Herzratenvariabilität – ein Überblick

Dr. Rollin McCraty, Forschungsdirektor des HeartMath® Institute

I. Einleitung

Das Forschungszentrum des HeartMath® Instituts hat physiologische Mechanismen untersucht, mit denen Herz und Gehirn kommunizieren, und den Einfluss der Aktivität des Herzens auf Wahrnehmungen, Emotionen, Intuition und Gesundheit. In den frühen neunziger Jahren zählten wir zu den Ersten, die Forschungsarbeiten durchführten, welche nicht nur untersucht haben, welchen Einfluss stressreiche Emotionen auf die Aktivität im autonomen Nervensystem und im Hormon- sowie Immunsystem haben, sondern auch welche Auswirkungen Emotionen wie Wertschätzung, Mitgefühl und Fürsorge haben. Über die Jahre haben wir zahlreiche Studien durchgeführt, die viele verschiedene physiologische Maßgrößen angewandt haben, wie EEG (Gehirnströme), SCL (Hautleitfähigkeit), EKG (Herz), BD (Blutdruck), Hormonspiegel, usw. Regelmäßig waren es jedoch Herzratenvariabiliät oder Herzrhythmen, welche als dynamischster und reflektorischster Indikator der emotionalen Verfassung und der Dynamiken des autonomen Nervensystems aufgefallen waren. Es wurde deutlich, dass stressreiche oder erschöpfende Emotionen, wie Frustration und Überforderung, zu erhöhten Störungen in den übergeordneten Hirnzentren führen, was sich in den Herzrhythmen widerspiegelt und die Funktionsweise so ziemlich aller körperlichen Systeme nachteilig beeinflusst. Dies führte schließlich zu einem viel tieferen Verständnis neuraler und anderer Kommunikationswege zwischen Herz und Gehirn. Seitdem haben zahlreiche Studien gezeigt, dass die Herzkohärenz ein optimales status-spezifisches physiologisches Schema darstellt, welches mit erhöhten kognitiven Funktionen, selbstregulierenden Fähigkeiten, emotionaler Stabilität und Belastbarkeit in Verbindung gebracht wird, und dass Menschen lernen können, spontan in den kohärenten Status zu wechseln.

Unsere Studien zeigen, wie auch die von anderen, dass das Herz viel mehr ist, als eine einfache Pumpe. Genaugenommen ist das Herz ein Informationsverarbeitungszentrum mit seinem eigenen funktionsfähigen „Gehirn“, gemeinhin Herz-Gehirn genannt, welches über das Nervensystem, Hormonsystem oder andere Wege mit dem kranialen Gehirn kommuniziert und dieses beeinflusst. Diese Einflüsse wirken sich hochgradig auf die Gehirnfunktion sowie viele der wichtigsten Körperorgane aus und spielen eine wichtige Rolle für die mentale und emotionale Erfahrung und unsere Lebensqualität. Eine gesunde und optimale Funktion ist die Folge von fortlaufenden, dynamischen und bidirektionalen Interaktionen zwischen verschiedenen neuralen, hormonalen und mechanischen Kontrollsystemen auf lokalen sowie zentralen Ebenen. Gemeinsam befinden sich diese dynamischen, verbundenen, physiologischen und psychologischen Regulierungssysteme niemals wirklich im Ruhezustand und sind gewiss niemals statisch. Inzwischen wissen wir beispielsweise, dass der normale Rhythmus des Herzens im Ruhezustand stark schwankt und nicht eintönig regelmäßig ist, was für viele Jahre die verbreitete Auffassung war. Im Abschnitt Herzratenvariabiliät (HRV) wird dies näher erläutert.

II. Kommunikation zwischen Herz und Gehirn

Traditionell wurde die Erforschung der Kommunikationswege zwischen „Kopf“ und Herz aus einer eher einseitigen Perspektive angegangen, wobei der Fokus hauptsächlich auf Reaktionen des Herzens auf die Befehle des Gehirns lag. Jedoch ist die Kommunikation zwischen Herz und Gehirn ein dynamischer, fortlaufender Dialog in beide Richtungen, bei dem jedes Organ kontinuierlich die Funktionsweise des anderen beeinflusst. Studien haben gezeigt, dass das Herz auf vier wesentliche Arten mit dem Gehirn kommuniziert: neurologisch (durch die Übertragung von Nervenimpulsen), biochemisch (über Hormone und Neurotransmitter), biophysikalisch (über die Blutdruckwelle) und energetisch (über Wechselwirkungen elektromagnetischer Felder). Die Kommunikation über all diese Kanäle hat Einfluss auf die Aktivität des Gehirns und unsere Leistungsfähigkeit.

Neurokardiologie: Das Herz-Gehirn

Anatomie und Funktionsweisen des intrinsischen kardialen Nervensystems sowie dessen Verbindung mit dem Gehirn wurden im Bereich der Neurokardiologie ausführlich erforscht. [1, 2] In Bezug auf die Kommunikation zwischen Herz und Gehirn ist allgemein bekannt, dass die efferenten (absteigenden) Wege im autonomen Nervensystem (ANS) an der Regulierung des Herzens beteiligt sind. Jedoch wird weniger gewürdigt, dass der Großteil der Fasern in den Vagusnerven von Natur her afferent (aufsteigend) ist.

Hinzu kommt, dass eine größere Anzahl dieser aufsteigenden neuralen Bahnen mit dem Herzen (und dem kardiovaskulären System) verbunden sind, als mit jeglichen anderen Organen. Das bedeutet, dass das Herz mehr Informationen an das Gehirn sendet, als das Gehirn an das Herz. Neuere Studien zeigen, dass die neuralen Interaktionen zwischen Herz und Gehirn komplexer sind, als zuvor angenommen wurde. Dazu hat das intrinsische kardiale Nervensystem sowohl ein kurzfristiges als auch langfristiges Erinnerungsvermögen und kann unabhängig von zentralen neuronalen Befehlen handeln.

Sobald Informationen durch das intrinsische Nervensystem des Herzens verarbeitet sind, werden die entsprechenden Signale zum Sinusknoten des Herzens und zu anderem Gewebe im Herzen gesendet. Unter normalen physiologischen Konditionen spielt das intrinsische Nervensystem des Herzens also eine wichtige Rolle bei einem Großteil der Routinekontrollen kardialer Funktionen, unabhängig vom zentralen Nervensystem. Das intrinsische Nervensystem des Herzens ist für die Aufrechterhaltung der kardiovaskulären Stabilität und Effizienz unerlässlich. Ohne es kann das Herz nicht richtig arbeiten. Die neuralen Signale oder „Botschaften“ des intrinsischen kardialen Nervensystems verlaufen über aufsteigende Bahnen zum Gehirn, sowohl in der Wirbelsäule, als auch über Vagusnerven, wo sie zum Knochenmark, Hypothalamus, Thalamus und Mandelkern verlaufen und anschließend zur Großhirnrinde. Die Bahnen des Nervensystems zwischen Herz und Gehirn werden in Abbildung 1 dargestellt und die primären afferenten Bahnen des Gehirns in Abbildung 2.

Abbildung 1. Die Bahnen der neuralen Kommunikation zwischen Herz und Gehirn sind verantwortlich für die Bildung der HRV. Das intrinsische kardiale Nervensystem fasst Informationen des extrinsischen Nervensystems und sensorischer Neuriten im Herzen zusammen. Die extrinsisch kardialen Ganglien, welche sich in der Brusthöhle befinden, haben Verbindungen zur Lunge und Speiseröhre und sind indirekt über das Rückenmark mit vielen anderen Organen verbunden, einschließlich Haut und Arterien. Der Vagusnerv (parasympathisch) besteht hauptsächlich aus afferenten (zum Gehirn fließenden) Fasern, die mit dem Knochenmark verbunden sind. Die extrinsisch kardialen Ganglien, welche sich in der Brusthöhle befinden, sind mit Organen wie Lunge und Speiseröhre direkt und über das Rückenmark mit vielen anderen Organen verbunden, einschließlich Haut und Arterien. Die sympathisch afferenten Nerven verbinden sich erst mit den extrinsisch kardialen Ganglien (ebenfalls ein Verarbeitungszentrum) und dann mit dem Spinalganglion und dem Rückenmark. Sobald extrinsische Signale das Knochenmark erreichen, verlaufen sie zu subkortikalen Bereichen (Thalamus, Mandelkern, usw.) und anschließend zu höheren kortikalen Bereichen.

Abbildung 2. Diagramm der derzeit bekannten afferenten Bahnen, über welche Informationen vom Herzen und kardiovaskulären System die Aktivität des Gehirns regulieren. Beachten Sie die direkten Verbindungen vom NTS zu Amygdala, Hypothalamus und Thalamus. Obwohl es nicht zu sehen ist, gibt es Anzeichen dafür, dass es eine Bahn vom dorsalen vagalen Komplex gibt, welche direkt zum frontalen Kortex verläuft.

Herzratenvariabilität: Ein Indikator für die Fähigkeit der Selbstregulierung, autonome Funktionen und Gesundheit

Das autonome Nervensystem (ANS, Abbildung 3) ist der Teil des Nervensystems, der die meisten Funktionen des Körpers kontrolliert, einschließlich der Herzfrequenz, des Magen-Darm-Trakts und der Sekretion einiger Drüsen. Das ANS Kontrolliert auch viele weitere vitale Aktivitäten, wie die Atmung, und interagiert mit Funktionen des Immun- und Hormonsystems. Es ist bekannt, dass mentale und emotionale Zustände die Aktivität im ANS direkt beeinflussen.

Abbildung 3. Nervale Versorgung der wichtigsten Organe durch das autonome Nervensystem (ANS). Parasympathische Fasern befinden sich hauptsächlich in den Vagusnerven, aber einige, die subdiaphragmatische Organe regulieren, verlaufen durch das Rückenmark. Auch die sympathischen Fasern verlaufen durch das Rückenmark. Durch eine falsche Funktion des ANS können zum Teil verschiedene Gesundheitsprobleme auftreten. Emotionen können die Aktivität in beiden Teilen des ANS beeinflussen. Zum Beispiel ruft Wut eine erhöhte sympathische Aktivität hervor, während viele Entspannungstechniken die parasympathische Aktivität erhöhen.

Das autonome Nervensystem muss als komplexes System angesehen werden, in dem sowohl efferente (absteigende) als auch afferente (aufsteigende) Nervenzellen adaptive Reaktionen regulieren. Weitreichende Anzeichen deuten darauf hin, dass die Entwicklung des ANS, genau genommen der Vagusnerven, eine zentrale Rolle spielt für die Entwicklung emotionaler Erfahrungen sowie für die Fähigkeit, emotionale Prozesse und soziale Verhaltensweisen selbst zu regulieren, und dass es dem System der gesellschaftlichen Verpflichtung unterliegt. Als menschliche Wesen sind wir nicht darauf beschränkt, Reaktionen zu bekämpfen, ihnen zu entfliehen oder sie zu blockieren. Wir können soziale Verhaltensweisen selbst regulieren und einleiten, wenn wir Herausforderungen, Unstimmigkeiten und Stressfaktoren gegenüberstehen. Eine gesunde Funktion des Systems der gesellschaftlichen Verpflichtung hängt von der richtigen Funktionsweise der Vagusnerven ab, die als „vagale Bremse“ agieren. Dieses System unterliegt der Fähigkeit eines Einzelnen, sich selbst zu steuern und zu beruhigen, indem ein sympathischer Abfluss zu Zielen wie dem Herzen und den Adrenaldrüsen, gehemmt wird. Dies impliziert, dass Messungen vagaler Aktivitäten als Kennzeichen für die eigene Fähigkeit, sich selbst zu steuern, dienen könnten. Es deutet ebenfalls darauf hin, dass die Entwicklung und gesunde Funktionsweise des ANS die Grenzen für den Umfang des eigenen emotionalen Ausdrucks, der Kommunikationsqualität und der Fähigkeit, Emotionen und Verhaltensweisen selbst zu steuern, bestimmt. [7]

Die Untersuchung der komplexen Rhythmen des Herzens, oder HRV, begann mit dem Aufkommen moderner Signalverarbeitung in den sechziger und siebziger Jahren und hat sich in letzter Zeit rasant ausgebreitet. [8] Das unregelmäßige Verhalten des Herzschlags ist gleich sichtbar, wenn die Herzfrequenz auf Basis einzelner Herzschläge untersucht wird, wird aber schnell übersehen, wenn ein Mittelwert im Verlauf der Zeit berechnet wird. Diese Schwankungen in der Herzfrequenz resultieren aus komplexen, nicht linearen Interaktionen zwischen vielen verschiedenen physiologischen Systemen.

Abbildung 4. Die Herzratenvariabilität ist eine Maßeinheit normal auftretender Veränderungen der Herzfrequenz zwischen zwei Herzschlägen. Das Elektrokardiogramm (EKG) wird unten gezeigt und die augenblickliche Herzfrequenz wird durch die blaue Linie dargestellt. Die Zeit zwischen jedem Herzschlag (blaue Linie) zwischen 0 und etwa 13 Sekunden wird zunehmend kürzer und die Herzfrequenz wird schneller und beginnt sich dann nach etwa 13 Sekunden zu verlangsamen. Dieses Muster der Herzfrequenzbeschleunigungen und -verlangsamungen ist die Basis für Herzrhythmen.

