Polar Electro | M32 | Herzfrequenzvariabilität bei Laufband-, Ruder

ROBERT FELGNER/KUNO HOTTENROTT
Herzfrequenzvariabilität bei Laufband-, Ruder- und Radergometerbelastungen
1
Einleitung und Fragestellung
Im Freizeit- und Gesundheitssport nehmen die Ausdauersportarten in allen Altersgruppen einen immer größeren Stellenwert ein. Die positiven Wirkungen auf Gesundheit und Wohlbefinden sind dabei unumstritten. Sportarten, wie Laufen, Radfahren und Rudern, rufen beim Menschen unterschiedliche motorische Beanspruchungen hervor, die entsprechende Herz-Kreislauf-Reaktionen nach sich ziehen.
Das Laufen zeichnet sich beispielsweise durch die stehende Körperlage aus, wobei
das Körpergewicht fortwährend von der unteren Extremität getragen wird und somit
Stoßbelastungen auftreten. Charakteristisch für das Radfahren ist der geringste Anteil an aktiver Muskulatur. Dabei treten in sitzender Position keine Stoßbelastungen
auf. Beim Rudern hingegen erfährt zusätzlich die Oberkörpermuskulatur eine verstärkte Beanspruchung, wobei insgesamt eine Kraftausdauerleistung zu erbringen
ist. Aufgrund der unterschiedlichen Körperhaltungen und Beanspruchungen des
Stütz- und Bewegungsapparats lässt sich eine differenzierte Inanspruchnahme der
inneren Systeme vermuten. Dies könnte sich in einem unterschiedlichen Verhalten
der Herzfrequenzvariabilität widerspiegeln. Aus den unterschiedlichen motorischen
Beanspruchungen ergeben sich zudem unterschiedliche Belastungsvorgaben für
die Trainingsherzfrequenz in diesen Sportarten (Hottenrott & Zülch, 2002, Neumann et al.,2000).
Ziel der vorliegenden Studie ist es, zu prüfen, welchen Einfluss unterschiedliche
zyklische Lokomotionen (Laufen, Radfahren, Rudern) auf Parameter der Herzfrequenz und Herzfrequenzvariabilität bei ansteigender Belastungsintensität haben.
2
2.1
Methodik
Probanden
Für die Untersuchung konnten 16 gesunde Sportstudenten (8 Frauen, 8 Männer)
der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg rekrutiert werden. Die Probanden
durften zwei Stunden vor der Untersuchung keine feste Nahrung zu sich nehmen,
sich am Untersuchungstag noch nicht intensiv körperlich belastet haben und während der Messungen weder essen noch trinken. Die Untersuchungen fanden meist
zwischen 8 und 14 Uhr statt.
dvs Band ??? © Edition Czwalina
1
Tab. 1. Probandenkollektiv (Minimum, Maximum, Mittelwerte und Standardabweichung)
2.2
Alter
Größe
Jahre
Cm
N
16
16
Min.
21
164
Max.
29
190
MW
23,94
176,31
SD
2,62
7,41
Gewicht
Kg
16
57
93
69,469
9,676
Ruhepuls
Schläge pro Minute
16
47
71
57,50
8,21
Untersuchungsdesign
An drei verschiedenen Tagen realisierten die Probanden jeweils vier Stufentests in
Folge. Die Belastungsdauer pro Stufe betrug jeweils eine Minute. Die Probanden
bekamen die Aufgabe gestellt, auf der ersten Stufe eines Stufentests mit der möglichst niedrigsten Herzfrequenz zu beginnen. Fortlaufend sollte die Intensität so gesteigert werden, dass die Herzfrequenz auf jeder weiteren Stufe um möglichst exakt 10 Herzschläge pro Minute ansteigt. Ein Stufentest dauerte mindestens sechs
und maximal acht Minuten. Daran schloss sich jeweils eine Ruhepause an, in der
die Probanden in bequemen Sesseln Entspannungsmusik hören konnten. An jedem Testtag wurde mit einem anderen Cardiogerät begonnen, wobei die nachfolgenden zwei Geräte randomisiert gewechselt wurden. Das jeweils erste Gerät wurde zum Schluss noch einmal wiederholt, um eventuelle Ermüdungserscheinungen
zu erfassen.
