Untersuchung zur Herzratenvariabilität unter Stress- und Entspannungs- Bedingung

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1 Universität Regensburg Institut für experimentelle Psychologie Lehrstuhl: Prof. Dr. H. Lukesch PWP: Empirische Erhebungen zum Bereich der Medien- und Gesundheitspsychologie WS 2007/2008 Untersuchung zur Herzratenvariabilität unter Stress- und Entspannungs- Bedingung Alexandra Curic Heidrun Männer Susanne Meißner Ferdinand Morawetz 1

2 Einleitung Inhalt 1 Einleitung 1.1 Herzratenvariabilität 1.2 Biologische Grundlagen der HRV 1.3 Parameter der HRV Zeitbezogene Parameter Parameter der Frequenzanalyse 2 Fragestellung und Hypothesen 3 Methode 3.1 Versuchspersonen 3.2 Versuchsplan 3.3 Versuchsablauf 3.4 Versuchsmaterialien 3.5 Datenauswertungsmethoden 4 Ergebnisse 4.1 Deskriptive Statistiken 4.2 Einfaktorielle Analysen 4.3 Zweifaktorielle Analysen 4.4 Korrelationen 5 Diskussion 6 Zusammenfassung 7 Literatur 8 Anhang 8.1 Anhang A 8.2 Anhang B 8.3 Anhang C 8.4 Anhang D 8.5 Anhang E 8.6 Anhang F 8.7 Anhang G 2

3 Einleitung 1 Einleitung Die Bestimmung der Herzratenvariabilität hat sich während der letzten 20 Jahre im klinischen Einsatz (z. B. bei der Risikobestimmung des plötzlichen Herztodes oder der Diagnose diabetischer, neuropathischer Prozesse) als zuverlässiges, nicht invasives diagnostisches Verfahren fest etabliert. Auch in den Sportwissenschaften, vor allem im Ausdauersport, nutzt man die Parameter der Herzratenvariabilität zur optimalen Trainingssteuerung von Belastungs- und Erholungsphasen. Mit Blick auf eventuelle künftige Anwendungsmöglichkeiten bei psychologischen Fragestellungen muss daher zuerst geklärt werden, ob die Parameter der Herzratenvariabilität bzw. deren Erhebungsmethoden geeignet sind, neben physischen Belastungen auch psychische bzw. mentale Belastung und Entspannung zuverlässig zu erfassen. 1.1 Herzratenvariabilität Die Herzratenvariabilität (HRV) ist eine Messgröße der neurovegetativen Aktivität und autonomen Funktion des Herzens und beschreibt dessen Fähigkeit, den zeitlichen Abstand von Herzschlag zu Herzschlag belastungsabhängig laufend zu verändern, um sich wechselnden Anforderungen schnell anzupassen. Die HRV ist somit eine Kenngröße für die Anpassungsfähigkeit des menschlichen Organismus an innere und äußere Belastungsfaktoren (Hottenrott, 2002). Auf die verschiedensten Situationen und Wechselfälle des Lebens reagiert immer der gesamte Organismus des Menschen. So schlägt einem das Herz bis zum Halse oder es rast in Stresssituationen. Dies sind normale Anpassungsreaktionen auf äußere oder innere Reize, die ständig registriert und durch kleinere oder größere Variationen in der Herzschlagfolge eben die Herzratenvariabilität beantwortet werden. Problematisch wird es, wenn sich das Herz nicht mehr flexibel diesen Belastungen anpassen kann. Menschen mit eingeschränkter HRV werden durch größere Belastungen rasch überfordert. Sie erleben dies als Stress also als Ungleichgewicht zwischen den Anforderungen einerseits und den eigenen, zur Verfügung stehenden Bewältigungsmöglichkeiten andererseits. Sie entwickeln zu einem deutlich höheren Prozentsatz gravierende Gesundheitsstörungen wie Herzkrankheiten, Depressionen oder Neuropathien (Mück-Weymann, 2002). Eine ausreichend große HRV scheint demnach ein Hinweis auf Gesundheit zu sein, bezogen auf die Fähigkeit des Organismus, angemessen auf dauernd wechselnde innere und äußere Belastungen reagieren zu können. Die HRV ist somit möglicherwei- 3