Ein optimales Niveau an HRV innerhalb eines Organismus spiegelt gesunde Funktionen und dazugehörige selbstregulierende Fähigkeiten, Anpassungsvermögen und Widerstandsfähigkeit wider. [5, 9-14] Während zu viel Instabilität, wie Arrhythmien oder ein Durcheinander im Nervensystem, nachteilig sind für eine effiziente physiologische Funktion und Energienutzung, weisen zu wenig Änderungen auf eine altersbedingte Abnutzung des Systems, chronischen Stress, Pathologie oder mangelhafte Funktionen in verschiedenen Bereichen des selbstregulierenden Kontrollsystems hin. [8, 15, 16]

Die Wichtigkeit der HRV als Kennziffer für den funktionalen Status physiologischer Kontrollsysteme wurde schon 1965 erkannt, als herausgefunden wurde, dass fetalem Distress ein Rückgang der HRV vorausging, bevor überhaupt Veränderungen in der Herzfrequenz selbst auftraten. [17] In den siebziger Jahren wurde gezeigt, dass HRV autonome Neuropathie bei Diabetespatienten voraussagt, bevor die Symptome einsetzen. [18-20] Es wurde auch herausgefunden, dass eine niedrige HRV einen größeren Risikofaktor für den Tod nach einem Postmyokardinfarkt darstellt als andere Risikofaktoren. [21] Es wurde nachgewiesen, dass HRV mit dem Alter abnimmt und dass im Zusammenhang mit der Risikoeinschätzung altersangepasste Werte verwendet werden sollten. [22] Es wurde bestätigt, dass eine niedrige altersangepasste HRV ein starkes, unabhängiges Anzeichen für zukünftige Gesundheitsprobleme darstellt, sowohl bei gesunden Menschen als auch bei Patienten mit einer bekannten koronaren Arterienkrankheit, und mit der Gesamtsterblichkeit in Verbindung steht. [23, 24]

Basierend auf indirekten Nachweisen ist es möglich, dass eine niedrige HRV mit Krankheit und Mortalität in Verbindung steht, weil dies eine verringerte Fähigkeit zur Regulierung und zur Antwort/Reaktion auf physiologische Herausforderungen, wie Trainingsübungen, widerspiegelt. Zum Beispiel wurden in der Studie „Chicago Health, Aging and Social Relations“ gesonderte Metriken für die Bewertung des autonomen Gleichgewichts und der gesamthaften kardialen autonomen Regulierung entwickelt und an 229 Teilnehmern getestet. In dieser Studie war die allgemeine Regulierungsfähigkeit ein ausschlaggebendes Anzeichen für den allgemeinen Gesundheitszustand, das autonome Gleichgewicht war es jedoch nicht. Außerdem wurde die kardiale Regulierungsfähigkeit negativ mit vorausgehenden Herzanfällen in Beziehung gesetzt.

Die Verfasser sind der Ansicht, dass die kardiale Regulierungsfähigkeit einen physiologischen Zustand widerspiegelt, der für die Gesundheit relevanter ist als unabhängige sympathische und parasympathische Kontrollen oder das autonome Gleichgewicht zwischen diesen Kontrollen, wie sie bei verschiedenen HRV Messungen berechnet werden. [25]

Die Herzratenvariabilität deutet auch auf psychologische Abwehrkraft und verhaltensbasierte Flexibilität hin und spiegelt damit die Fähigkeit eines Einzelnen wider, sich selbst zu steuern und erfolgreich an veränderliche soziale oder umweltbedingte Anforderungen anzupassen. [25, 26] Immer mehr Studien haben die vagusvermittelte HRV mit selbstregulierenden Fähigkeiten [13, 14, 27], emotionaler Steuerung [28, 29], sozialen Interaktionen [11, 30], dem Kohärenzgefühl einer Person [31] und den charakterlichen Persönlichkeitsmerkmalen der Selbststeuerung [32] sowie der Bewältigungsstile [33] konkret in Verbindung gebracht. Erst kürzlich haben verschiedene Studien eine Verbindung zwischen einer höheren Ruhe-HRV und der Ausführung von Aufgaben zur kognitiven Leistungsfähigkeit dargelegt, welche den Einsatz exekutiver Funktionen erfordern. [15] HRV-Kohärenz (später beschrieben) kann erhöht werden, um kognitive Funktionen [5, 34-36]. Sowie viele klinische Resultate, einschließlich der Kosten für das Gesundheitssystem, zu verbessern. [9, 37-42]

Selbstregulierung: Kortikale Systeme

Umfangreiche Belege aus medizinischen, physiologischen und anatomischen Untersuchungen haben kortikale, subkortikale und Medulla Oblongata Strukturen identifiziert, die an der kardialen Steuerung beteiligt sind. Oppenheimer und Hopkins haben eine detaillierte Rangfolge kardialer Kontrollstrukturen inmitten des Kortex, der Amygdala und anderen subkortikalen Strukturen abgebildet, von denen alle kardiovaskulär-ähnliche Neuronen in den unteren Bereichen der Neuralachse verändern können (Abbildung 5). [43] Sie geben an, dass die Amygdala in die präzise Integration emotionaler Inhalte in höheren Bereichen involviert ist, um kardiovaskuläre Reaktionen hervorzubringen, welche für die emotionalen Aspekte aktueller Umstände angemessen sind. Der Inselcortex und andere Zentren, wie der orbitofrontale Cortex und der Gyrus Cingulus, können emotional beeinflusste Reaktionen überwinden (steuern), indem diese blockiert oder verbessert werden. Sie weisen auch darauf hin, dass ein Ungleichgewicht zwischen Neuronen in der Insula, der Amygdala und dem Hypothalamus Störungen und Arrhythmien im Herzrhythmus auslösen kann. Die Ergebnisse zeigen, dass der Inselcortex sowie der mediale präfrontale Kortex entscheidend in die Anpassung des Herzrhythmus involviert sind, besonders während emotionsgeladener Umstände.

Abbildung 5. Schematische Darstellung, welche die Beziehung zwischen den wesentlichen absteigenden neuralen Kanälen vom Insel- und präfrontalen Kortex hin zu subkortikalen Strukturen und der Medulla Oblongata darlegt, so wie sie von Oppenheimer und Hopkins beschrieben wurde. [43] Der Insel- und präfrontale Kortex sind entscheidend in die Anpassung des Herzrhythmus involviert, besonders während emotionsgeladener Umstände. Diese Strukturen allein können mit anderen Zentren, wie dem orbitofrontalen Kortex und Gyrus cingulus, emotionale Reaktionen unterbinden oder verbessern. Die Amygdala ist in die präzise Integration emotionaler Inhalte in höheren Bereichen involviert, um kardiovaskuläre Reaktionen hervorzubringen, welche für die emotionalen Aspekte „aktueller“ Umstände angemessen sind. Ungleichgewichte zwischen Neuronen in der Insula, der Amygdala und dem Hypothalamus können Störungen und Arrhythmien im Herzrhythmus auslösen. Die Strukturen in der Medulla stellen eine Schnittstelle zwischen eingehenden afferenten Informationen des Herzens, der Lunge sowie anderer Körpersysteme und ausgehenden efferenten neuronalen Aktivitäten dar. [43]

Thayer und Lane haben die gleiche von Oppenheimer und Hopkins dargestellte Zusammensetzung neuraler Strukturen beschrieben, welche sie das zentrale autonome Netzwerk (CAN) nennen. Das CAN ist an kognitiven, emotionalen und autonomen Regulierungen beteiligt, welche sie direkt mit HRV und kognitiver Leistungsfähigkeit in Verbindung gebracht haben. In ihrem Modell verbindet das CAN den Nucleus Tractus Solitarius in der Medulla mit Insula, präfrontalem Kortex, Amygdala und Hypothalamus durch eine Abfolge von Feedback- und Feedforward-Schleifen. Sie erklären außerdem, dass dieses Netzwerk ein integriertes System der internen Selbstregulierung darstellt, durch welches das Gehirn das Herz und andere interne Organe, neuroendokrine und verhaltensbasierte Reaktionen, welche entscheidend sind für zielgerichtete Verhaltensweisen, sowie die Anpassungsfähigkeit und kontinuierliche Gesundheit kontrolliert. Sie legen dar, dass diese dynamischen Verbindungen erklären, warum die parasympathisch (vagal) vermittelte HRV mit exekutiven Funktionen höherer Ebenen verbunden ist und die Funktionsfähigkeit der Gehirnstrukturen widerspiegelt, welche das Arbeitsgedächtnis sowie die emotionale und physiologische Selbstregulierung unterstützt. Sie haben gezeigt, dass höhere Ebenen vagusvermittelter HRV mit präfrontaler kortikaler Leistung und der Fähigkeit, ungewollte Erinnerungen sowie aufdringliche Gedanken zu blockieren, in Beziehung stehen. Der präfrontale Kortex kann „ausgeschaltet“ werden, wenn Personen bemerken, dass sie gefährdet sind. Und anhaltende Phasen präfrontaler kortikaler Inaktivität können zu extremer Wachsamkeit, Defensivität und sozialer Isolation führen. Während dieser Reduzierung an präfrontaler kortikaler Aktivierung nimmt HR zu und HRV ab. [15]

Der Nucleus Tractus in der Medulla Oblongata integriert afferente sensorische Informationen von Propriozeptoren (Körperposition), Chemorezeptoren (Blutchemie) und Mechanorezeptoren, auch Barorezeptoren genannt, (Pression und Distorsion) des Herzens, der Lunge und des Gesichts. Der Nucleus Tractus ist mit dem dorsal motorischen Vaguskern und dem Nucleus Ambiguus verbunden. Die Neurokardiologieforschung deutet darauf hin, dass absteigende vagale Fasern, welche das Herz kräftigen, hauptsächlich A-Fasern sind, welche die größten und schnellsten leitfähigen Axone sind, die aus Nervenzellen entstehen, die vorrangig im Nucleus Ambiguus zu finden sind. Der Nucleus Ambiguus erhält und integriert Informationen der kortikalen und subkortikalen Systeme, welche oben beschrieben wurden. Somit reagieren die vagalen Regulierungszentren auf periphere sensorische (afferente) Einflüsse und Einflüsse aus dem höheren Hirnzentrum, um neuronale Abflüsse anzupassen, was in vagusvermittelten Veränderungen der HR zwischen zwei Herzschlägen resultiert.

Eine erhöhte efferente Aktivität in den Vagusnerven (auch zehnter Hirnnerv genannt) verlangsamt HR und steigert den bronchialen Tonus. Die Vagusnerven sind die Hauptnerven für das parasympathische System, und sie innervieren das intrinsische kardiale Nervensystem. Einige dieser Verbindungen bilden eine Synapse mit motorischen Neuronen im intrinsischen kardialen Nervensystem. Und diese Neuronen projizieren direkt auf den Sinusknoten (sowie anderem Gewebe im Herzen), wo sie dafür sorgen, dass die Freisetzung von Acetylcholine die HR verlangsamt. [45] Der Großteil der efferenten präganglionären Vagus-Neuronen (~80%) ist mit lokalen Verschaltungsneuronen im intrinsischen kardialen Nervensystem verbunden, wo motorische Informationen mit Einflüssen von mechanosensorischen und chemosensorischen Neuronen im Herzen verbunden werden. [46] Daher ist die efferente sympathische und parasympathische Aktivität in die Aktivität im intrinsischen Nervensystem des Herzens integriert und mit ihr verbunden, einschließlich der Eingangssignale von mechanosensorischen und chemosensorischen Neuronen im Herzen, von denen letztlich alle zu kardialen Funktionsveränderungen zwischen zwei Herzschlägen beitragen. [6]

Zusammenfassend ist das kardiorespiratorische Kontrollsystem komplex. Informationen von vielen Einflüssen werden auf verschiedenen Ebenen des Systems integriert, von denen alle für die Generierung einer normalen Variabilität zwischen zwei Herzschlägen bei HR und BP wichtig sind. Die Medulla Oblongata ist die Hauptstruktur, die eingehende afferente Informationen vom Herzen, der Lunge und dem Gesicht mit eingehenden Informationen kortikaler und subkortikaler Strukturen verbindet und die Quelle der respiratorischen Modulation von Aktivitätsmustern des sympathischen und parasympathischen Abflusses ist. Das intrinsische kardiale Nervensystem kombiniert Inputs mechanosensorischer und chemosensorischer Neuronen mit efferenten Informationen sympathischer und parasympathischer Zuflüsse aus dem Gehirn und beeinflusst als Gesamtsystem HRV, Vasokonstriktionen und kardiale Kontraktionsfähigkeit, um HR und Blutdruck regulieren zu können. [47]

HRV und Analyseverfahren

Die normale Variabilität der Herzfrequenz resultiert aus absteigenden (efferenten) und aufsteigenden (afferenten) Aktivitäten in den zwei Bereichen des ANS, welche gemeinsam agieren, zusammen mit mechanischen, hormonellen und anderen physiologischen Mechanismen, die dazu dienen, kardiovaskuläre Parameter in ihren optimalen Bereichen zu halten und angemessene Anpassungen an veränderte externe und interne Gegebenheiten und Herausforderungen zu ermöglichen.