HF/S/min
250
HF/S/min
250
225
225
Rad
200
Rudern
Laufen
Rad
200
175
175
150
150
125
125
100
100
75
75
50
50
25
1
0
0:00:00
2
3
4
5
6
7
8
25
Zeit
0:10:00
0:20:00
0:30:00
0:40:00
0:50:00
1:00:00
1:10:00
Zeit: 0:00:00.0
HF: 0 S/min
Abb. 1. Beispielhafter Untersuchungsablauf anhand eines Herzfrequenztachogramms (Proband 1, erster
Messtag).
Um den Randomisierungseffekt zu verstärken, wurden für die Probanden zwei verschiedene Untersuchungsdesigns konzipiert, die gleichermaßen zur Anwendung
kamen. Somit war es möglich, zwei Probanden gleichzeitig zu testen. An jedem der
drei Testtage absolvierten die Probanden jeweils vier Stufentests, so dass bei 16
Probanden insgesamt 192 Stufentests ausgewertet werden konnten.
2
MUSTERAUTOR: Kurztitel
Tab. 2. Untersuchungsdesign von Proband 1 und 2 an drei Messtagen
Proband 1
2.3
Proband 2
1.Tag
Rad – Rudern – Lauf - Rad
Lauf - Rad - Rudern – Lauf
2.Tag
Rudern – Rad - Lauf - Rudern
Rad - Lauf - Rudern – Rad
3.Tag
Lauf – Rudern - Rad - Lauf
Rudern - Rad - Lauf – Rudern
Datenerhebung und –verarbeitung
Die Bestimmung der OwnZone® erfolgte mit den Modellen M32 und M52 von der
Firma Polar Electro. Die ermittelten Werte wurden für jeden Probanden protokolliert. Mit dem Herzfrequenzmessgerät S 810 (Polar Electro) wurde die Herzfrequenz im RR-Intervall erfasst. Die gespeicherten Daten wurden mittels Interface in
den Computer übertragen und mit der Software „Polar Precision Performance 4.0“
ausgewertet. Artefakte wurden einzeln per Hand in der zugehörigen MicrosoftExcel-Datei beseitigt. Bei allen RR-Protokollen lag die Fehlerrate unter 5%. Um
Veränderungen der einzelnen HRV-Parameter bei steigender Belastungsintensität
auswerten zu können, wurde für jedes Gerät jede einzelne Minute aus dem Stufentest markiert und analysiert. Ausgewertet wurden die Parameter der ZeitbereichsAnalyse SD1 und SD2.
2.4
Statistische Datenprüfung
Für die Datenanalyse wurde das Statistikprogramm SPSS Version 11.0 verwendet.
Die metrischen Daten wurden zunächst mittels Histogrammanalyse, einschließlich
Kolmogorov-Smirnov-Anpassungstest, auf Normalverteilung geprüft. Die varianzanalytische Auswertung der OwnZone® - Tests erfolgte multifaktoriell in einem Allgemeinen Linearen Modell (GLM) mit Messwiederholung.
Zusammenhänge zwischen zwei Variablen wurden in Abhängigkeit vom Skalenniveau mit bivariaten Korrelationen (nach Pearson bzw. Spearman) geprüft.
Für die statistische Prüfung wurde ein Signifikanzniveau von p<0,05 (*) (signifikant)
bzw. p<0,01 (**) (hoch signifikant) festgelegt (Bortz & Döring, 2002).
3
3.1
Ergebnisse
OwnZone®
Bestimmbarkeit der OwnZone®
Abbildung 2 zeigt die Bestimmbarkeit der OwnZonen in Abhängigkeit vom jeweiligen Ausdauerfitnessgerät. Es kamen jene Werte in Betracht, bei denen die Messsysteme M32 und M52 den Zielzonenbereich gemeinsam mit OZ.V (OwnZone Variabilität) anzeigten. Dies wird der Anzahl der durchgeführten Stufentests gegenübergestellt. Von insgesamt 192 Stufentests lies sich 144 mal OZ.V bestimmen.
dvs Band ??? © Edition Czwalina
3
Auf dem Radergometer waren dabei wesentlich mehr OZ.V-Bestimmungen (93,8%)
möglich als auf dem Laufband und dem Rudergerät (je 66,6%).