4 Einleitung se ein Globalindikator für Schwingungsfähigkeit (Resonanzfähigkeit) und Adaptivität bio-psycho-sozialer Funktionskreise im Austausch zwischen Organismus und Umwelt (Mück-Weymann, 2002). Die HRV ist ein sehr individueller Wert und hängt u. a. vom Geschlecht, Alter, Trainingszustand und Aktivität des betreffenden Individuums ab. Des Weiteren beeinflussen Medikamente, Alkohol, Nikotin, Schlafmangel, Erschöpfung, akute Infekte und chronische Erkrankungen die HRV. Insgesamt lässt sich sagen: Je ausgeruhter und entspannter der Organismus ist, desto größer wird die Unregelmäßigkeit und desto höher die Variabilität. Regelmäßigkeit bzw. eine geringe Variabilität des Herzschlags ( Pulsstarre ) sind dagegen immer ein Anzeichen von intensiver Belastung des Herz-Kreislaufsystems z. B. durch körperliche Anstrengung, aber auch durch Krankheit. 1.2 Biologische Grundlagen der HRV Das gesunde Herz des Erwachsenen schlägt in Ruhe zwischen mal in der Minute. Die Herzfrequenz (HF) gibt die Anzahl der Herzschläge pro Minute an. Eine HF von 60 bedeutet also 60 Kontraktionen in einer Minute. Im Durchschnitt beträgt der Abstand von einem Herzschlag zum nächsten 1 Sekunde oder 1000 Millisekunden (ms). Dies entspricht jedoch nicht der Arbeitsweise eines gesunden Herzens. Dieses schlägt in Ruhe unregelmäßig. Die Intervalle zwischen den Herzschlägen betragen mal mehr und mal weniger als 1000 ms sie schwanken also um Bruchteile von Sekunden um einen Mittelwert (vgl. Abb.1.1). Abbildung 1.1: Beispiel eines EKGs in Ruhe über sechs RR-Intervalle mit Angabe der Herzperiodendauer und der Herzfrequenz (Hottenrott, 2002, S.10) 4

5 Einleitung Misst man diese Abweichungen vom Mittelwert, so kann man die Standardabweichung bzw. die Varianz der Phasenlänge zwischen den Herzschlägen berechnen. Das autonome Nervensystem steuert unsere Organfunktionen und besteht aus zwei, meist gegensätzlich arbeitenden Anteilen: Dem Sympathikus mit seiner aktivierenden, für Kampf- und Fluchtreaktionen verantwortlichen Wirkung, sowie dem Parasympathikus, der in Ruhephasen aktiv ist und vornehmlich Regenerationsprozesse ermöglicht. Auch die Arbeitsleistung des Herzens wird von den beiden Antagonisten gesteuert. Unter Sympathikuseinfluss kommt es zu einer Frequenzsteigerung, während die Herzfrequenz unter parasympathischem Einfluss abnimmt. Der Parasympathikuseinfluss zeigt sich jedoch auch in einer Zunahme der Unregelmäßigkeiten, während der Sympathikus eine geringere Varianz in der Herzschlagfolge bewirkt. Normale HRV Sympatho-vagale Balance LF-Einfluss sympathisch HF-Einfluss parasympathisch Niedrige HRV Sympatho-vagale Dysbalance HF-Einfluss parasympathisch LF-Einfluss sympathisch Abbildung 1.2: HRV und sympathovagale Balance Waagenmodell (Hottenrott, 2002, S.18) Die hochfrequenten, schnellen Impulse des Vagus (HF) führen zum sofortigen Absinken der Herzfrequenz nach Belastungsende. Nach einem vagalen Reiz dauert es maximal 400 ms bis zu einer Reaktion, deren Spitze ca. 1-2 Herzschläge später erreicht 5