Im Ruhezustand sind sowohl sympathische als auch parasympathische Nerven tonisch aktiv, wobei vagale Auswirkungen überwiegen. Deshalb spiegelt die Herzfrequenz das relative Gleichgewicht zwischen sympathischen und parasympathischen Systemen am besten wider. Wenn von autonomem Gleichgewicht gesprochen wird, sollte beachtet werden, dass sich ein gesundes System stetig und dynamisch ändert. Deshalb ist ein wichtiger Indikator für den Gesundheitszustand des Regulierungssystems, dass die Fähigkeit vorhanden ist, auf das relative autonome Gleichgewicht, was durch die Herzfrequenz widergegeben wird, zu reagieren und dieses anzupassen, so dass ein angemessener Zustand für was auch immer eine Person in einem bestimmten Moment tut, erreicht werden kann. Mit anderen Worten: Reagiert die HR dynamisch und ist am Tage höher oder wenn anspruchsvolle Aufgaben angegangen werden müssen, und im Ruhezustand oder während des Schlafens niedriger? Ein Unvermögen des physiologischen Selbstregulierungssystems, sich an aktuelle Gegebenheiten und Situationen anzupassen, wird mit zahlreichen Krankheitsbildern in Verbindung gebracht. [48] Auch eindeutige, veränderte, tagesperiodische Muster der 24-Stunden HRV, besonders während des Schlafs, stehen in Verbindung mit verschiedenen spezifischen psychiatrischen Erkrankungen. [49,50]

Die Herzfrequenz, gemessen zu jeder beliebigen Zeit, stellt das Nettoergebnis des neuralen Abflusses der parasympathischen Nerven, die HR verlangsamen, und der sympathischen Nerven dar, welche HR beschleunigen. In einem denervierten menschlichen Herz, in dem nach der Transplantation keine Verbindungen vom ANS zum Herz bestehen, liegt der von einem Schrittmacher (Sinusknoten) erzeugte intrinsische Rhythmus bei etwa 100 BPM. [51] Die parasympathische Aktivität überwiegt, wenn die HR bei normalen täglichen Abläufen und in Ruhezuständen oder im Schlaf unter diesem intrinsischen Rhythmus liegt. Ist HR über ~100 BPM, verlagert sich das relative Gleichgewicht und die sympathische Aktivität überwiegt. Die durchschnittliche HR über 24 Stunden beträgt bei gesunden Menschen ~73 BPM. Höhere HRs sind unabhängige Marker der Mortalität für ein breites Spektrum an Zuständen. [48]

Es ist wichtig, die natürliche Beziehung zwischen HR und der Höhe der HRV festzuhalten. Erhöht sich die HR, besteht zwischen den Herzschlägen weniger Zeit für das Auftreten von Variabilität, also verringert sich HRV, während bei niedrigeren HR mehr Zeit zwischen den Herzschlägen besteht und die Variabilität somit natürlicherweise zunimmt. Dies wird Taktdauerabhängigkeit genannt und verbleibt zu einem gewissen Teil im gesunden älteren Menschen, selbst in sehr fortgeschrittenem Alter. Ältere Menschen, die unter der ischämischen Herzkrankheit oder anderen Pathologien leiden, weisen bei sinkenden HR vermehrt eine niedrigere Variabilität auf und verlieren schlussendlich die Verbindung zwischen HR und Variabilität – bis hin zu dem Punkt, dass sich die Variabilität mit sinkender HR überhaupt nicht erhöht. Auch bei gesunden Probanden sollten die Auswirkungen der Taktdauerabhängigkeit berücksichtigt werden, wenn HRV bewertet wird, und HR Werte sollten immer berücksichtigt werden, besonders wenn sie durch Faktoren wie Stressreaktionen, Medikamente und physische Aktivitäten erhöht sind.

Eine Steigerung der sympathischen Aktivität stellt die bedeutendste Methode dar, um die HR über den vom Sinusknoten erzeugten intrinsischen Bereich hinaus zu erhöhen. Eine Aktivierung dieses Teils des ANS, gemeinsam mit der Aktivierung des endokrinen Systems, begünstigt die Fähigkeit, auf Herausforderungen, Stressfaktoren oder Bedrohungen zu reagieren, indem die Aktivierung von Energieressourcen erhöht wird.

Nach dem Einsetzen der sympathischen Stimulierung gibt es eine Verzögerung von bis zu 5 Sekunden, bevor die Stimulierung eine progressive Erhöhung der HR induziert, die innerhalb von 20 bis 30 Sekunden ein beständiges Niveau erreicht, wenn der Impuls kontinuierlich besteht. [47] Die relativ langsame Reaktion auf sympathische Stimulierung steht in direktem Gegensatz zur vagalen Stimulation, welche fast unverzüglich eintritt. Die Wirkung der sympathischen Stimulierung ist jedoch länger andauernd. Und sogar ein flüchtiger Impuls kann die HR für 5 bis 10 Sekunden beeinflussen. Efferente (absteigende) sympathische Nerven steuern über das intrinsische kardiale Nervensystem und über die Masse des Myokards (Herzmuskel) den Sinusknoten an. Von diesen motorischen Neuronen ausgeführte Handlungspotentiale lösen die Freisetzung von Norepinephrin (Noradrenalin)und Epinephrin (Adrenalin) aus, was die HR erhöht und die Kontraktionsfähigkeit der Atrien und Ventrikel stärkt.

HRV kann durch verschiedene analytische Methoden berechnet werden, wobei die weitverbreitetsten die frequenzanalytischen (spektrale Leistungsdichte) und zeitanalytischen Messungen sind. Bei beiden Methoden werden zunächst die Zeitintervalle zwischen jedem normalen aufeinanderfolgendem QRS-Komplex bestimmt. Alle abnormalen Herzschläge, die nicht vom Sinusknoten ausgelöst wurden, werden von der Aufzeichnung entfernt. Die Interaktionen zwischen autonomer neuraler Aktivität, BP sowie respiratorischen und höher gelegenen Kontrollsystemen erzeugt sowohl kurzzeitige als auch längerfristige Rhythmen bei HRV Messungen. [5, 53, 54] Die üblichste Form, diese Veränderungen zu beobachten, ist das Herzfrequenz-Tachogramm, eine Aufzeichnung der Abfolge von Zeitintervallen zwischen Herzschlägen (Abbildung 6).

Abbildung 6. Ein Beispiel des Herzfrequenz-Tachogramms, eine Darstellung der Abfolge von Zeitintervallen zwischen Herzschlägen in ambulanter Aufzeichnung eines 36-jährigen Mannes über einen Zeitraum von 8 Stunden. Jede der Ablauffolgen dauert eine Stunde, wobei die Startzeit der Stunde auf der linken Seite der Abbildung zu finden ist. Die Zeit zwischen jeder vertikalen Linie beträgt 5 Minuten. Die vertikale Achse zwischen jeder der stündlichen Ablauffolgen beziffert die Zeit zwischen den Herzschlägen (Interbeat Intervalle) im Bereich zwischen 400 und 1200 Millisekunden (Beschriftung in der zweiten Zeile). Ein 15-minütiger Zeitraum der HRV Kohärenz kann im letzten Teil der Stunde beobachtet werden, die 19:30 beginnt, als der Mann die Heart Lock-In® Technik von HeartMath angewendet hat. Der letzte Teil der Stunde, die um 23:30, beginnt ist typisch für einen erholsamen Schlaf.

Die Spektralanalyse wird angewendet, um komplexe HRV-Wellenformen in ihre zusammengesetzten Rhythmen zu separieren (Abbildung 7). Die Spektralanalyse liefert Informationen darüber, wie die Leistung (die Abweichung und der Ausschlag eines gegebenen Rhythmus) als eine Funktion der Frequenz (die Zeitdauer eines gegebenen Rhythmus) verteilt wird. Die größten Vorteile der Spektralanalyse gegenüber zeitanalytischen Messungen liegen darin, dass sowohl Frequenz-, als auch Amplitudendaten spezifischer Rhythmen, welche im HRV-Kurvenverlauf bestehen, bereitgestellt werden, was eine Möglichkeit bietet, verschiedene Oszillationen über einen bestimmten Zeitraum zu beziffern. Die Werte werden als spektrale Leistungsdichte widergegeben, was den Bereich unter der Kurve (Höhepunkt) in einer bestimmten Bandbreite des Spektrums darstellt. Die Leistungsdichte oder die Höhe des Spitzenwertes bei jeglicher gegebener Frequenz gibt den Ausschlag und die Stabilität des Rhythmus an. Die Frequenz stellt die Zeitspanne dar, während der ein Rhythmus ausgeführt wird. Eine Frequenz von 0,1 Hertz (Herzkohärenz) hat zum Beispiel eine Zykluszeit von 10 Sekunden. Um zu verstehen, wie die Spektralanalyse die verschiedenen zugrundeliegenden physiologischen Mechanismen unterscheidet, welche im Herzrhythmus widergespiegelt werden, ist eine kurze Betrachtung der zugrundeliegenden physiologischen Mechanismen hilfreich.

Abbildung 7. Die Abbildung zeigt eine typische HRV Aufzeichnung einer gesunden Person im Ruhezustand über einen Zeitraum von 15 Minuten. Die oberen Ablauffolgen zeigen die ursprüngliche HRV Wellenform. Filtertechniken wurden angewendet, um die ursprüngliche Wellenform in VLF, LF und HF-Bänder zu unterteilen, wie es in den unteren Ablauffolgen dargestellt wird. Der untere Bereich der Abbildung zeigt die Leistungsspektren (links) und den prozentualen Anteil der Leistungsdichte (rechts) jeder Bandbreite.

Das Leistungsspektrum wird in drei wichtige Frequenzbereiche aufgeteilt.

HF-Band

Das Hoch-Frequenz (HF) Spektrum umfasst die Leistungsdichte im Bereich von 0,15 bis 0,4 Hertz, was gleichzusetzen ist mit Rhythmen, die Zeitintervalle zwischen 2,5 und 7 Sekunden aufweisen. Diese Bandbreite spiegelt parasympathische oder vagale Aktivitäten wider und wird häufig als respiratorische Bandbreite bezeichnet, weil sie sich auf HR Schwankungen bezieht, die in Verbindung mit dem Atemzyklus stehen, was bekannt ist als respiratorische Sinusarrhythmie (RSA). Die Mechanismen, welche die HR-Schwankungen mit der Atmung verbinden, sind komplex und beinhalten sowohl zentrale als auch reflektorische Wechselwirkungen. [44] Während des Einatmens hindert das kardiorespiratorische Zentrum den vagalen Abfluss, was zu einer beschleunigten HR führt. Im umgekehrten Fall wird der vagale Abfluss beim Ausatmen wiederhergestellt, was zu einer verlangsamten HR führt. [55] Das Ausmaß der Oszillation ist variabel, aber bei gesunden Menschen kann es durch langsames und tiefes Atmen erhöht werden. Reduzierte parasympathische (HF) Aktivität wurde bei einigen kardialen Pathologien festgestellt, wie bereits zuvor beschrieben wurde. In Bezug auf die physiologische Regulierung wurde eine verringerte vagusvermittelte HRV mit einer reduzierten Fähigkeit zur Selbstregulierung in Verbindung gebracht und mit eingeschränkten kognitiven Funktionen, welche exekutive Zentren des präfrontalen Kortex einbeziehen. Dies steht im Einklang mit der Feststellung, dass eine niedrigere HF-Leistungsdichte mit Stress, Panik und Angst/Besorgnis in Verbindung steht. Eine niedrigere parasympathische Aktivität scheint eher für einen höheren Anteil an verringerter HRV während des Alterns verantwortlich zu sein als eine reduzierte sympathische Aktivität. [22]

LF-Band

Das Nieder-Frequenz (Low Frequency) Band umfasst die Leistungsdichte im Bereich von 0,04 bis 0,15 Hertz, was gleichzusetzen ist mit Rhythmen oder Modulationen, welche Zeitintervalle zwischen 7 und 25 Sekunden aufweisen. Diese Region wurde zuvor von vielen Forschern als „Barozeptor-Bereich“ oder „Mittelfrequenz-Band“ bezeichnet, da es hauptsächlich barorezeptorische Aktivitäten in der Ruhephase widerspiegelt. [56] Wie zuvor beschrieben, sind die vagalen Nerven ein wichtiger Kanal, durch den sowohl efferente als auch afferente neurologische Signale vom Herz zum Gehirn weitergeleitet werden, einschließlich Baroreflex-Signale. Barozeptoren sind ausdehnungsempfindliche Mechanorezeptoren, die in den Herzkammern und Hohlvenen, im Karotissinus (welcher die empfindsamsten Mechanorezeptoren aufweist) und dem Aortenbogen zu finden sind. Die Baroflex-Steigerung wird üblicherweise als Veränderung der HR zwischen den Herzschlägen pro Änderungseinheit im BP bemessen. Eine verringerte Baroflex-Steigerung steht in Zusammenhang mit Alterung und beeinträchtigten Regulierungsfähigkeiten. Die Existenz der Eigenfrequenz des kardiovaskulären Systems, welche durch Verzögerungen in den Rückkopplungsschleifen des Baroflex-Systems ausgelöst wird, ist lang bewiesen. Oszilliert das kardiovaskuläre System bei dieser Frequenz, besteht ein ausgeprägter Wert einer hohen Amplitude im HRV-Leistungsspektrum um 0,1 Hertz. Die meisten mathematischen Modelle zeigen, dass die Eigenfrequenz des menschlichen kardiovaskulären Systems durch Rückkopplungsschleifen zwischen Herz und Gehirn bestimmt wird. [57, 58] Bei Menschen und vielen Säugetieren liegt die Eigenfrequenz des Systems bei etwa 0,1 Hertz, entsprechend eines 10-Sekunden-Rhythmus, was auch für den kohärenten Zustand charakteristisch ist.