OZ.V
Stufentests
.
200
Anzahl
240
160
192
144
120
64
60
80
64
64
42
42
40
0
Laufen
Rad
Rudern
Gesamt
Abb. 2. Anzahl der Stufentests und Anzahl der bestimmten OZ.V-Werte (OwnZone Variabilität)
Vergleich zwischen M32 und M52
Da zur Ermittlung der OwnZone zwei verschiedene Messsysteme benutzt wurden,
soll ein Vergleich der jeweiligen Mittelwerte erfolgen. Es wurden jene Werte betrachtet, die während eines Stufentests von beiden Messsystemen angezeigt wurden. Zwischen beiden Messsystemen ließen sich keine Unterschiede nachweisen.
M32
M52
135
122,7
122,0
121,1
130
117,7
121,4
117,3
Hf (min-1)
125
120
115
110
105
n = 29
p = 0,182
n = 53
p = 0,409
n = 34
p = 0,604
Rad
Rudern
100
Laufen
Abb. 3. Vergleich der OwnZone-Untergrenze zwischen M32 und M52
Einfluss der Vorbelastung auf die OwnZone®
4
MUSTERAUTOR: Kurztitel
An jedem Messtag wurde jeweils ein anderes Cardiogerät zweimal durchlaufen.
Dabei befanden sich die Probanden einmal im ausgeruhten und einmal im vorbelasteten Zustand. Es soll überprüft werden, ob die wiederholten aeroben Vorbelastungen einen Einfluss auf die Ausprägung der OwnZone nehmen. Untersucht wurden die Werte, die von demselben Messsystem sowohl im ausgeruhten als auch im
vorbelasteten Zustand ermittelt wurden. Zwischen den jeweils bestimmten OwnZone-Werten besteht kein Unterschied. Somit haben diese Vorbelastungen keinen
Einfluss auf die OwnZone.
.
vorher
135
124,3
nachher
124,9
121,2
130
Hf (min-1)
117,3
122,8
117,7
125
120
115
110
105
n = 13
p = 0,621
n = 26
p = 0,859
n = 16
p = 0,212
100
Laufen
Rad
Rudern
Abb. 4. Einfluss der wiederholten aeroben Vorbelastung auf die OZ.V-Werte
OwnZone® in den Sportarten
Geprüft wurde der Einfluss der unterschiedlichen motorischen Beanspruchung auf
die OwnZone®. Für das Radergometer wurde dabei mit 117,2 ± 6,4 Schlägen pro
Minute der niedrigste Zielzonenbereich (p=0,000) ermittelt. Demgegenüber besteht
zwischen dem Laufband (123,0 ± 7,3 min-1) und dem Rudergerät (121,9 ± 7,9 min-1)
kein Unterschied (p=0,617).
135,0
.
125,0
Hf (min-1)
130,0
120,0
p = 0,617
123,0
121,9
117,2
115,0
110,0
**
p = 0,000
105,0
**
p = 0,000
100,0
Laufen
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Rad
Rudern
5
Abb. 5. Mittelwerte und Standardabweichungen der OZ.V-Werte in den Sportarten
3.2
HRV-Parameter
Herzfrequenz während der Stufentests
Im Mittel begannen die Probanden die Stufentests bei einer Herzfrequenz von 85
Schlägen pro Minute. Je Belastungsstufe wurde die Herzfrequenz 10 Schläge pro
Minute unabhängig vom Cardiogerät erhöht. Auf der achten Stufe erreichten die
Probanden eine Herzfrequenz von durchschnittlich 152 Schlägen pro Minute. Eine
maximale Ausbelastung erfolgte nicht. Zwischen den Geräten zeigten sich auf keiner Stufe signifikante Herzfrequenzunterschiede, d.h. die Probanden erzielten auf
jeder Stufen unabhängig vom Ergometer die gleiche Herzfrequenz (Tab. 3).
Tab. 3. Herzfrequenzen während des OwnZone-Stufentests.