6 Einleitung wird. Die niederfrequenten, langsamen Impulse des Sympathikus (LF) beanspruchen dagegen eine Latenzzeit von ca. 5 s und bewirken dann innerhalb der nächsten Herzschläge eine progressive Steigerung der Herzfrequenz, bis ein bestimmtes, der Belastung entsprechendes Niveau erreicht wird (Günther, 1999). Bei einer schnellen Herzfrequenzsteigerung (z. B. in der Anfangsphase von Muskelarbeit oder bei plötzlichen Stressreizen) ist der initiale Herzfrequenzanstieg auf eine Verminderung des Vagotonus zurückzuführen, was eine Herzfrequenz von Schläge/min ermöglicht. Erst bei höherer Belastung setzt der Sympathikuseinfluss ein und ermöglicht eine weitere Erhöhung der Schlagfrequenz. Ein weiterer Einflussfaktor auf die Herzschlagfolge ist die Atmung. Da Atem- und Kreislaufzentrum im Hirnstamm eng beieinander liegen, werden bei der Einatmung die sympathischen Neurone, die zum Herzen führen, immer miterregt. D. h. bei starker Einatmung wird auch der Herzschlag schneller. Beim Ausatmen sinkt die Herzfrequenz wieder ab. Dieses Phänomen wird respiratorische Sinusarrhythmie (RSA) genannt und ist für die klinische Diagnostik von Bedeutung. Senkt man nun die Atemfrequenz auf ca. 6 Atemzüge pro Minute (Taktatmung), kommt es zu einer deutlichen Steigerung der Varianz, d. h. der Parasympathikuseinfluss nimmt zu (vgl. Abb. 1.3). HF [S/min] HF [S/min] Maximale Intensität Hohe Intensität 140 Moderate Intensität Leichte Intensität Sehr leichte Intensität RSA :00:00 0:02:00 0:04:00 0:06:00 0:08:00 62 S/min Zeit Abbildung 1.3: Respiratorische Sinusarrhythmie unter Taktatmung (6x/min) 6

7 Einleitung 1.3 Parameter der HRV Zur Bestimmung der HRV werden die Methoden der Zeit- und Frequenzanalyse genutzt. Das Prinzip beruht auf der Vermessung der einzelnen RR-Abstände in der EKG- Aufzeichnung (Langzeit-24h-EKG oder Kurzzeitmessung) Zeitbereichsbezogene Parameter Bei der Zeitbereichsanalyse handelt es sich um eine deskriptive statistische Darstellung der aufeinanderfolgenden RR-Abstände und deren Differenzen. Dabei sind folgende Werte von Relevanz: NN (= normal to normal): Abstand zweier Herzschläge in Millisekunden SD: Standardabweichung zum Mittelwert RMSSD: Der RMSSD steht für die schnellen (hochfrequenten) Schwankungen der Herzfrequenz. Beim RMSSD-Wert wird die Unterschiedlichkeit aufeinanderfolgender RR-Intervalle verrechnet. Dies sagt etwas über den Parasympathikuseinfluss und damit etwas über den Entspannungsgrad und die Erholungsfähigkeit des Organismus aus. Je höher dieser Wert, desto entspannter ist der Mensch. Der RMSSD Wert ist die Quadratwurzel aus dem Mittelwert der quadrierten Differenzen sukzessiver RR-Intervalle (in ms). (RR1 - RR2)² + (RR2 - RR3)² +...(RRn-1 + RRn)² n pnn50: Der pnn50-wert bezeichnet den Prozentsatz der aufeinanderfolgenden RR-Intervalle, die sich um mehr als 50 ms voneinander unterscheiden. Dabei gilt, dass der Parasympathikuseinfluss umso größer ist, je höher der pnn50-wert ist. Geringe Werte indizieren dagegen geringen Parasympathikuseinfluss und damit eine gewisse Herzfrequenzstarre. PNN50 und RMSSD sind Parameter, die vor allem die schnellen Impulse des Vagus anzeigen, da sie Bezug auf die vorgehenden Intervalle nehmen. Sie eignen sich auch für Kurzeitmessungen. 7