Das sympathische Nervensystem scheint nicht viel Einfluss auf Rhythmen über 0,1 Hertz zu haben, während beim parasympathischen System beobachtet werden kann, dass Herzrhythmen bis hinunter zu 0,05 Hertz (20 Sekunden Rhythmus) beeinflusst werden. Deshalb können vagale Aktivitäten in Phasen niedriger Atmungsraten leicht Oszillationen im Herzrhythmus hervorrufen, die in das LF-Band übergehen. [37, 59, 60] Daher sind atmungsbezogene efferent vagusvermittelte Einflüsse im LF-Band besonders präsent, wenn Atmungsraten unter 8,5 Atemzügen pro Minute (7-Sekunden-Zeiträumen) liegen oder wenn eine Person seufzt oder tief einatmet. [60, 61]

Bei ambulanten 24-Stunden HRV-Aufzeichnungen wurde die Hypothese aufgestellt, dass das LF-Band sympathische Aktivitäten widerspiegelt. Und das LF/HF-Verhältnis wurde kontroverserweise angewendet, um das Gleichgewicht zwischen sympathischen und parasympathischen Aktivitäten zu bestimmen. [62-64] Einige Forscher haben dieser Ansicht widersprochen und überzeugend argumentiert, dass das LF-Band in Ruhezuständen Baroflex-Aktivitäten widerspiegelt und nicht kardiale sympathische Innervation. [40, 71, 96, 105-107]

Die Auffassung, dass das LF-Band sympathische Aktivitäten widerspiegelt, stammt von Beobachtungen aus ambulanten 24-Stunden-Aufzeichnungen, bei denen häufige sympathische Aktivierungen auftreten, die hauptsächlich von physischen Aktivitäten resultieren, aber auch von emotionale Reaktionen, die Oszillationen der Herzfrequenz hervorrufen können, welche vom VLF-Band in den niedrigeren Bereich des LF-Bands überwechseln. Bei langfristigen ambulanten Aufzeichnungen nähert sich das LF-Band ziemlich an die sympathische Aktivität an, wenn eine erhöhte sympathische Aktivität auftritt. [65] Leider haben einige Autoren vermutet, dass dies auch kurzfristige Aufzeichnungen im Ruhezustand betrifft und haben langsamere, atmungsbezogene Steigerungen der LF-Leistungsdichte mit sympathischer Aktivität verwechselt, während diese tatsächlich fast gänzlich vagusvermittelt war.

VLF-Band

Das Very-Low-Frequency (VLF) Band umfasst die Leistungsdichte des HRV-Leistungsspektrums im Bereich von 0,0033 bis 0,04 Hertz, was gleichzusetzen ist mit Rhythmen oder Modulationen, welche Zeitintervalle zwischen 25 und 300 Sekunden aufweisen. Trotzdem alle klinischen 24-Stunden HRV-Messungen, die eine niedrige HRV aufweisen, mit einem erhöhten Risiko für nachteilige Folgen in Verbindung stehen, weist das VLF Band stärkere Assoziationen mit der Gesamtmortalität auf als die LF- und HF-Bänder. [24, 66-68] Es wurde bewiesen, dass eine niedrige VLF-Leistungsdichte mit Arrhythmie bedingten Todesfällen [69] und PTSD in Verbindung steht. [70] Zusätzlich wurde eine niedrige Leistungsdichte in diesem Band in einigen Studien mit hohen Entzündungswerten [71, 72] assoziiert und mit niedrigen Testosteronwerten in Beziehung gesetzt, während dies bei anderen biochemischen Markern nicht der Fall war, wie bei jenen, die durch die HPA-Achse vermittelt werden (z.B. Cortisol). [73] Längere Zeiträume sollten für 24-Stunden HRV Aufzeichnungen heranzogen werden, damit eine verständliche Bewertung von VLF und ULF Schwankungen möglich ist. [74]

Geschichtlich bedingt wurden physiologische Erklärungen und in die Bildung der VLF-Komponente einbezogene Mechanismen nicht so gut definiert wie dies bei den LF- und HF- Komponenten der Fall war. Dieser Bereich wurde größtenteils ignoriert, obwohl es sich um den berechenbarsten Teil handelt. Langfristige Regulierungs-Mechanismen und ANS-Aktivitäten in Verbindung mit der Thermoregulierung, dem Renin-Angiotensin-System und anderen hormonellen Faktoren scheinen in diesem Band mitzuwirken. [75, 76] Eine jüngste Arbeit von Dr. J. Andrew Armour hat Licht ins Dunkel der dem VLF Rhythmus unterliegenden Mechanismen gebracht und legt nahe, dass wir sowohl die Mechanismen als auch die Wichtigkeit dieses Bandes überdenken müssen.

Dieser Forschungsansatz entstand nach überraschenden Ergebnissen einer Studie, welche sich mit HRV bei autotransplantierten Herzen von Hunden beschäftigte. Bei der Autotransplantation wird das Herz herausgenommen und bei demselben Tier wieder eingepflanzt, sodass keine Medikamente gegen die Abstoßung notwendig sind. Die primäre Zielsetzung der Studie war es zu bestimmen, ob die autonomen Nerven das Herz nach der Transplantation reinnervieren. Monatliche 24-Stunden HRV Aufzeichnungen wurden über den Zeitraum eines Jahres bei allen Hunden mit autotransplantierten Herzen und auch Kontrollhunden durchgeführt. Es hat sich herausgestellt, dass die Nerven reinnerviert haben, aber auf eine Weise, die in der HRV nicht genau widergespiegelt wurde. Es wurde festgestellt, dass das intrinsische kardiale Nervensystem Neuroplastizität aufwies und seine neuralen Verbindungen neu strukturierte. Das wirklich überraschende Ergebnis war, dass diese wieder innervierten Herzen höhere Werte an HRV aufwiesen, als die Kontrollhunde bereits direkt nach der Transplantation, und diese Werte wurden über den Zeitraum eines Jahres aufrechterhalten, einschließlich der HRV, die üblicherweise mit der Atmung in Verbindung steht (Abbildung 8). [77] Das war unerwartet, da bei menschlichen Transplantationsempfängern sehr wenig HRV besteht. [78]

Abbildung 8. Durch ein transplantiertes Herz erzeugte Herzrhythmen Oben links sieht man das Herzfrequenz-Tachogramm eines Hundes nach der kardialen Autotransplantation, mit dem zugehörigen Graphen oben rechts, der das HRV Leistungsspektrum darstellt. Zum Vergleich zeigen die unteren Graphen das Herzfrequenz-Tachogramm und HRV Leistungsspektrum eines normalen Hundes. Achten Sie auf die Ähnlichkeiten der beiden Graphen.

In Anlehnung an diese Ergebnisse haben Armour und seine Kollegen Methoden entwickelt, um langfristige Aufzeichnungen einzelner Neuronen des schlagenden Herzens und gleichzeitig extrinsischer kardialer Neuronen zu erhalten. [1] Gemeinsam mit späteren Feststellungen von Kember und Armour impliziert diese Arbeit, dass der VLF Rhythmus durch die Stimulierung von afferenten sensorischen Neuronen im Herzen hervorgerufen wird, was wiederum verschiedene Ebenen an Feedback und Feedforward Schleifen im intrinsischen kardialen Nervensystem sowie zwischen Herz und Neuronen in den extrinsischen kardialen Ganglien und der Wirbelsäule aktiviert. [79, 80] Somit scheint es, als würde der VLF Rhythmus vom Herzen selbst hervorgerufen werden, und es sich um einen intrinsischen Rhythmus handeln, der für Herz und Wohlbefinden fundamental zu sein scheint. Armour hat beobachtet, dass das Tier in Gefahr ist und bald sterben wird, wenn das Forschungsvorgehen bei einer Verminderung der Amplituden von VLF Rhythmen bei Versuchstieren weiter ausgeführt wird. Diese kardiale Herkunft des VLF Rhythmus wird ebenfalls durch Studien gestützt, die zeigen, dass eine sympathische Blockade keinen Einfluss auf die VLF Leistungsdichte hat und VLF Aktivitäten bei Tetraplegikern verbleiben, deren sympathische Innervation des Herzens und der Lunge unterbrochen ist. [81]

Tagesperiodische Rhythmen, Körperkerntemperatur, Metabolismus, Hormone und vom Herzen generierte intrinsische Rhythmen tragen alle zu niederfrequenten Rhythmen bei (z.B. VLF-Band und ULF-Band), die bis unter 0,04 Hertz gehen. Bei gesunden Menschen zeigt sich eine Steigerung der VLF-Leistungsdichte, die während der Nacht auftritt und ihren Höhepunkt vor dem Wachwerden hat. [82, 83] Dieser Anstieg der autonomen Aktivität scheint mit morgendlichen Cortisol-Höchstwerten in Verbindung zu stehen.

Zusammenfassend zeigen experimentelle Hinweise, dass der VLF-Rhythmus wesentlich vom Herzen hervorgerufen wird und dass die Ausschläge und Frequenzen dieser Oszillationen durch efferente sympathische Aktivitäten moduliert werden. Eine normale VLF-Leistungsdichte scheint auf gesunde Funktionen hinzudeuten, während Zunahmen der ruhenden VLF-Leistungsdichte und/oder eine Veränderung ihrer Frequenz efferente sympathische Aktivitäten widerspiegeln können. Die Anpassung der Frequenz dieses Rhythmus, welche durch physische Aktivitäten, [84] Stressreaktionen und andere Faktoren hervorgerufen werden kann, die eine efferente sympathische Aktivierung erhöhen, kann dazu führen, dass während der ambulanten Aufzeichnung oder während kurzfristiger Aufzeichnungen mit einem maßgeblichen emotionalen Stressfaktor in den niedrigeren Bereich des LF-Bands übergewechselt wird. [5]

Zeitanalytische Messungen der HRV

Zeitanalytische Messungen sind am einfachsten zu berechnen und beinhalten durchschnittliche Intervalle der Abstände zweier Herzschläge (NN) während der ganzen Aufzeichnung und andere statistische Maßeinheiten, wie die Standardabweichung zwischen NN Intervallen (SDNN). Allerdings bieten zeitanalytische Messungen keine Möglichkeit, um autonome Dynamiken adäquat zu beziffern oder rhythmische oder oszillierende Aktivitäten zu bestimmen, die von den verschiedenen physiologischen Kontrollsystemen hervorgerufen werden.

Da sie immer auf die gleiche Weise berechnet werden, sind Daten von verschiedenen Forschern vergleichbar, allerdings nur solange die Aufzeichnungsdauer exakt übereinstimmt und die Daten unter gleichen Bedingungen erfasst wurden.

Zeitanalytische Kennzahlen bestimmen die Höhe der Abweichungen der Abstände zwischen zwei Schlägen (IBI) mengenmäßig in Anwendung statistischer Erhebungen. Die drei wichtigsten zeitanalytischen Messungen sind SDNN, der SDNN Index und RMSSD.

SDNN

SDNN ist die Standardabweichung aller normalen (NN) sinus-initiierten IBI gemessen in Millisekunden. Diese Messeinheit gibt das Auf und Ab aller Faktoren wieder, die zur Herzratenvariabiliät (HRV) beitragen. Bei 24-Stunden-Aufzeichnungen steht die SDNN in enger Verbindung mit LF und der gesamten Leistungsdichte. [22] Bei kurzen Aufnahmen im Ruhezustand ist die parasympathisch vermittelte RSA die Hauptquelle für Variabilität, besonders bei langsamen, tiefen Atembildern. Niedrige altersbereinigte Werte prognostizieren sowohl Krankheits- als auch Sterblichkeitsraten. Die Einteilung in eine höhere SDNN-Kategorie steht in Verbindung zu einer höheren Überlebenswahrscheinlichkeit. Zum Beispiel haben Patienten mit moderaten SDNN Werten von 50-100ms, eine um 400% niedrigere Sterblichkeitswahrscheinlichkeit, als Patienten mit niedrigen Werten von 0-50 ms (bei 24-Stunden Aufzeichnungen). [85]

RMSSD

Die RMSSD ist die Quadratwurzel des Mittelwertes quadrierter Differenzen zwischen normalen Herzschlägen. Dieser Wert wird ermittelt, indem zunächst jede aufeinanderfolgende Zeitdifferenz zwischen Herzschlägen in Millisekunden berechnet wird. Dann wird jeder der Werte quadriert und vom Ergebnis wird der Durchschnitt genommen, bevor die Quadratwurzel der Endsumme ermittelt wird. RMSSD spiegelt die Abweichung in der Herzfrequenz von Takt zu Takt wider und ist die wichtigste zeitanalytische Messung, mit der vagusvermittelte Veränderungen geschätzt werden, die in der HRV widergespiegelt werden. Während RMSSD mit der HF-Leistungsdichte in Verbindung steht [74], stehen niedrige RMSSD Werte in Beziehung zu höheren Werten in der Risikoermittlung von plötzlichen unerklärbaren Todesfällen der Epilepsie. [86]

Kohärenz

Definitionen der Kohärenz

Klarheit der Gedanken, des Sprechens und der emotionalen Beherrschung. Die Eigenschaft geordnet, konsequent und verständlich zu sein (z.B. ein Satz).

