Intuitiv könnte man annehmen, das ein konstanter Herzschlag Ausdruck für ein gesundes Herz ist. Die allgemein über den Bereich einer Minute gemittelte Herzfrequenz vermittelt ebenfalls den Eindruck, dass es sich bei der Abfolge der einzelnen Herzschläge (R-R-Intervalle) um eine konstante Größe handelt. Dem ist aber nicht so. Im Gegenteil, gerade der variable zeitliche Abstand von Herzschlag zu Herzschlag und die damit verbundene permanent wechselnde aktuelle Herzfrequenz zeichnen einen gesunden Organismus aus. Erste Beobachtungen zum Phänomen des unregelmäßigen Herzschlags reichen über 1.700 Jahre zurück in das 3. Jahrhundert nach Christus. Der chinesische Arzt Wang Shuhe beschrieb dieses Phänomen wie folgt : "Wenn der Herzschlag so regelmäßig wie das Klopfen des Spechts oder das Tröpfeln des Regens auf dem Dach wird, wird der Patient innerhalb von vier Tagen sterben."
Die Variabilität der Herzfrequenz von Schlag zu Schlag wird als Herzfrequenzvariabilität (englischen: heart rate variability, HRV) bezeichnet. Die HRV wird aus den R-R-Abständen (Inter-Beat-Intervallen, "NN") eines konventionell abgeleiteten Brustwand-EKG's ermittelt. Der Sinusknoten, als autonome Schrittmacher des Herzens unterliegt der ständigen antagonistischen Beeinflussung durch das parasympathische und sympathische Nervensystem. Die HRV spiegelt somit den Tonus der autonomen Innervation des Herzens wider. Da die Herzfrequenz gemeinsame Stellgröße in den teilweise multipel miteinander vernetzten neuronalen Feed-Back-Schleifen der kurzfristigen Kreislaufregulation ist, bilden sich Beeinflussungen dieses Steuerungsmechanismus, wie sie sich beispielsweise bei kurz- aber vor allem auch längerfristigen suboptimalen Zuständen ergeben, auch in einer Veränderung der Variabilität der Herzfrequenz ab.
Abbildung 1: Die beiden Zweige des ANS modulieren permanent die autonome Taktfrequenz des Sinusknotens. Aus diesen Wechselwirkungen resultiert ein variabler zeitlicher Abstand aufeinanderfolgender R-R-Intervalle. Dies wird als Herzschlagvariabilität (HRV) im Tachogramm dargestellt und analysiert. (N.s.=Nodus sinuatrialis; ZNS=zentrales Nervensystem; ANS= autonomes Nervensystem)[verändert nach MCCRATY et al.,1996].
Die HRV stellt eine integrierende Messgröße dar, die nicht nur die Funktionalität des Herzens berücksichtigt, sondern vor allem die aktuell vorherrschenden Einflüsse von Vagus- und Sympatikustonus auf die zentrale Steuerung – und somit das Tier als Ganzem - widerspiegelt. Aussagen über die bestehende sympatho-vagale Balance des Organismus werden möglich (fight or flight reaction), so dass auf dieser Basis die objektive Indizierung von Belastungszuständen erfolgen kann. Entsprechende mathematische Verfahren zur Analyse linearer und auch nichtlinearer Kenngrößen der HRV wie sie in der Humanmedizin zur Einschätzung von Gesundheits-, Krankheits- oder Trainingszuständen seit längerem angewandt werden, spielen auch in der Nutztierforschung zur Indikation von Belastungszuständen zunehmend eine Rolle. Die Task Force of The European Society of Cardiology and The North American Society of Pacing and Electrophysiology hat 1996 eine umfassende Publikation zu Standards der Messung und Analyse der HRV publiziert.
Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology (Marek Malik, PhD, MD, Chairman of the Writing Committee): Heart Rate Variability: Standards of Measurement, Physiological Interpretation, and Clinical Use. Circulation. 1996; 93: 1043-1065. (die Datei erfordert den Acrobat Reader)
Im Rahmen der im Jahre 2007 beendeten European COST Action 846 “Measuring and monitoring farm animal welfare” wurde eine Übersichtsarbeit zur Messung und Analyse der HRV bei verschiedenen Nutztierspezies veröffentlicht, an der wir maßgeblich beteiligt waren.
von Borell, E., J. Langbein, G. Després, S. Hansen, C. Leterrier, J. Marchant-Forde, R. Marchant-Forde, M. Minero, E. Mohr, A. Prunier, D. Valance, and I. Veissier: Heart rate variability as a measure of autonomic regulation of cardiac activity for assessing stress and welfare in farm animals – a review. Physiology & Behaviour (2007) 92, 293 – 316. (die Datei erfordert den Acrobat Reader)
Neben den hier beschriebenen Verfahren zur Analyse der HRV sind in den letzten Jahren verstärkt nichtlineare Methoden der Datenanalyse eingesetzt worden, die die vielfache Rückkopplung der einzelnen Regelkreise, die auf die HRV einwirken, berücksichtigen.
Zur telemetrischen Messung der Herzschlagaktivität (R-R-Intervall) bei Zwergziegen benutzen wir das Gerätesystem Polar-S810 (Polar Elektro Oy, Finnland). Es besteht aus einem Messgurt mit zwei integrierten Elektroden und einer Sendeeinheit (ca. 200g), einer Empfangseinheit plus Datenlogger, einem Interface und zugehöriger Software. Die sample-frequency des Gerätes beträgt 1000 Hz. Die Speicherkapazität des Datenloggers erlaubt die Aufzeichnung von 16000 Herzschlägen (bei 100 Schlägen/Minute = 160 Minuten Messdauer). Messgurt und Empfänger wiegen zusammen etwa 250 Gramm. Die Polar-Software ermöglicht eine automatische Korrektur des aufgezeichneten Tachogramms, die visuelle Darstellung der Daten, sowie die Datenanalyse entsprechend den Kriterien der Task Force (siehe oben) im Zeit- und Frequenzbereich.