8 Einleitung Parameter der Frequenzanalyse Über mathematische Frequenzanalyseverfahren (Fast-Fourier-Analyse) werden die einzelnen Spektralkomponenten der HRV in ihre Grundfrequenzen zerlegt, so dass man den relativen Anteil der verschiedenen Grundfrequenzen am Gesamtspektrum erhält. VLF (Very low frequency): 0,000-0,04 Hz LF (low frequency): ,15 Hz überwiegend sympathikusgesteuerter Bereich HF (high frequency): 0,15-0,4 Hz vagusgesteuerter Bereich HF/LF Ratio ( sympatho-vagale Balance ): 0,5-2,0 Hz (Normbereich bei Ruhemessung) Die LF/HF-Ratio gibt das Verhältnis von niederfrequenten Sympathikus- zu hochfrequenten Vagusimpulsen an. Da im LF-Bereich jedoch ebenfalls Vaguseinflüsse zu finden sind und die Vergleichswerte v. a. bei Aktivität von Studie zu Studie variieren, scheint dieser Parameter nur bei Langzeitmessungen (24h-EKG) verlässliche Durchschnittswerte zu ergeben. Daher werden diese Werte in der vorliegenden Studie außer Acht gelassen. 8

9 Fragestellung und Hypothesen 2 Fragestellungen und Hypothesen In folgender Untersuchung wird versucht, den Einfluss von Stress- und Entspannungsbedingungen auf messbare physiologische Parameter der HRV zu erfassen. Dabei soll untersucht werden, ob die HRV bei Stress kleiner ist als bei Entspannung. Des Weiteren erstreckt sich die Fragestellung auf den Zusammenhang zwischen den vegetativen Parametern und der subjektiven Spannungs- und Stimmungseinschätzung der Probanden. Es wurden folgende Hypothesen formuliert: H1: Die HRV ist während der Ruhebedingung größer als während der Stressbedingung und kleiner als während der Entspannungsbedingung. H2: Die HRV ist nach der Stressbedingung kleiner als nach der Entspannungsbedingung. H3: Entsprechend eines negativen Zusammenhangs ist die subjektiv empfundene Anspannung umso größer/kleiner bzw. die subjektiv empfundene Stimmung umso schlechter/besser, je kleiner/größer die gemessene HRV ist. 9

10 Methode 3 Methode 3.1 Versuchspersonen An der Untersuchung nahmen 28 weibliche Versuchspersonen im Alter zwischen 19 und 28 Jahren teil. Das Durchschnittsalter beträgt 22 Jahre (s = 2.52). Das durchschnittliche Gewicht betrug 57 kg (s = 10.83). Die Teilnehmerinnen gaben im Durchschnitt an, ca. 2 h Sport zu machen (s = 1.85). Die am häufigsten angegebenen Sportarten waren Ausdauersport, Krafttraining und Kampfsport. Bei den Teilnehmerinnen handelt es sich um Psychologiestudentinnen der Universität Regensburg. Es wurde sichergestellt, dass die Teilnehmerinnen keine akuten Infekte, Herzkreislauferkrankungen oder andere chronische Erkrankungen aufweisen. Weiterhin wurden die Teilnehmerinnen instruiert, zwei Stunden vor Beginn des Experiments kein Nikotin, kein Koffein und keine Hauptmahlzeit zu sich nehmen. Zudem ist kein Restalkohol erlaubt Versuchsplan Jede Versuchsperson (Vp) durchläuft fünf Phasen, bei welchen jeweils der Puls und die Herzratenvariabilität (HRV) gemessen werden. Bei der ersten Phase handelt es sich um die Kontrollbedingung. Hierbei wird der Ruhezustand der Vp gemessen, ohne dass sie einer spezifischen Aufgabe ausgesetzt ist. Als nächstes folgt eine Entspannungsbedingung, die aus angeleiteter Taktatmung besteht. Nach einer erneuten Ruhebedingung schließt sich eine Stressbedingung an, die durch teilweise unlösbare Anagrammaufgaben herbeigeführt wird. Anschließend folgt eine weitere Ruhebedingung. Bei dem Bersuchsplan handelt es sich um ein within-subject-design, daher werden alle Versuchspersonen in jeder Bedingung getestet. Um Reihenfolgeeffekte zu vermeiden, werden zwei parallelisierte Versuchsgruppen gebildet, welche die Bedingungen in verschiedener Weise durchlaufen. Dabei wird die Reihenfolge von Stress- und Entspannungsbedingung variiert. 3.3 Versuchsablauf Nach der Begrüßung versichert die Vp ihre freiwillige Teilnahme durch Unterschreiben einer Einwilligungserklärung 2. Die Versuchsleiter instruieren die Vp zum Anlegen des Pulsmessgerätes. Bei Bedarf wird Hilfestellung durch einen Versuchsleiter gleichen Geschlechts gegeben. Im Anschluss füllt die Vp einen Fragebogen zu persönlichen 1 Siehe Anhang A (Aushang zur Rekrutierung der Versuchspersonen) 2 Siehe Anhang B (Einwilligungserklärung) 10