Synchronisation oder Bewegungsbeginn zwischen mehreren Wellenformen. Eine aufbauende Wellenform erzeugt durch zwei oder mehr Wellen, die phasen- oder frequenzstarr sind.

Ordnung innerhalb einer einzelnen oszillierenden Wellenform: Eine geordnete oder aufbauende Distribution von Leistungsinhalten in einer einzelnen Wellenform; Autokohärenz (z.B. Sinuskurve).

Viele zeitgenössische Wissenschaftler glauben, dass es der tieferliegende Zustand unserer physiologischen Prozesse ist, der die Qualität und Stabilität der von uns erlebten Gefühle und Emotionen bestimmt. Die Gefühle, welche wir als „positiv“ einstufen, spiegeln tatsächlich kohärente körperliche Zustände wider, bei denen „die Regulierung von Lebensvorgängen effizient oder sogar optimal, frei fließend und einfach wird“ [87] und wo negative Gefühle wie Wut, Angst und Frustration Beispiele inkohärenter Zustände sind. Es ist jedoch wichtig festzuhalten, dass diese Assoziationen nicht nur metaphorisch sind. Damit Gehirn und Nervensystem optimal funktionieren, muss die neurale Aktivität, die Informationen verschlüsselt und verteilt, stabil sein und auf koordinierte und ausgeglichene Weise funktionieren. Die verschiedenen Zentren im Gehirn müssen ebenfalls in der Lage sein, ihre Aktivität dynamisch zu synchronisieren, damit Informationen reibungslos verarbeitet und wahrgenommen werden können. Das Konzept der Kohärenz ist also äußerst wichtig für das Verständnis einer optimalen Funktionsweise.

Die verschiedenen Konzepte und Messungen, die unter dem Begriff Kohärenz zusammengefasst werden, spielen eine zentrale Rolle für Bereiche so vielfältig wie die Quantenphysik, Kosmologie, Physiologie und Gehirn- sowie Bewusstseinsforschung. [9] Kohärenz hat verschiedene verwandte Definitionen, von denen alle auf die Erforschung menschlicher Physiologie, sozialer Beziehungen und globaler Fragen anwendbar sind. Die weitverbreitetste Definition aus dem Wörterbuch ist „die Qualität logisch integriert, konsistent und verständlich zu sein“, wie bei einer verständlichen Aussage. [88] Eine ähnliche Bedeutung ist die logische, geordnete und ästhetisch konsistente Beziehung zwischen Einzelteilen. [88] Kohärenz schließt immer Korrelationen, Verbundenheit, Konsistenz und effiziente Energieausnutzung ein. Kohärenz weist also auf Vollständigkeit und umfassende Ordnung hin, wobei das Ganze besser ist als die Summe aller individuellen Teile.

In der Physik wird Kohärenz auch verwendet, um Kopplungen und den Synchronisationsgrad zwischen verschiedenen oszillierenden Systemen zu beschreiben. In manchen Fällen, bei denen zwei oder mehr oszillierende Systeme auf der gleichen Grundfrequenz arbeiten, können diese phasen- oder frequenzstarr werden, wie es zwischen den Photonen in einem Laser vorkommt. [89] Diese Art der Kohärenz wird Kreuzkohärenz genannt und ist die Art der Kohärenz, an die die meisten Wissenschaftler denken, wenn sie den Begriff verwenden. In der Physiologie tritt Kreuzkohärenz auf, wenn zwei oder mehr oszillierende Körpersysteme, wie z.B. Atmung und Herzrhythmen, mitgerissen werden und auf der gleichen Frequenz arbeiten.

Abbildung 9. Die oberen Graphen zeigen die HRV, die Pulslaufzeit und das Atemmuster einer Person über einen Zeitraum von 10 Minuten. Bei der 300-Sekunden-Marke hat die Person Freeze Frame (eine HeartMath Technik) eingesetzt und alle drei Systeme kamen in Bewegung, was bedeutet, dass die Muster harmonisch anstatt verstreut und nicht synchron waren. Die unteren Graphen zeigen die gleichen Daten aus Sicht der Spektralanalyse. Die linke Seite stellt die Spektralanalyse vor Anwendung von Freeze Frame dar. Beachten Sie, wie sich jedes Muster von den anderen unterscheidet. Die Graphen rechts zeigen, wie nach der Anwendung von Freeze Frame alle drei Systeme auf der gleichen Frequenz mitgenommen werden.

Ein anderer Aspekt der Kohärenz bezieht sich auf die dynamischen Rhythmen, welche von einem einzelnen oszillierenden System hervorgerufen werden. Der Begriff Autokohärenz beschreibt kohärente Aktivitäten innerhalb eines einzelnen Systems. Ein gutes Beispiel ist ein System, welches sinuswellenartige Oszillationen aufweist - je stabiler die Frequenz, Amplitude und Form, desto höher der Kohärenzgrad. Wenn Kohärenz in einem System erhöht wird, dass mit anderen Systemen verbunden ist, kann sie die anderen Systeme zu einer gesteigerten Synchronisation und effizienteren Funktionsweise führen. Zum Beispiel sind Mitzieheffekt und Entrainment gut zwischen Herz, Atem- und Blutdruck-Rhythmen zu sehen, genauso wie zwischen sehr niederfrequenten Gehirnrhythmen, craniosacralen Rhythmen und elektrischen Spannungen, die auf der Haut gemessen werden. [90], [91]

Globale Kohärenz

Damit ein System auf sinnvolle Weise funktioniert, muss es die Eigenschaft der globalen Kohärenz besitzen. Bei Menschen schließt das unsere physischen, mentalen, emotionalen und sozialen Systeme ein. Der energetische Wirkungsgrad und der Grad an abgestimmten Handlungen in jeglichem gegebenen System können sich jedoch sehr unterscheiden und resultieren nicht zwangsläufig in kohärenten Ergebnissen oder Verhaltensabläufen. Globale Kohärenz bedeutet nicht, dass jeder Mensch oder jedes Teil eines Systems die gleiche Sache zur gleichen Zeit tut. In komplexen, global-kohärenten Systemen wie dem des Menschen gibt es eine große Menge an Aktivität auf jedem Magnifikations- oder Größenniveau, die sich über mehr als zwei Drittel der 73 bekannten Oktaven des elektromagnetischen Spektrums ausbreitet. [92] Es kann bei einer Größenebene so wirken, als würde das System eigenständig operieren, jedoch ist es perfekt innerhalb des Ganzen abgestimmt. Bei lebenden Systemen gibt es Systeme auf Mikroebene, molekulare Maschinen (Nanomaschinen), Protonen und Elektronen, Organe und Drüsen, die alle eigenständig arbeiten, sehr verschiedene Dinge mit verschiedenen Häufigkeiten tun und dennoch alle auf harmonisch koordinierte und synchronisierte Weise zusammenarbeiten. Würde dies nicht geschehen, wäre es eher ein interner Wettbewerb zwischen den unabhängigen Körpersystemen, als ein aufeinander abgestimmtes Bündnis ineinandergreifender Systeme und Funktionen. Der Biologe Mae-Won Ho regte an, dass Kohärenz die entscheidende Qualität lebendiger Systeme darstellt und für deren charakteristischste Eigenschaften verantwortlich ist, wie weitreichende Ordnung und Koordination, schnelle und effiziente Energieübertragung sowie eine enorme Sensibilität für bestimmte Signale. [92]

Wir haben den Begriff physiologische Kohärenz eingeführt, um den Grad der Ordnung, Harmonie und Stabilität bei verschiedenen rhythmischen Aktivitäten lebender Systeme über einen bestimmten Zeitraum zu beschreiben. [90] Diese harmonische Ordnung kennzeichnet ein kohärentes System, dessen effiziente und optimale Funktionsweise direkt mit der Ruhe und dem Ablauf von Lebensvorgängen in Verbindung steht. Im Gegensatz dazu kennzeichnet ein unregelmäßiges, diskordantes Aktivitätsmuster ein inkohärentes System, dessen Funktionsweise Stress und ineffiziente Energieausnutzung bei Lebensvorgängen reflektiert. Besonders die Herzkohärenz (auch als kardiale Kohärenz oder Resonanz bezeichnet) kann mithilfe der HRV Analyse gemessen werden, wobei das Herzrhythmusmuster einer Person bei einer Frequenz von etwa 0,1 Hertz (10 Sekunden) geordneter und sinuswellenartiger wird.

Befindet sich eine Person in einem kohärenteren Zustand, gibt es eine Verschiebung im relativen, autonomen Gleichgewicht hin zu einer erhöhten parasympathischen Aktivität (vagaler Tonus), gesteigerter Herz-Gehirn Synchronisation und Entrainment zwischen verschiedenen physiologischen Systemen.

Obwohl die physiologische Kohärenz einen natürlichen menschlichen Zustand darstellt, der spontan auftreten kann, sind anhaltende Abfolgen im Allgemeinen eher selten. Während manche rhythmischen Atmungsmethoden für kurze Zeiträume Kohärenz induzieren können, zeigen unsere Forschungsergebnisse, dass Menschen länger andauernde Perioden physiologischer Kohärenz erreichen können, indem sie selbst aktiv positive Emotionen erzeugen.

Im kohärenten Modus zieht das Herz weitere biologische Oszillatoren zur Synchronisation mit seinen Rhythmen hinzu, was zum Entrainment dieser Systeme führt (Abbildung 9). Entrainment ist ein Beispiel für einen physiologischen Zustand, in dem eine erhöhte Kohärenz zwischen mehreren oszillierenden Systemen auftritt und auch innerhalb jedes Systems. Somit unterstreichen unsere Ergebnisse im Grunde das, was die Menschen bereits seit einiger Zeit intuitiv gewusst haben: positive Emotionen fühlen sich nicht nur besser an, sie neigen sogar dazu, die Synchronisation der Körpersysteme zu steigern, wobei sie die Energie erhöhen und es uns ermöglichen, mit mehr Effizienz und Leistungsfähigkeit zu arbeiten.

Das Kohärenzmodell verfolgt den Ansatz eines dynamischen Systems, welches darauf fokussiert ist, die Selbstregulierungsfähigkeit eines Menschen durch Selbst-Management-Techniken zu erhöhen, welche eine physiologische Veränderung herbeiführen, die sich im Herzrhythmus widergespiegelt. Wir behaupten weiterhin, dass rhythmische Aktivitäten in lebenden Systemen die Regulierung von ineinandergreifenden biologischen, sozialen und ökologischen Netzwerken reflektieren, und dass wichtige biologisch relevante Informationen in den dynamischen Mustern physiologischer Aktivitäten verschlüsselt sind. Zum Beispiel werden Informationen im Zeitraum zwischen Handlungspotentialen im Nervensystem und Mustern in der pulsierenden Freisetzung von Hormonen verschlüsselt. Unsere Forschungsarbeit zeigt auch, dass die Zeiträume zwischen Herzschlägen (HRV) ebenfalls Informationen verschlüsseln, die über mehrere Systeme hinweg kommuniziert werden und dabei helfen, das System als Ganzes aufeinander abzustimmen. Den afferenten Bahnen von Herz und Blutgefäßen wird in diesem Modell mehr Relevanz zugesprochen wegen des erheblichen Anteils afferenter kardiovaskulärer Zuflüsse zum Gehirn und der konsistenten Erzeugung dynamischer Muster durch das Herz. Wir sind der Ansicht, dass positive Emotionen im Allgemeinen, einschließlich selbst geschaffener positiver Emotionen, das ganze System zu einem global kohärenteren und harmonischerem physiologischen Modus verhelfen, der mit einer gesteigerten Systemleistung, Fähigkeit zur Selbstregulierung und allgemeinem Wohlbefinden in Verbindung steht. Das Kohärenzmodell besagt, dass verschiedene Emotionen in zustandsspezifischen Mustern des Herzrhythmus widergespiegelt werden, unabhängig von der Menge an HRV/HR (Abbildung 10). Jüngste unabhängige Arbeiten haben dies bestätigt, indem eine Genauigkeitsrate in Höhe von 75% für die Feststellung von eigenständigen emotionalen Zuständen durch das HRV-Signal unter Verwendung der Methode des neuralen Netzwerks für die Zeichenerkennung aufgezeigt wurde. [93] In einer Studie zu den Auswirkungen des Spielens von gewaltsamen und gewaltfreien Videospielen wurde herausgefunden, dass die Spieler beim Spielen von gewaltsamen Videospielen ein niedrigeres Niveau kardialer Kohärenz sowie ein höheres Aggressionsniveau aufwiesen als Spieler gewaltfreier Spiele, und dass ein höheres Kohärenzniveau negativ mit Aggressionen in Verbindung steht. [94]

Abbildung 10. Die Verschiebung von Inkohärenz zu Kohärenz. Der kohärente Zustand wurde mit einem allgemeinen Gefühl des Wohlbefindens und Verbesserungen der kognitiven, sozialen und physischen Leistung in Verbindung gebracht. Wir haben diese Verbindung zwischen Emotionen und Herzrhythmusmustern in Studien beobachtet, die sowohl in Labor- als auch natürlichen Umgebungen und mit spontan und auch beabsichtigt hervorgerufenen Emotionen durchgeführt wurden. [90, 95]

Verschiedene Studien mit gesunden Probanden, welche dazu beitrugen das Modell zu formen, zeigen, dass während des Erlebens positiver Emotionen auf natürliche Weise ein sinuswellenartiges Muster im Herzrhythmus auftritt, ganz ohne bewusste Veränderungen der Atmung. [60, 96] Dies liegt wahrscheinlich an geordneteren Abflüssen subkortikaler Strukturen, welche an der Verarbeitung emotionaler Informationen beteiligt sind, wie durch Pribram [97], Porges[7], Oppenheimer und Hopkins [43] und Thayer [15] beschrieben, wobei die subkortikalen Strukturen den oszillatorischen Abfluss des kardiorespiratorischen Kontrollsystems in der Medulla Oblongata beeinflussen.