Stufen
Laufen
Rad
Rudern
1
n
64
MW ± SD
85,7 ± 10,7
MW ± SD
85,6 ± 9,6
MW ± SD
85,5 ± 10,1
2
64
91,5 ± 9,5
94,2 ± 8,6
93,5 ± 8,8
3
64
102,3 ± 10,2
104,4 ± 9,3
103,8 ± 8,9
4
64
114,8 ± 10,1
115,1 ± 9,5
113,8 ± 8,7
5
64
126,1 ± 10,6
125,2 ± 9,1
123,7 ± 8,7
6
64
136,0 ± 10,0
135,4 ± 9,3
133,7 ± 8,3
7
56
145,4 ± 10,6
144,6 ± 8,7
143,5 ± 8,3
8
19
150,3 ± 10,0
153,7 ± 8,1
152,4 ± 6,8
SD1- und SD2-Werte
Mit steigender Belastungsintensität nimmt die Variabilität der SD1- Werte ab und es
bildet sich ein Plateau aus. Tendenziell wird beim Rudern das Plateau bei einem
höheren SD1-Wert erreicht als beim Rad fahren. Varianzanalytisch (GLM) konnten
keine Unterschiede zwischen den drei Cardiogeräten auf den acht Belastungsstufen nachgewiesen werden (Abb. 6).
6
MUSTERAUTOR: Kurztitel
Rad
Rudern
Laufen
35
30
ms
25
20
15
10
5
0
1
2
3
4
Stufen
5
6
7
8
Abb 6: SD1-Werte bei steigender Belastungsintensität
Die Kurvenverläufe der SD2-Werte nehmen bei steigender Belastungsintensität fast
linear ab und tendieren dabei nicht zu einer Plateaubildung. Die Varianzprüfung ergab ebenfalls keine signifikanten Unterschiede zwischen den drei Cardiogeräten
(Abb. 7).
Rad
Rudern
Laufen
90
80
70
ms
60
50
40
30
20
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Stufen
Abb. 7. SD2-Werte bei steigender Belastungsintensität
Herzfrequenz bei SD14ms
Bestimmt wurde die Herzfrequenz bei einem SD1-Wert von 4 ms. Dieser Wert wurde gewählt, da die Kurvenverläufe im Bereich von 4 ms zu einer deutlichen Plateaubildung tendieren. Für das Radergometer wurde dabei mit 115,4 ± 8,2 Schlä-
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7
gen pro Minute der niedrigste Hf-Wert ermittelt (p=0,000). Zwischen den Hf-Werten
des Rudergerätes (123,4 ± 10,3 min-1) und des Laufbands (123,7 ± 10,9 min-1) bestehen hingegen keine Unterschiede (p>0,1) (Abb. 8).
140
p = 0,989
.
130
Hf (min-1)
135
125
123,7
123,4
115,4
120
115
**
**
110
p = 0,000
p = 0,000
105
100
Laufen
Rad
Rudern
Abb. 8. Mittlere Herzfrequenz und Standardabweichung bei einem SD1-Wert von 4 ms (SD14ms)
Vergleich der OZ.V-Werte mit der Herzfrequenz bei SD14ms
Für den Vergleich OZ.V-Werte mit der Herzfrequenz bei SD14ms mit der Herzfrequenz bei SD14ms kamen jene Werte in Betracht, die sich jeweils paarweise
bestimmen ließen. Auch hierfanden sich keine Unterschiede zwischen den OZ.VWerten und der Herzfrequenz bei SD14ms (Abb. 9).
SD1-4ms
OwnZone
135
120,4
122,3
.
130
115,1
125
Hf (min-1)
121,2
121,5
116,6
120
115
110
105
n = 33
p = 0,248
n = 59
p = 0,078
n = 37
p = 0,767
100
Laufen
Rad
Rudern
Abb. 9. Vergleich der OwnZone-Herzfrequenz und der SD14ms-Herzfrequenz
8
MUSTERAUTOR: Kurztitel
4
Diskussion und Schlussfolgerungen
Die höhere Quote in der Bestimmbarkeit der OZ.V-Werte beim Rad fahren im Vergleich zum Rudern und Laufen deutet darauf hin, dass möglicherweise die starke
Oberkörperbewegung bzw. das wechselseitige Pendeln der Armen beim Laufen einen Einfluss auf die OwnZone-Bestimmung hat. Das Rad fahren zeichnet sich
durch eine ruhige Oberkörperaktivität und einer stabilen Armposition am Lenker
aus. Bewegungsartefakte treten weniger auf.