11 Methode Daten aus 3. Weiterhin füllt die Vp eine Stimmungsmatrix zu ihrer momentanen Befindlichkeit aus 4. Die Messung wird durch Drücken des Startknopfes an der Pulsuhr gestartet. In der Versuchsgruppe 1 wird die HRV zunächst vier Minuten in der Ruhebedingung gemessen. Hierfür wird die Vp instruiert, bequem auf einem Stuhl zu sitzen und sich zu entspannen. Nach Ablauf von vier Minuten wird durch erneutes Drücken des Startknopfes das Ende der Bedingung in der Datenaufzeichnung markiert. Es folgt eine Entspannungsübung in Form einer zweiminütigen Taktatmung. Die Versuchsleiter erklären den Ablauf der Taktatmung und führen diese kurz vor 5. Nach Beendigung der Taktatmung wird der Startknopf an der Pulsuhr erneut gedrückt. Daraufhin wird wiederum eine vierminütige Ruhephase durchgeführt, die durch das Drücken des Startknopfes abgeschlossen wird. Die Vp wiederholt das Ausfüllen der Stimmungsmatrix. Nach dem erneutem Drücken des Startknopfes folgt die Stressbedingung. Die Vp hat die Aufgabe, in fünf Minuten 21 Anagramme zu lösen 6. Der Stress wird induziert, indem der Vp vermittelt wird, dass 90 % der Personen ihrer Altersklasse und ihres Bildungsstandes in der Lage sind, die Wortliste in dieser Zeit erfolgreich zu bearbeiten. Tatsächlich sind zwei Drittel der Anagramme nicht lösbar. Nach Ablauf der vorgegeben Zeit wird wiederum der Startknopf gedrückt und es schließt sich eine weitere vierminütige Ruhephase an. Abschließend wird der Startknopf gedrückt und die Vp füllt nochmals die Stimmungsmatrix zu ihrer momentanen Befindlichkeit aus. In Versuchsgruppe 2 ist der Versuchsablauf identisch, mit der Ausnahme, dass erst die Stress- und dann die Entspannungsbedingung stattfindet 7. Außerdem wird die Vp vor der Entspannungsbedingung über die Unlösbarkeit der Anagramme informiert, um keine konfundierende Variable zu kreieren. Nach Beendigung der Messung wird das Pulsmessgerät abgenommen und die Vp wird über den Hintergrund der Untersuchung aufgeklärt. Eventuell auftretende Fragen werden von den Versuchsleitern beantwortet. 3.4 Versuchsmaterialien Neben der Einwilligungserklärung 8 wird ein Fragebogen zur Erfassung persönlicher Daten 9 verwendet. Dabei werden Alter, Größe, Gewicht und sportliche Gewohnheiten der Vp erfasst. Durch eine Stimmungsmatrix in dreifacher Ausführung wird die momen- 3 Siehe Anhang C (Fragebogen zu persönlichen Daten) 4 Siehe Anhang D (Stimmungsmatrix) 5 Siehe Anhang E (Instruktion zur Taktatmung) 6 Siehe Anhang F (Anagramme) 7 Siehe Anhang G (Ablauf) 8 Siehe Anhang B (Einwilligungserklärung) 9 Siehe Anhang C (Fragebogen zu persönlichen Daten) 11