Eine kurze Zusammenfassung des psychophysiologischen Kohärenzmodells finden Sie weiter unten. Eine detaillierte Erörterung zu den Eigenschaften der Kohärenz finden Sie in zwei grundlegenden Artikeln. [5, 9]

Das Kohärenzmodell setzt voraus:

1. Der funktionale Status des zugrundeliegenden psychophysiologischen Systems bestimmt den Umfang der Fähigkeit eines Einzelnen, sich an Herausforderungen anzupassen, sich selbst zu steuern und sich an harmonierenden sozialen Beziehungen zu beteiligen. Gesunde physiologische Variabilität, Rückmeldesysteme und Unterbindungen sind Hauptbestandteile des komplexen Systems, damit die Stabilität und die Fähigkeit, angemessen zu reagieren und sich an veränderte Umweltbedingungen und soziale Anforderungen anzupassen, aufrechterhalten werden kann.
2. Oszillatorische Aktivität im Herzrhythmus reflektiert den Zustand eines Netzwerks flexibler Beziehungen zwischen dynamisch vernetzten neuralen Strukturen in den zentralen und autonomen Nervensystemen.
3. Zustandsspezifische Emotionen werden in den Mustern des Herzrhythmus widergegeben, unabhängig von Veränderungen in der Höhe der Herzratenvariabiliät.
4. Subkortikale Strukturen vergleichen dauerhaft Informationen interner und externer Wahrnehmungssysteme mit Hilfe eines Übereinstimmungs-/Nichtübereinstimmungsprozesses, der aktuelle Eindrücke auf Grundlage vergangener Erfahrungen beurteilt, um das Umfeld nach Risiko-, Komfort- oder Sicherheitsaspekten zu bewerten.
5. Physiologische oder kardiale Kohärenz wird in einem geordneten, sinuswellenartigen Herzrhythmusmuster wiedergegeben, das mit einer gesteigerten vagusvermittelten HRV, Entrainment zwischen Atmung, Blutdruck und Herzrhythmen sowie einer erhöhten Synchronisation zwischen verschiedenen Rhythmen im EEG und Herzzyklus in Verbindung gebracht wird.
6. Vagusvermittelte efferente HRV bietet eine Kennzahl für kognitive und emotionale Ressourcen, die für eine effiziente Funktionsweise in anspruchsvollen Umfeldern notwendig sind, in denen verspätete Reaktionen und verhaltensbasierte Hemmungen kritisch sind.
7. Informationen werden in der Zeit zwischen Intervallen verschlüsselt (Handlungspotenziale, pulsierende Freisetzung von Hormonen usw.). Informationen, die in den Abständen zwischen zwei Herzschlägen enthalten sind, werden über mehrere Systeme hinweg kommuniziert und helfen, das System als Ganzes aufeinander abzustimmen.
8. Muster in der Aktivität des kardiovaskulären afferenten neuronalen Verkehrs können kognitive Leistungen, emotionale Erfahrungen und Selbstregulierungsfähigkeiten über Eindrücke im Thalamus, der Amygdala und anderen subkortikalen Strukturen beträchtlich beeinflussen.
9. Eine erhöhte „Veränderungsrate“ kardialer sensorischer Neuronen (die BP, Rhythmus usw. übermitteln) während kohärenter Zustände steigert den vagalen afferenten neuronalen Verkehr, welcher die Schmerzleitungsbahnen des Thalamus auf Ebene der Wirbelsäule hemmt.
10. Selbst geschaffene positive Emotionen können psychophysiologische Systeme zu global kohärenteren und harmonischeren Anordnungen verändern, die mit einer verbesserten Leistung und einem erhöhten allgemeinen Wohlbefinden in Verbindung stehen.

Das Kohärenzmodell beinhaltet konkrete Vorgehensweisen, um die verschiedenen Arten physiologischer Kohärenzmessungen in Zahlen auszudrücken, wie Kreuzkohärenz (Frequenz Entrainment zwischen Atmung, BP und Herzrhythmen) oder die Synchronisation unter den Systemen (z.B. Synchronisation zwischen verschiedenen EEG Rhythmen und dem Herzzyklus), Autokohärenz (Stabilität einer einzelnen Wellenform, wie Atem- oder HRV-Muster) und Systemresonanz. [5] Ein kohärenter Herzrhythmus wird als relativ harmonisches, sinuswellenartiges Signal mit einem sehr engen Höchstwert mit hoher Amplitude in der niederfrequenten (LF) Region des HRV Leistungsspektrums und keinen bedeutenden Höchstwerten in den sehr niederfrequenten (VLF) oder hochfrequenten (HF) Regionen beschrieben. Physiologische Kohärenz wird bewertet, indem der Höchstwert im Bereich von 0,04 bis 0,26 Hertz des HRV Leistungsspektrums bestimmt wird, das Integral in einem 0,030 Hertz großen Fenster berechnet wird, zentriert am Höchstwert des Bereiches, und durch anschließende Berechnung der gesamten Leistungsdichte des ganzen Spektrums. Die Kohärenzrate wird als (Höchstleistung/[gesamte Leistungsdichte – Höchstleistung]) ausgedrückt. [5]

Soziale Kohärenz

Soziale Kohärenz bezieht sich auf Paare, Familien, Gruppen oder größere Organisationen, in denen ein Netzwerk an Beziehungen zwischen einzelnen Personen besteht, die gemeinsame Interessen und Grundsätze teilen. Soziale Kohärenz wird als stabile, harmonische Anordnung von Beziehungen wiedergegeben, welche den effizienten Fluss und die effiziente Nutzung von Energie und Kommunikation ermöglichen, die für einen optimalen kollektiven Zusammenhalt sowie kollektive Handlungen notwendig sind. Natürlich gibt es Zyklen und Variationen in der Qualität der Familien-, Team- oder Gruppenkohärenz, ähnlich zu den Variationen im Kohärenzniveau eines Einzelnen. Kohärenz erfordert, dass Gruppenmitglieder aufeinander eingestellt und emotional gleichgestellt sind und dass die Energie der Gruppe umfassend durch die Gruppe als Gesamtheit organisiert und reguliert wird. Gruppenkohärenz involviert die gleichen Grundsätze globaler Kohärenz, welche in der Einleitung dieser Arbeit beschrieben wurden. Aber in diesem Kontext bezieht sie sich eher auf die abgestimmte und harmonische Ordnung in Beziehungen zwischen und unter Einzelpersonen als auf die Systeme innerhalb des Körpers. Die Grundsätze bleiben jedoch dieselben. In einem kohärenten Team haben die einzelnen Mitglieder die Freiheit, ihren Beitrag zu leisten und sich zu entwickeln, während Kohärenz und Resonanz mit Bedacht auf Absichten und Ziele der Gruppe beibehalten werden. Jeder, der sich eine professionelle Sportmannschaft angesehen oder ein herausragendes Konzert erlebt hat, weiß, dass in Gruppen etwas Besonderes geschehen kann, was ihre normale Leistung übersteigt. Es scheint, als wären die Spieler aufeinander abgestimmt und würden auf einer unsichtbaren energetischen Ebene miteinander kommunizieren. Eine steigende Anzahl an Anzeichen deutet darauf hin, dass ein energetisches Feld zwischen Einzelpersonen in Gruppen gebildet wird, mit dessen Hilfe die Kommunikation zwischen allen Gruppenmitgliedern gleichzeitig geschieht. Mit anderen Worten: es existiert ein buchstäbliches „Gruppenfeld“, das alle Mitglieder verbindet. Der Soziologie Raymond Bradley entwickelte gemeinsam mit dem angesehenen Gehirnforscher, Neurochirurgen und Neurowissenschaftler Dr. Karl Pribram eine allgemeine Theorie der gesellschaftlichen Kommunikation, um die Muster der gesellschaftlichen Organisation zu erklären, welche in den meisten Gruppen üblich sind, unabhängig von deren Größe, Kultur, Grad der formalen Organisation, Existenzdauer oder Eigenschaften der Mitglieder. Sie fanden heraus, dass in den meisten Gruppen eine globale Organisation vorgefunden werden kann, sowie ein kohärentes Netzwerk emotionaler energetischer Relationen, welche nahezu alle Mitglieder zu einer einzelnen mehrstufigen Hierarchie verbinden. [98]

Eine neue Basis erzeugen

Aus Perspektive eines Systems, ist der menschliche Organismus tatsächlich ein unermessliches, multidimensionales Informationsnetzwerk kommunizierender Subsysteme, in dem mentale Abläufe, Emotionen und physiologische Systeme untrennbar ineinandergreifen. Während einmal angenommen wurde, dass unsere Wahrnehmungen und Emotionen gänzlich durch Reaktionen des Gehirns auf Reize aus unserem externen Umfeld vorgegeben werden, beschreiben die aufkommenden Sichtweisen in der Neurowissenschaft wahrgenommene und emotionale Erfahrungen genauer als Gemisch an Reizen, welches das Gehirn aus dem externen Umfeld erhält, sowie internen Empfindungen oder Feedback, welche dem Gehirn von körperlichen Organen und Systemen übermittelt werden. [5,99] Somit müssen Herz, Gehirn, Nerven-, Hormon- und Immunsystem als fundamentale Komponenten des dynamischen, interaktiven Informationsnetzwerks angesehen werden, welches unsere andauernde emotionale Erfahrung bestimmt.

Eine umfangreiche Arbeit durch Pribram hat dazu beigetragen, das Verständnis des emotionalen Systems voranzutreiben. In Pribrams Modell bilden vergangene Erlebnisse in uns eine Zusammenstellung bekannter Muster, die in den neuronalen Netzwerken aufgebaut und beibehalten werden. Nachrichten an das Gehirn von externen und internen Umgebungen tragen zur Erhaltung dieser Muster bei.

Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass afferente neurologische Signale des Herzens Aktivitäten in der Amygdala und zugehörigen Nuklei, einem wichtigen Zentrum zur Verarbeitung von Emotionen im Gehirn, direkt beeinflussen. [44] Die Amygdala ist das wichtigste Zentrum des Gehirns und stimmt verhaltensbezogene, immunologische und neuroendokrine Reaktionen mit umweltbezogenen Bedrohungen ab. Sie dient auch als Verarbeitungszentrum für emotionale Erinnerungen innerhalb des Gehirns. Bei der Beurteilung des externen Umfelds fragt die Amygdala eintreffende Nachrichten (visuell, auditiv, Geruch) nach emotionalen Inhalten und Signalen ab und vergleicht diese mit gespeicherten emotionalen Erinnerungen. Auf diese Weise trifft die Amygdala augenblickliche Entscheidungen über die Bekanntheit von eintreffenden sensorischen Informationen und ist aufgrund ihrer umfangreichen Verbindungen zum Hypothalamus und zu anderen autonomen Nervensystemzentren in der Lage, neurale Kanäle, die das autonome Nervensystem und emotionale Reaktionen aktivieren, für sich zu beanspruchen, bevor höhergelegene Hirnzentren die sensorischen Informationen erhalten. [100]

Eine der Funktionen der Amygdala ist es zu ordnen, welche Muster dem Gehirn „bekannt“ vorkommen. Sind die Rhythmusmuster des Herzens besonders in jungen Jahren ungeordnet und inkohärent, lernt die Amygdala Disharmonie als bekannte Basis zu interpretieren. Somit fühlen wir uns bei Inkohärenz „heimisch“, was einen Einfluss auf die Lernfähigkeit, Kreativität und emotionale Ausgeglichenheit hat. Mit anderen Worten fühlen wir uns mit interner Inkohärenz „wohl“, was in diesem Fall eigentlich Unbehagen bedeutet. Auf Basis dessen, was für die Amygdala vertraut geworden ist, vermittelt der frontale Kortex dahingehend Entscheidungen, was eine angebrachte Verhaltensweise in jeder beliebigen Situation darstellt. Somit unterliegen und beeinflussen unterbewusste emotionale Erinnerungen und zugehörige physiologische Muster unsere Wahrnehmung, emotionalen Reaktionen, Denkprozesse und Verhaltensweisen.

Mit unserem derzeitigen Verständnis der raffinierten Feedbacknetzwerke zwischen Gehirn, Herz und mentalen sowie emotionalen Systemen wird deutlich, dass der uralte Kampf zwischen Verstand und Emotionen nicht durch die meinungsbildende Dominanz über die Emotionen gelöst werden wird, sondern eher durch die harmonische Balance zwischen den beiden Systemen – eine Synthese, die einen größeren Zugang zu unserem ganzen Umfang an Intelligenz ermöglicht.

Im Körper liefern viele Prozesse und Interaktionen, die auf verschiedenen funktionellen Ebenen auftreten, konstante rhythmische Eindrücke, an die sich das Gehirn gewöhnt. Diese Eindrücke erstrecken sich über rhythmische Aktivitäten des Herzens und unsere Gesichtsausdrücke über Verdauungs-, Atmungs- und Fortpflanzungssysteme bis hin zu dem dauerhaften Zusammenspiel von Botenmolekülen, die in den Zellen unseres Körpers produziert werden.

