 9 9 6 17 6 8 1 13 0 ------------------------------------------------------ Zugleich weist Tabelle 2 aus daß unter Belastung SS sich praktisch nicht SD aber ganz erheblich reduziert. 4. Abbildung 1 gibt die Relation der Herzperiodenstreuung zur Herzfrequenz bzw. Tau wieder. Während die Ruhewerte der 29 Vp (o) der normalen [7] Regression weitgehend folgen weichen die Belastungswerte (x ( ( () von dieser Regression deutlich ab. Die Einzelberechnung für die Belastungsstufe 25 Watt ergibt z. B. einen Anstieg der Herzfrequenz von 76 0 auf 92 7 was einer Abnahme von s( um 60 ms entsprechen müßte; tatsächlich wird jedoch eine solche von 151 ms erreicht. Ohne Abb. 1: 5. Aus dem bisher Gesagten kann bereits gefolgert werden daß s( offenbar weitgehend SD entspricht nicht jedoch SS. Dies belegt auch Abbildung 2 die wiederum die Ruhewerte (o) von SD getrennt von deren Belastungswerten (() darstellt. Die Korrelation (formale Korrelation) für SD zu f/min-1 beträgt in Ruhe r = -0 18 und unter Belastung r = -0 86 (bezogen auf die Gruppe mit 50 W Belastung). Für die S betragen die gleichen Korrelationskoeffizienten in Ruhe r = - 0 12 und unter Belastung r = -0 21. Ohne Abb. 2: 6. Zur Klärung der Frage ob sich die Herzfrequenz in Ruhe hinsichtlich ihrer rhythmologischen Konsequenzen auf S bzw. D anders verhält als eine gleiche Frequenz unter Belastung wurden die weiteren Untersuchungen immer in gleichen Frequenzgruppen durchgeführt (Tab. 3). Herzfrequenzen von 50 bis 69/min treten unter Belastung nicht auf ebensowenig solche von 110 und mehr je min in Ruhe. Die beiden restlichen Frequenzgruppen ergeben unter Belastung gering erhöhte Streuwerte der S dagegen deutlich gesenkte für D. Mittels f-Test sind diese Differenzen für SD in Ruhe bzw. Belastung nicht zu sichern. Wählt man den mittleren Bereich von 70-90/min aus so ergibt sich immerhin mit dem U-Test-Verfahren eine statistische Sicherung dafür daß die Streuwerte für D unter Belastung kleiner ausfallen als für die gleiche Frequenz in Ruhe. 7. Ähnliches wie unter 6. gilt für s( Für die Frequenzgruppe 70-90/min und über 90/min läßt sich (ebenfalls mit dem U-Test) sichern daß s( unter Belastung deutlich kleiner ausfällt als in gleicher Frequenz unter Ruhebedingungen. 8. Bildet man den Quotient D/S so zeigt sich daß dieser mit zunehmender Herzfrequenz in sehr strammer Korrelation abnimmt (r = -0 85). Abbildung 3 stellt die jeweilige Relation von S zu D in Abhängigkeit von der Herzfrequenz dar. Ohne Abb. 3: Ohne Abb. 4: Tabelle 3 -------------------------------------------------------------------- Herzfrequenz R = Ruhe s( SS SD je min B = Belastung --------------------------------------------------------------------- 50-69 R 38 5 8 9 36 1 B - - - 70-89 R 30 8 9 3 29 3 B 22 3 11 2 23 3 90-109 R 28 5 7 0 28 5 B 17 1 11 9 19 8 110 und mehr R - - - B 13 6 8 8 13 7 ---------------------------------------------------------------------- Abbildung 4 gibt dazu die empirische Regression wieder aus der sich eine Null-Lage (= S und D von gleicher Dauer) bei einer Grundfrequenz von 95 bis 105/min ergibt. Geht die Frequenz über diesen Nullbereich hinaus so weicht der Quotient mehr und mehr von der errechneten Regressionslinie ab. Eine Differenz von S/D in Ruhe bzw. Belastung in gleichen Frequenzgruppen ließ sich statistisch nicht sichern. 