12 Methode tane Stimmungs- und Erregungslage wiederholt erhoben 10. Die horizontale Stimmungsdimension setzt sich aus acht Antwortmöglichkeiten von gehobene Stimmung bis Deprimiertheit zusammen. Die vertikale Spannungsdimension umfasst ebenfalls acht Abstufungen von Ruhe bis Erregtheit. Um die Inhalte der Dimensionen zu verdeutlichen, werden zusätzlich einige Beispiele für die Überbegriffe gehobene Stimmung, Deprimiertheit, Ruhe und Erregtheit aufgezählt. Diese sind an die Stimmungskategorien von Abele-Brehm und Brehm (1986) angelehnt. Die Stressinduktion erfolgt durch zum größten Teil unlösbare Anagramme 11. Zur Bearbeitung wird der Vp ein Stift zur Verfügung gestellt. Mit einer Stoppuhr wird die Einhaltung der einzelnen Zeitabschnitte sicher gestellt. Zur Messung von Puls und Herzratenvariabilität wird ein Pulsmessgerät der Marke Polar RS 800 verwendet. Das Messgerät besteht aus einem Sensor, der in Form eines Brustgürtels am Körper angebracht wird, sowie aus einer Armbanduhr, die die Daten erfasst. Die Daten werden via Infrarot auf einen Computer übertragen. Die Auswertung der Daten erfolgt durch eine bei Polar erhältliche Software. 3.5 Datenauswertungsmethoden In die Auswertung gingen die Werte von 22 Vpn ein. Die restlichen Daten waren aus technischen Gründen nicht verwertbar. Bei der Auswertung wurden folgende Werte berücksichtigt: HRV (ms), Puls (S/min), RMSSD und pnn50, sowie subjektive Angaben für die Stimmung und Spannung bei verschiedenen Bedingungen. Zur Datenauswertung wurde das Programm SPSS 15 verwendet. Zur statistischen Auswertung wurde wenn nicht anders vermerkt das Signifikanzniveau bei α =.05 angesetzt. Um zu überprüfen, inwieweit aus den verschiedenen Parametern unterschiedliche Aussagen über den Organismus getroffen werden können, wurden die Werte S/min, ms, RMSSD und pnn50 nach Pearson miteinander korreliert. Es ergaben sich jeweils signifikante Korrelationen (α =.01) (vgl. Tabelle 3.1). Dies deutet darauf hin, dass durch die Parameter ähnliche vegetative Vorgänge repräsentiert werden. 10 Siehe Anhang D (Stimmungsmatrix) 11 Siehe Anhang F (Anagramme) 12

13 Methode Tabelle 3.1: Korrelationen nach Pearson zwischen S/min, ms, RMSSD und pnn50 Mittler S/min Mittlere ms RMSSD PNN50 Mittler S/min Mittlere ms RMSSD PNN50 Korrelation nach Pearson -.972** -.558** -.546** Signifikanz (2-seitig) Korrelation nach Pearson -.972**.596**.581** Signifikanz (2-seitig) Korrelation nach Pearson -.558**.596**.923** Signifikanz (2-seitig) Korrelation nach Pearson -.546**.581**.923** Signifikanz (2-seitig) ** Die Korrelation ist auf dem Niveau von.01 (2-seitig) signifikant. 13