Diese Eindrücke im Gehirn, übersetzt in neuronale und hormonelle Muster, werden durch das Gehirn kontinuierlich überwacht und helfen, unsere Wahrnehmung, Gefühle und Verhaltensweisen zu ordnen. Bekannte Eindrucksmuster des externen Umfelds und aus dem Inneren des Körpers werden in neuronale Kreisläufe eingefügt und bilden einen beständigen Hintergrund oder ein Referenzmuster, mit welchem aktuelle und neue Informationen oder Erlebnisse abgeglichen werden. Wenn sich ein externer oder interner Eindruck erheblich von vertrauten Referenzmustern unterscheidet, unterliegt dieses „Ungleichgewicht“ oder diese Abweichung vom Bekannten laut diesem Modell der Bildung von Emotionen.

Die hintergründigen physiologischen Muster, an die sich Gehirn und Körper gewöhnen, werden durch Lebenserfahrung und durch unsere Sicht auf die Welt geschaffen und bestärkt. Es ist wichtig anzumerken, dass bestehende Muster nicht zwingend positiv oder gesund für den Menschen sein müssen. Lebt jemand zum Beispiel in einem Umfeld, dass immer wieder Wut oder Gefühle der Angst auslöst, ist es wahrscheinlich, dass diese Person mit diesen Gefühlen und ihren neuronalen und hormonellen Korrelaten vertraut wird. Im Gegensatz dazu wird sich eine Person, deren Erfahrungen von Gefühlen der Sicherheit, Liebe und Fürsorge geprägt sind, an physiologische Muster gewöhnen, die mit diesen Gefühlen in Verbindung stehen.

Um Stabilität und Gefühle der Sicherheit und Behaglichkeit aufrechtzuerhalten, müssen wir in der Lage sein, eine Übereinstimmung zwischen unserer aktuellen Erfahrung oder „Realität“ und einem unserer zuvor geschaffenen neuronalen Programme zu erreichen. [101] Wenn wir auf eine neue Erfahrung oder Herausforderung treffen, kann ein Ungleichgewicht zwischen den Eindrucksmustern der neuen Erfahrung und dem Fehlen bekannter Referenzen auftreten. Abhängig vom Grad des Ungleichgewichts benötigt es entweder eine interne Anpassung (Selbstregulierung) oder eine äußerliche Verhaltensreaktion, um eine Übereinstimmung und ein behagliches Gefühl wiederherzustellen. Wird ein Ungleichgewicht durch externe oder interne Sensoren Systeme erkannt, wird eine Änderung der Aktivität in zentralen und autonomen Nervensystemen hervorgerufen. Ist die Reaktion kurzlebig (eine bis drei Sekunden), wird dies Erregung (Arousal) oder Orientierungsreflex genannt. Wiederholen sich aber der Reiz oder das Ereignis, passt sich das Gehirn irgendwann an und wir gewöhnen uns daran, indem wir die Erinnerungen erneuern, welche als Referenz dienen. Zum Beispiel passen sich Menschen, die in einer lauten Stadt wohnen, an den umgebenden Lärm an und blenden ihn irgendwann aus. In Folge auf diese Anpassung scheint das tatsächliche Ausbleiben der Geräusche erst komisch und fällt auf, wenn sie einen Ausflug in die ruhige Umgebung machen. Das Ungleichgewicht zwischen dem bekannten geräuschvollen Hintergrund und der ruhigen Umgebung führt zu einer „Arousal“-Reaktion, die unsere Aufmerksamkeit auf sich zieht. Es ist diese Abweichung vom Bekannten, die eine Signalfunktion entstehen lässt, welche das Erlebnis einer Emotion schafft und uns auf den derzeitigen Zustand des Ungleichgewichts aufmerksam macht.

Zusätzlich zu den Beobachtungs- und Kontrollprozessen für eine Regulierung im „Hier und Jetzt“ gibt es auch Beurteilungsprozesse, die den Grad an Konsistenz und Inkonsistenz zwischen einer aktuellen Situation und der prognostizierten Zukunft bestimmen. Beurteilungen zukünftiger Ausgänge können grob in „optimistisch“ und „pessimistisch“ aufgeteilt werden. [102] Bewertungen, die ein Unvermögen voraussagen, mit einer Situation erfolgreich umzugehen, können in Gefühlen von Angst und Besorgnis resultieren. Entsprechend neuester Forschungsergebnisse zu Aufmerksamkeitstendenzen [103] könnte diese Bewertung nicht korrekt sein, weil sie das Ergebnis einer Überempfindlichkeit auf Signale darstellen könnte, welche vergangenen traumatischen Erlebnissen in der aktuellen Situation ähneln. Alternativ kann eine falsche Bewertung durch eine Instabilität der neuralen Systeme hervorgerufen werden, oder durch einen Mangel an Erfahrung oder Verständnis, wie mit der für die Zukunft prognostizierten Situation erfolgreich umgegangen werden soll. [102] Trotz eines Mangels an Genauigkeit der Bewertung kann die Vertrautheit mit dem Eindruck ausreichend sein, um eine pessimistische Reaktion hervorzurufen. Dies bedeutet, dass wir leicht in ungesunden emotionalen und verhaltensbezogenen Mustern „stecken bleiben“ und andauernde Verbesserungen emotionaler Erfahrungen oder Verhaltensweisen durch Ausbleiben der Festlegung eines neuen Sollwertes für die Basis nicht aufrechterhalten werden können. Werden Verhaltensänderungen oder verbesserte Gefühlszustände angestrebt, ist es deshalb ausschlaggebend, sich auf Strategien zu konzentrieren, die dabei helfen, eine neue interne Referenz zu schaffen. Während wir neue Situationen oder Herausforderungen erfolgreich steuern, erneuert die positive Erfahrung unsere interne Referenz. Im Wesentlichen entwickeln wir uns durch diesen Prozess, da wir lernen, unsere Emotionen wirksamer selbst zu steuern und mit neuen Situationen und Herausforderungen umzugehen. Durch diesen Prozess sind wir in der Lage, eine neue, gesündere Basisreferenz zu entwickeln, aufgrund der wir Eindrücke zuordnen, sodass unsere Einschätzung gutartiger Eindrücke genauer ist und in Gefühlen der Sicherheit und Behaglichkeit resultiert, anstelle von Bedrohung oder Angst.

In einer Studie mit High-School Schülern, welche die Selbstregulierungstechniken über einen Zeitraum von drei Monaten angewandt haben, war ihre HRV im Ruhezustand erheblich erhöht und das Muster der HRV war sehr viel kohärenter (Abbildung 11). Diese Verbesserungen der HRV-Kohärenz im Ruhezustand standen maßgeblich in Verbindung mit besseren Testergebnissen und verbesserten Verhaltensweisen, was darauf hinweist, dass eine Ausübung von Selbstregulierungsfähigkeiten einen kohärenteren Herzrhythmus herbeiführt, wodurch wiederum die Verbindung im sub-subkortikalen Regulierungssystem verstärkt wird, welches in den Übereinstimmungs-/Nicht-Übereinstimmungs-Prozess zwischen kohärenteren und stabileren Rhythmen des kardiovaskulären afferenten neuronalen Verkehrs und Gefühlen, welche wir als positiv erachten, involviert ist. [36]

Durch die Verstärkung dieser natürlichen Verknüpfung in sub-subkortikalen Regulierungssystemen kann die Selbst-Aktivierung eines positiven Gefühls automatisch eine Erhöhung der kardialen Kohärenz auslösen, während zur gleichen Zeit, infolge einer auf das Herz fokussierten Atmung, eine physiologische Verschiebung dabei helfen kann, die Erfahrung einer positiven Emotion zu fördern.

Abbildung 11. Typisches Schema der Herzratenvariabiliät im Ruhezustand bei Schülern.

HRV-Aufzeichnungen der Test Edge National Demonstration Study, welche Beispiele der HRV-Muster zweier Schüler im Ruhezustand jeweils vor und etwa 4 Monate nach der Test Edge Intervention darstellen. Der Grad der Prüfungsangst (TAI - Global Scale Ergebnis) und das Ergebnis des CST — English Language Arts Test vor und nach der Intervention werden ebenfalls für jeden Schüler dargestellt. Für die zwei Schüler zeigen die Aufzeichnungen einen Wechsel von einem wechselhaften, unregelmäßigen Herzrhythmusmuster (links) vor der Intervention hin zu einem kohärenteren Muster, was darauf hindeutet, dass die Schüler eine neue kohärentere Basis geschaffen hatten. [36]

Selbstregulation und Stabilität

Pribram und viele andere haben unzählige Experimente durchgeführt, welche den Beweis liefern, dass höhere Hirnzentren, welche den Musterabstimmungsprozess überwachen, eine Selbstregulation durchführen können, indem Informationen, die ins Gehirn fließen, gehindert oder „ausgesperrt“ werden [104]. Worauf wir unsere Aufmerksamkeit richten hat bspw. einen starken Einfluss auf die Modulierung von Eindrücken und somit auf die Entscheidung, was auf höheren Ebenen verarbeitet wird. In einem lauten Raum mit vielen Gesprächen, haben wir die Fähigkeit, die Geräusche auszublenden und uns auf eine einzelne Konversation in unserem Interessensbereich zu fokussieren. Auf ähnliche Weise können wir den Schmerz eines verstauchten Zehs oder Kopfschmerzen anpassen oder uns gegen Empfindungen wie Kitzeln desensibilisieren und unsere Emotionen selbst steuern [105]. Wenn wir letztendlich durch den Prozess der Selbstregulation die Kontrolle gewinnen, führt dies zu Gefühlen wie Zufriedenheit und Genugtuung. Im Gegensatz dazu führt ein Ausbleiben erfolgreicher Selbstregulation und Wiedererlangung von Kontrolle oft zu Gefühlen von Frustration, Ungeduld, Angst, Überwältigung, Hoffnungslosigkeit oder Depression.

Wenn die neuronalen Systeme, welche die grundlegenden Referenzmuster aufrechterhalten, instabil sind, ist es wahrscheinlich, dass ungeklärte Emotionen und atypische Reaktionen erlebt werden. Diese neuronalen Systeme können durch Traumata, Stress, Angst oder chemische Stimulanzien, um nur einige Möglichkeiten zu nennen, destabilisiert werden. Eine gesunde und effektive Art der Reaktion auf fortlaufende innere und äußere Anforderungen und Gegebenheiten, wie Alltagsereignisse, hängt somit in großem Umfang von der Synchronisation, Sensibilität und Stabilität unserer physiologischen Systeme ab. [5, 9]

Neuronale Informationen entstehen in zahlreichen Organen und Muskeln, besonders im Gesicht. Das Herz und das kardiovaskuläre System haben jedoch viel mehr afferente Informationen, als andere Organe und sind die Hauptquelle für konsistente dynamische Rhythmen. [3] Zusätzlich zu einer afferenten Nervenaktivität, welche mit mechanischen Informationen in Verbindung gebracht wird, wie Druck und Frequenz, die mit jedem Herzschlag auftreten, werden kontinuierliche dynamisch wechselnde Muster afferenter Aktivität in Bezug auf chemische Informationen an das Gehirn und an andere Systeme im Körper gesendet. In Bezug auf emotionale Erfahrungen gibt es afferente Kanäle zur Amygdala über den Nucleus Tractus Solitarius. Und die Aktivität im zentralen Nukleus der Amygdala ist abgestimmt auf den kardialen Zyklus. [106, 107] Daher sind die afferenten Eindrücke des kardiovaskulären Systems auf die Amygdala wichtige Beteiligte bei der Feststellung emotionaler Erfahrungen und in der Festlegung eines bestimmten Punktes, mit dem aktuelle Eindrücke verglichen werden.

In Zusammenhang mit dieser Argumentation ist es wichtig anzumerken, dass die Rhythmusmuster des Herzens und die Muster afferenter neurologischer Signale sich zu einem geordneteren und stabileren Muster verändern, wenn herz-fokussierte Selbstregulierungstechniken angewandt werden. Die regelmäßige Anwendung dieser Techniken, welche einen Wechsel des Aufmerksamkeitsfokus hin zur Mitte der Brust (Herzbereich) einschließt, begleitet von bewusstem Erleben eines ruhigen oder positiven emotionalen Zustands, verstärkt die Verbindung (Musterübereinstimmung) zwischen einem kohärenteren Rhythmus und einer ruhigen oder positiven Emotion. Positive Gefühle lösen dann automatisch eine Steigerung der kardialen Kohärenz aus. Eine erhöhte Kohärenz, die durch herz-fokussiertes Atmen ausgelöst wird, neigt dazu, die gefühlte Erfahrung einer positiven Emotion zu vermitteln. Übung unterstützt somit den Neustrukturierungsprozess. Dies ist in Situationen wichtig, in denen man in der Vergangenheit anhaltend sehr risikoreichen Umgebungen oder Traumata ausgesetzt war, die aber nicht länger bestehen und bei denen die Muster, die als Antwort darauf entwickelt wurden, der Person nicht länger in gegenwärtigen sicheren Umgebungen dienlich sind.