9. Da sich unter unseren Probanden 7 befanden die nach einem 2- bis 4wöchigen Fahrradtraining nochmals getestet werden konnten reizte der Vergleich dieser Gruppe trotz der kleinen Fallzahl (Tab. 4). Tabelle 4 ------------------------------------------------------------- Ruhe 25Watt 50 Watt 75 Watt -------- --------- ---------- ---------- SS SD SS SD SS SD SS SD ------------------------------------------------------------- Trainierte 7 8 35 1 9 9 21 3 18 5 27 1 20 5 25 1 Untrainierte 8 9 33 8 9 4 19 9 9 6 17 6 8 1 13 0 ------------------------------------------------------------- Hierbei fällt auf daß die Trainierten bei höheren Wattstufen der Belastung eine stärkere Eukymatie sowohl von S als auch von D entwickeln wobei die durchschnittliche Herzfrequenz nur um 5 Schläge/min niedriger liegt als bei den Untrainierten. Wesentlich ist hier also nur daß auch S in die frequenzunabhängige Eukymatietendenz einbezogen wird - möglicherweise ist das wie auch die schon niedrigere durchschnittliche Belastungsherzfrequenz ein echter Trainingseffekt. Besprechung und Ergebnisse Es muß zunächst darauf hingewiesen werden daß es sich bei den hier errechneten Korrelationen um sog. formale Korrelationen handelt [10] da die in die Rechnung einbezogenen Grundgrößen bereits voneinander abhängig sind und da andererseits weder Quotienten noch Streuungen im rein mathematischen Sinne derart rechnerisch behandelt werden dürfen. Indessen ergibt sich keine andere Möglichkeit die Abhängigkeiten darzustellen. Es wurden deshalb wenigstens parameterfreie Rechnungsarten angewandt (Spearmansche Rangkorrelation) die Ränge so wie Meßwerte (Lienert) behandeln ohne daß Klarheit über deren Verteilung vorausgesetzt werden kann. Auch der Test nach Mann-Withney ist als ein derartiges Verfahren anzusprechen. Die erhobenen Befunde gestatten die Aussage daß unter Ruhebedingungen die DD also die Erholungsphase des Herzmuskels eine größere rhythmische Breite eine Eukymatie besitzt die als bioökonomisch bewertet werden muß. Unter Belastung nimmt diese Eukymatie stärker als es dem Frequenzzuwachs entspricht ab und paßt sich mit hoher korrelativer Güte an die erzwungene höhere Herzfrequenz an; d. h. das Herz wird in seiner Erholungsphase betont unökonomischer. Die SD dagegen zeigt eine völlig frequenzunabhängige gleichbleibend hypokymatische Situation. Dieses Verhalten scheint durch körperliches Training günstig beeinflußbar zu sein. Über die physiologischen Veränderungen der Herzzeiten soll hier im einzelnen nicht berichtet werden es sei nochmals auf die zusammenfassende Darstellung von Jordan verwiesen. Dort wurde auch festgestellt daß Sportler also Trainierte eine höhere Herzzeitstreuung aufweisen und daß eine Sympathikotonie mit einer hypokymatischen Tendenz verbunden ist; Ergebnisse die hier wieder bestätigt werden konnten. Auf die relative Hypokymatie Herzkranker gegenüber Gesunden ist von uns bereits vor 12 Jahren aufmerksam gemacht worden [7]. Über die Frequenzabhängigkeit der einzelnen Herzzeiten besonders eben der Austreibungszeit wurde vielfach berichtet und für diese eine negative Korrelation festgestellt [2 9 19]. Außerdem sind Untersuchungen zur Koronardurchblutung in Abhängigkeit von der Länge der DD durchgeführt worden die allerdings annehmen lassen. daß die DD die Größe der koronaren Durchblutung nicht wesentlich limitiert [5] dies im Gegensatz zu früheren Anschauungen etwa von Sabiston und Gregg. Bedeutsam erscheint aber daß D sehr gut mit der Leistungskapazität des Organismus korreliert ist [15]. Sicherlich unterstreicht das zusammen mit dem Befund der ausgesprochenen Eukymatie dieser Erholungsphase des Herzmuskels die hohe bioökonomische Bedeutung der Diastole. Die von uns festgestellten Ruhewerte von S und D sowie deren Streubreite entsprechen in etwa den von Millahn erhobenen Befunden [14] der für eine mittlere S von 290 ms rund 10 ms Streubreite angibt. Wenn man die Austreibungszeit mit der Gesamtsystolendauer gleichsetzen darf (da sich auch die Anspannungszeit negativ zur Herzfrequenz korreliert [14]) kann man auch nach unseren Befunden (d. h. auch für Koronarkranke) bestätigen daß eine zunehmende Verkürzung von S mit wachsender Herzfrequenz eintritt. Vereinzelt sind Diskrepanzen zwischen dem Verhalten der Austreibungszeit und ihrem Erwartungswert der Frequenzabhängigkeit bei Belastungsversuchen mitgeteilt worden [17]. Diese Aussage ist zunächst nicht weiter ergiebig. Unsere Untersuchungen erweitern diese Funktionsbeziehungen im Hinblick auf ihre biorhythmologische Relevanz. Und da die Funktion der Organe so gut wie immer eine rhythmische Zeitgestalt besitzt und mithin der funktionellen Rhythmik eine wesentliche Bedeutung für die Bioökonomie zukommen muß möchten wir in diesem unseren Versuchsansatz eine weitere Möglichkeit sehen funktionsdiagnostische Einblicke in die Kardiodynamik zu erhalten. Das Absinken von S mit zunehmender Herzfrequenz hat ebenfalls Millahn bestätigt. Er hat ferner den gleichen Quotienten wie wir aus S und D untersucht. Auch er fand eine gute Korrelation dieses Parameters zur Herzfrequenz (r = -0 77). Das Verhältnis von S zu D zeigte sich uns jedoch nicht abhängig davon ob eine bestimmte Herzfrequenz in Ruhe oder in Belastung vorliegt wie dies bei den Streuungswerten der Fall war. Zur Frage der Trainingsabhängigkeit resp. des Aussagewertes über einen Trainingseffekt mittels dieses Quotienten worauf Millahn abzielte konnten wir noch keine Stellung nehmen. Da sich D unter Belastung erheblich strammer zur (erzwungenen) Herzfrequenz korreliert hebt sich offenbar der Effekt der größeren Streubreite dieses Parameters wieder auf. Immerhin ist bemerkenswert daß es unter Trainingsbedingungen zu einer rhythmologischen Begünstigung der S kommt (relative Eukymatie). Diesen Befunden weiter unter Trainingsbedingungen nachzugehen ist das Ziel nächster Untersuchungen. Zusammenfassung Es werden Untersuchungen mit einer neuentwickelten Apparatur zur fortlaufenden getrennten Messung der Herzperiodendauer der Systolen- (SD) und Diastolendauer (DD) mitgeteilt. Deren Streubreite mit anderen Worten die rhythmologische Güte dieser Herzphasen wird auf ihre Abhängigkeit von der Grundfrequenz in Ruhe und unter dosierter Fahrradergometerbelastung untersucht. Es zeigt sich daß die DD (=Erholungsphase) des Herzens in Ruhe eine bessere Rhythmik (= Eukymatie) aufweist als die SD. Bei durch Belastung erzwungener höherer Herzfrequenz ist diese Eukymatie erheblich und stärker frequenzkorreliert eingeengt gegenüber der gleichen Herzfrequenz ohne Belastung. Dies trifft für die SD nicht zu. Trainierte weisen gegenüber Nichttrainierten eine relative Eukymatie auch der SD auf. Es ergibt sich ferner daß ein frequenzunabhängiger Altersgang des Herzens in Richtung einer Hypokymatie vorliegt wobei sich die Hypokymatie des geschädigten Herzens dieser Altershypokymatie die bisher nur für Gesunde beschrieben worden war überlagert. Die Untersuchungen zeigen weiterhin daß es für die Herztätigkeit offenbar auch rhythmologische Aspekte des Trainings gibt. Literatur 1. Brauch F. u. K. P. Pressler Dtsch. Arch. klin. Med. 198 588 (1951). 2. Diamant B. u. T. Killip Circulation 42 579 (1970). 3. Fleisch A. in: Handb. biol. Arb.-Meth. (hrsg.v. A. 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Keyword(s): Biorhythmik Herzperiode Systolen- und Diastolendauer

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