Zwischen den ermittelten OZ.V-Werten der M32 und der M52 bestehen keine Unterschiede. Die Hersteller von Polar schlagen für die M32 einminütige und für die
M52 zweiminütige Steigerungsraten vor (Polar 20031,2). Den Ergebnissen zufolge
gibt es keinen Unterschied zwischen den beiden Modellen hinsichtlich der OwnZone-Werte. Folglich ist mit einminütigen Steigerungen eine schnellere OwnZoneBestimmung möglich.
Die wiederholten, aeroben Vorbelastungen haben keinen Einfluss auf die OwnZone. Dies resultiert aus den identischen OwnZone-Werten, die sowohl im ausgeruhten als auch im vorbelasteten Zustand ermittelt wurden. Für den Sportler ist dieses
Ergebnis insofern relevant, als dass bei einer fehlgeschlagenen OwnZoneBestimmung nach kurzer Pause eine erneute Bestimmung der OwnZone zu gleichen Werten führt. Allerdings könnten sich andere OwnZone-Werte ergeben, wenn
die Vorbelastung bereits hoch intensiv ist, d.h. den anaeroben Stoffwechsel beansprucht.
Die ermittelten OZ.V-Werte beim Rad fahren sind niedriger als beim Laufen, was
mit trainingsmethodischen Empfehlungen für ein Grundlagenausdauertraining konform geht. Für das Radergometer wurde stets der niedrigste Zielzonenbereich bestimmt. In der Literatur wird für den selben Trainingsbereich im Radfahren stets
niedrigere Trainingsherzfrequenzen angegeben als im Laufen (Hottenrott & Zülch,
2002, Neumann et. al., 2000). Die identischen Werte von Laufen und Rudern könnten aus den ähnlich hohen aktiven Muskelanteilen resultieren. Zu den Trainingsherzfrequenzen im Rudern gibt es allerdings nur allgemeine Angaben (Fritsch,
1999, Schröter, 1991).
Zwischen der Herzfrequenz bei einem SD1-Wert von 4 ms und der Herzfrequenz
an der Untergrenze der OwnZone bestehen keine Unterschiede. Daher könnte die
ermittelte Herzfrequenz bei SD14ms ein relevanter Wert für die Bestimmung des
Trainingsbereichs sein. Dies müsste allerdings in weiteren Studien überprüft werden.
dvs Band ??? © Edition Czwalina
9
6
Literatur
Bortz, J. & Döring, N. (2002). Forschungsmethoden und Evaluation. Berlin: Springer.
Engelhardt, M. (1994). Erfolgreiches Triathlontraining. München, Wien, Zürich: BLV.
Fritsch, W. (1999). Handbuch für den Rudersport. 3. Aufl. Aachen: Meyer und Meyer.
Hottenrott, K. & Zülch, M. (2002). Ausdauertrainer Triathlon. 4. Aufl. Reinbek bei Hamburg: Rowohlt.
Hottenrott, K. (Hrsg.) (2002). Herzfrequenzvariabilität im Sport. 1. Aufl. Hamburg: Czwalina.
Janssen, P.G.J.M. (1999). Ausdauertraining. 2. Aufl. Balingen: Spitta.
Löllgen, H. (1999). Herzfrequenzvariabilität. Deutsches Ärzteblatt 96 (31-32), 2029-2032.
Neumann, G., Pfützner, A. & Hottenrott, K. (2000). Alles unter Kontrolle. 6. Aufl. Aachen: Meyer
und Meyer.
Polar Electro GmbH Deutschland (2003)1. Gebrauchsanleitung M31, M32. Büttelborn.
Polar Electro GmbH Deutschland (2003)2. Gebrauchsanleitung M51, M52. Büttelborn.
Schröter, W. (1991). Rudern. Reinbek bei Hamburg: Rowohlt.
Unger, E. & Rößler, J. (2000). Guide Fitnessgeräte. Aachen: Meyer und Meyer.
Vestweber, K. & Hottenrott, K. (1999). Die Herzfrequenzvariabilität. Ein Biofeedback-Parameter für
psycho-physische Balance im Sport. Marburg: o.V.
Zintl, F. & Eisenhut, A. (2001). Ausdauertraining. München: BLV.
10
MUSTERAUTOR: Kurztitel
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