Durch diesen Vorwärtsprozess wird die Regulierungsfähigkeit gesteigert und neue Referenzmuster werden festgelegt, die dann vom System möglichst aufrechterhalten werden, was es für Menschen sogar in anspruchsvollen Situationen einfacher macht, Stabilität und selbstgesteuerte Kontrolle bei täglichen Handlungen aufrechtzuhalten. Ohne eine Veränderung der zugrundeliegenden Basis ist es äußerst schwierig, Verhaltensänderungen zu erhalten, was Menschen der Gefahr aussetzt, ihr Leben durch die automatischen Filter vergangener gewohnter Erlebnisse zu leben.

Selbstregulations-Techniken, um Stress zu reduzieren und die Leistungsfähigkeit zu verbessern

Mit weltweit kontinuierlich steigenden Stressbelastungen werden sich Menschen nicht nur den langfristigen Auswirkungen von Stress bewusster, sondern auch, wie nicht bewusst regulierte Emotionen die Qualität des alltäglichen Lebens beeinträchtigen. Dies schränkt die geistige Klarheit, die Produktivität, die Anpassungsfähigkeit an die Herausforderungen des Alltags ein und verringert die Freude über das Geschenk des Lebens.

Während ein Großteil der erwachsenen Bevölkerung berichtet, im Jahresverlauf persönliche oder emotionale Probleme durchzumachen, sagen etwa 50% dieser Menschen, dass sie nicht in der Lage sind, ihre Probleme zu lösen. Und etwa ein Drittel erklärt, dass sie nicht in der Lage sind, etwas zu tun, um ihre Probleme erträglicher zu machen.

Die Erforschung von Herz-Gehirn-Interaktionen hat die Entwicklung einer Reihe von Selbst-Regulierungstechniken und Übungen hervorgebracht, die mit HRV-Feedback-Systemen allgemein bekannt als HeartMath System, unterstützt werden können. [108-112] Das HeartMath System bietet Einzelpersonen eine systematische und verlässliche Möglichkeit, sich bewusst selbst zu steuern und aus einem Zustand emotionalen Unbehagens oder einem Stresszustand in einen neuen „positiven“ Zustand emotionaler Ruhe und Stabilität zu wechseln. Dies geschieht als Ergebnis einer Übung, bei der eine Person bewusst einen positiven oder ruhigen emotionalen Zustand als zukünftiges Ziel aktiviert und eine Veränderung in den Mustern der Aktivität des Herzen hervorruft, hin zu einem kohärenteren Zustand, der es der Person ermöglicht, Stabilität und emotionale Gelassenheit zu erreichen und aufrechtzuerhalten.

Die Techniken sind dazu bestimmt, Menschen dazu zu befähigen, in dem Moment, wo negative und störende Emotionen ausgelöst werden, einzugreifen und damit die normale Belastungsreaktion des Körpers zu unterbrechen und einen Übergang zu erhöhter Kohärenz auszulösen. Dieser Übergang erleichtert eine gesteigerte kognitive Funktionsfähigkeit, intuitiven Zugang und eine erhöhte emotionale Regulierung, die normalerweise alle in Stresszuständen und negativen emotionalen Zuständen beeinträchtigt sind.

Durch regelmäßige Anwendung der HeartMath-Übungen wird die Verknüpfung zwischen dem psychophysiologischen Kohärenz-Modus und positiven Emotionen weiter verstärkt.

Selbstregulierungs-Techniken zur Steigerung der Kohärenz

Zu Herangehensweisen der verhaltensbasierten Intervention, welche den Menschen Selbstregulierungsstrategien beibringt, die einen physiologischen Aspekt beinhalten, wie HRV-Kohärenz-Feedback, und die den vagalen Verkehr natürlich erhöht, entsteht ein Paradigmenwechsel. Zum Beispiel gibt es viele Studien die zeigen, dass das Atmen mit 6 Atemzügen pro Minute, unterstützt von HRV-Feedback, den Kohärenzrhythmus herbeiführt und weitreichende Vorteile mit sich bringt. [113-119]

Zusätzlich zu klinischen Anwendungen wird das HRV-Kohärenz-Feedback-Training oft angewendet, um die Aneignung von Selbstregulationsfähigkeiten in Schulen, Unternehmen bei der Polizei und beim Militär zu unterstützen. Es sind verschiedene Systeme verfügbar, die das Kohärenzniveau in den Herzrhythmen des Anwenders messen. Der Großteil dieser Systeme verwendet einen nichtinvasiven Ohrläppchen- oder Finger-Puls-Sensor und gibt den Herzrhythmus des Anwenders wieder, um sein Kohärenzniveau zu bewerten.

Emotionale Selbstregulierungsstrategien können einen Beitrag zu verbesserter Gesundheit und Leistungsfähigkeit leisten. Es wurde nachgewiesen, dass diese Strategien allein oder in Kombination mit HRV-Kohärenz-Feedback-Training die Widerstandsfähigkeit erhöhen und die Erholung von Stressauslösern oder Traumata beschleunigen. [12, 120-122] Eigeninduzierte positive Emotionen können ohne jegliche bewusste Absicht, den Atemrhythmus zu ändern, einen Wechsel zu erhöhter kardialer Kohärenz hervorrufen. [60, 96] Wenn Menschen in der Lage sind selbst ein positives oder beruhigendes Gefühl hervorzurufen, statt auf ihre Atmung fokussiert zu bleiben, genießen sie normalerweise die Veränderung der Empfindungen, und es ist ihnen möglich, ein hohes Niveau an Kohärenz für länger andauernde Zeiträume aufrechtzuerhalten. [39]

Herz-fokussierte Selbstregulierungstechniken und unterstützende Technologien, die HRV- Kohärenz-Feedback in Echtzeit bereitstellen, bieten einen systematischen Prozess zur Selbstregulierung von Gedanken, Emotionen, Verhaltensweisen und steigender physiologischer Kohärenz. Viele dieser Techniken (z.B. HeartMath's Heart-Focused Breathing™, Freeze Frame, Inner-Ease™ und Quick Coherence® [109]) sind dazu bestimmt, Menschen in die Lage zu versetzen, dass sie in dem Moment eingreifen können, in dem sie beginnen, Stressreaktionen oder unproduktive Gedanken oder Emotionen wahrzunehmen. Mit etwas Übung ist man in der Lage, jede dieser Techniken einzusetzen, um vor, während und nach anspruchsvollen oder nachteiligen Situationen in einen kohärenteren Zustand überzugehen, wodurch geistige Klarheit, emotionale Gelassenheit und Stabilität optimiert werden.

Der erste Schritt bei den meisten Techniken, die das HeartMath Institut entwickelt hat, nennt sich Herzfokussiertes Atmen, was darin besteht, seine Aufmerksamkeit auf die Mitte der Brust zu lenken (auf den Bereich des Herzens) und sich vorzustellen, dass der Atem in den Brustbereich hineinfließt und wieder heraus, wobei ein wenig langsamer und tiefer geatmet wird als normal. Die bewusste Kontrolle der Atmung bei einem Rhythmus von 10 Sekunden (0,1 Hertz) steigert die kardiale Kohärenz und startet den Prozess des Übergangs in einen kohärenteren Zustand. [5, 39] Mit einer bewussten Kontrolle der Atmung kann eine Person das Tempo des Atemrhythmus verlangsamen und dessen Tiefe erhöhen. Damit werden physiologische Mechanismen genutzt, um efferente vagale Aktivitäten und somit auch den Herzrhythmus anzupassen. Vagale afferente Kommunikation wird dadurch erhöht, und die Kohärenz (Stabilität) in den Mustern des vagalen afferenten Nervenverkehrs gesteigert. Andererseits beeinflusst dies die neuronalen Systeme, welche in die Regulierung des sympathischen Abflusses, die Mitteilung emotionaler Erlebnisse und die Synchronisation neuronaler Strukturen involviert sind, die kognitiven Prozessen unterliegen. [5]

Zusätzlich zu den Selbstregulierungstechniken, die hauptsächlich dafür bestimmt sind, sofort angewandt zu werden, ist die Heart Lock-In® Methode besser geeignet, wenn man mehr Zeit hat, um sich auf die Erhaltung eines kohärenten Zustandes zu konzentrieren. Diese ermöglicht es, positive Gefühlzustände, welche mit dem Herz verknüpft sind, „festzuhalten“, um die eigene Energie anzukurbeln, Ruhe und Klarheit zu steigern und die Physiologie dahingehend umzutrainieren, dass längere Zeiträume kohärenter Funktion aufrechterhalten werden können. Mit regelmäßiger Übung ermöglicht die Heart Lock-in Methode die Bildung neuer Referenzmuster, was eine Erhöhung der physiologischen Effizienz, des Denkvermögens und der emotionalen Stabilität als neue Basis und Norm fördert.

Obwohl die HeartMath-Übungen gezielt so geschaffen wurden, dass sie leicht zu lernen und im Alltag einfach anwendbar sind, haben unsere Erfahrungen mit Menschen unterschiedlichen Alters sowie unterschiedlicher Kulturen, Bildungsstände und Berufe gezeigt, dass diese Methoden oft tiefgründige Veränderungen in der Wahrnehmung, im Gemütszustand und im Bewusstsein hervorrufen. Darüber hinaus verdeutlichte umfassende Laborforschung im HMI, dass der physiologische Wandel, den solche Veränderungen mit sich bringen, tiefgreifend ist.

Mehrere Studien, bei denen verschiedene Selbstregulierungsmethoden zum Einsatz kamen, stellten wesentliche Zusammenhänge zwischen der HRV-Kohärenz und der Verbesserung kognitiver Funktionen sowie der Selbstregulierungsfähigkeit fest. Beispielsweise zeigte eine Studie mit Mittelschülern mit ADHS ein breites Spektrum an maßgeblichen Verbesserungen des Kurz- und Langzeitgedächtnisses, der Konzentrationsfähigkeit und wesentliche Verhaltensverbesserungen sowohl zu Hause als auch in der Schule. [34] Eine Studie mit 41 Kampfpiloten in einer Flugsimulation stellte einen wesentlichen Zusammenhang zwischen einem höheren Niveau an Leistung und Herzrhythmuskohärenz und einem niedrigeren Niveau an Frustration fest. [123] Eine Studie mit kürzlich aus dem Irak heimgekehrten Soldaten, die mit PTSD diagnostiziert wurden, zeigte, dass relativ kurze Perioden des HRV-Kohärenztrainings in Kombination mit der Ausübung der Quick Coherence-Technik in wesentlichen Verbesserungen der Selbstregulierungsfähigkeit resultieren, einhergehend mit einem breiten Spektrum an verbesserte Funktionen. Das Ausmaß der Veränderung entsprach der erhöhten kardialen Kohärenz. [35] Andere Studien haben Steigerungen der parasympathischen Aktivität (vagaler Tonus), Abbau von Cortisol und Erhöhung von DHEA, [42] Senkung des Blutdrucks und Reduktion der Stresssymptomen hypertensiver Bevölkerungen, [39, 41] verringerte Kosten des Gesundheitswesens [38] und wesentliche Verbesserungen funktionaler Kapazitäten von Patienten mit kongestiver Herzinsuffizienz festgestellt. [124] Außerdem zeigte eine Studie mit Justizvollzugsbeamten eine Reduktion des systolischen und diastolischen BP, des Gesamtcholesterins, der Nüchternglukose, der Gesamtbelastung, Wut, Ermüdung und Feindseligkeit. [40] Ähnliche Ergebnisse gab es bei verschiedenen Studien mit Polizeibeamten. [122, 125]

Zusätzlich zu den emotionalen Selbstregulierungsmethoden gibt es andere Herangehensweisen, welche die HRV-Kohärenz ebenfalls erhöhen. Beispielsweise wurde in einer Studie mit Zen-Mönchen festgestellt, dass Mönche mit einer ausgeprägteren Erfahrung in der Meditation dazu neigten, während ihrer Ruhezustandsaufzeichnung mehr kohärente Herzrhythmen aufzuweisen als diejenigen, welche seit weniger als zwei Jahren Mönch waren. [126] Eine Studie über Autogenes Training stellte eine erhöhte HRV-Kohärenz fest und zeigte, dass kardiale Kohärenz eng in Zusammenhang steht mit EEG Alpha-Aktivität. Die Autoren sind der Ansicht, dass kardiale Kohärenz einen allgemeinen Hinweis auf einen meditativen Zustand darstellt. [127] Jedoch besagt dies nicht, dass alle Meditations- oder Gebetsarten die Kohärenz steigern, es sei denn, der Kohärenzzustand wird durch die Konzentration auf das Atmen in einem 10-Sekunden-Rhythmus oder durch die Aktivierung einer positiven Emotion angetrieben. [128-131] Zum Beispiel wurde in einer Studie in der die HRV während Rosenkranz- oder Gebetskettengebete oder beim Aufsagen von Yoga Mantras untersucht wurde, gezeigt, dass ein kohärenter Rhythmus durch rhythmisches Atmen, jedoch nicht durch wahllose Formulierung oder Atmung erzeugt wurde. Die Autoren schrieben die Mechanismen für diese Feststellung einem Atemmuster von 6 Zyklen pro Minute zu. [132] In einer Studie über die Auswirkungen fünf verschiedener Gebetsarten auf die HRV wurde festgestellt, dass alle Gebetsarten eine erhöhte kardiale Kohärenz auslösten. Allerdings führten Gebete der Dankbarkeit und innigen Liebe zu einem definitiv höheren Kohärenzniveau. [133] Es wurde auch nachgewiesen, dass die rhythmische Anspannung der großen Muskeln in den Beinen im 10-Sekunden-Takt einen kohärenten Herzrhythmus hervorrufen kann. [134]

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