14 Ergebnisse 4 Ergebnisse 4.1 Deskriptive Statistiken zu den erhobenen Variablen bei verschiedenen Bedingungen In Tabelle 4.1 sind Minimum, Maximum, Mittelwert und Standardabweichung der untersuchten Parameter während der einzelnen Experimentalphasen aufgeführt. N Minimum Maximum Mittelwert Tabelle 4.1: Deskriptive Daten verschiedener Parameter bei verschiedenen Versuchsbedingungen Standardabweichung S/min bei Stress S/min nach Stress S/min bei Entspannung S/min nach Entspannung S/min bei Ruhe ms bei Stress ms nach Stress ms bei Entspannung ms nach Entspannung ms bei Ruhe RMDDS bei Stress RMSSD nach Stress RMSSD bei Entspannung RMSSD nach Entspannung RMSSD bei Ruhe pnn50 bei Stress pnn50 nach Stress pnn50 bei Entspannung pnn50 nach Entspannung pnn50 bei Ruhe Spannung nach Stress Spannung nach Entspannung Spannung nach Ruhe Stimmung nach Stress Stimmung nach Entspannung Stimmung nach Ruhe

15 Ergebnisse Die Abbildungen 4.1 bis 4.6 stellen die Mittelwerte über alle Vpn pro untersuchten Parameter unter verschiedenen Bedingungen dar. 80 Mittelwert 60 82,73 77,68 77,73 78,82 79, S/min bei Stress S/min nach Stress S/min bei Entspannung S/min nach Entspannung Abbildung 4.1: Mittelwerte Puls (S/min) über alle Bedingungen S/min bei Ruhe Mittelwert ,1 795,3 796,2 776,8 777, ms bei Stress ms nach Stress ms bei Entspannung ms nach Entspannung ms bei Ruhe Abbildung 4.2: Mittelwerte HRV (ms) über alle Bedingungen 15

16 Ergebnisse 60 Mittelwert 40 55,6 46, ,4 35,9 40,2 0 RMDDS bei Stress RMSSD nach Stress RMSSD bei Entspannung Abbildung 4.3: Mittelwerte RMSSD über alle Bedingungen RMSSD nach Entspannung RMSSD bei Ruhe 15 Mittelwert 10 13, ,87 6,84 7,67 8,88 0 pnn50 bei Stress pnn50 nach Stress pnn50 bei Entspannung pnn50 nach Entspannung pnn50 bei Ruhe Abbildung 4.4: Mittelwerte pnn50 über alle Bedingungen 16

17 Ergebnisse Mittelwert 3 2 4,227 4,636 2, Spannung nach Stress Spannung nach Entspannung Spannung nach Ruhe Abbildung 4.5: Mittlerer Punktwert beim subjektiven Spannungswert (je höher der Punktwert, desto größer ist die subjektiv empfundene Erregung der Person) 5 4 Mittelwert 3 2 4,136 3,409 3, Stimmung nach Stress Stimmung nach Entspannung Stimmung nach Ruhe Abbildung 4.6: Mittlerer Punktwert beim subjektivem Stimmungswert (je höher der Punktwert, desto größer ist die subjektiv empfundene Deprimiertheit der Person) 17

18 Ergebnisse 4.2 Der Einfluss verschiedener Untersuchungsbedingungen auf die Parameter der HRV Zum Vergleich der vegetativen Parameter während der Anagrammaufgabe und während der Taktatmung wurde eine univariate Varianzanalyse mit fünffach gestuftem Innersubjektfaktor durchgeführt. Es ergaben sich signifikante Unterschiede für alle Parameter (vgl. Tabelle 4.2) Tabelle 4.2: Univariate Varianzanalyse mit fünffach gestuftem Innersubjektfaktor Stress Entspannung Ruhe nach Stress nach Ruhe Maß Quadratsumme vom Typ III df Mittel der Quadrate S/min * ms * RMSSD * pnn * *signifikant bei α=.05. F Signifikanz Die Durchführung univariater Varianzanalysen für den dreifach gestuften Innersubjektfaktor Stress Entspannung Ruhe ergab sowohl für die vegetativen Parameter als auch für die subjektiven Einschätzungen von Spannung und Stimmung signifikante Unterschiede (vgl. Tabelle 4.3). Tabelle 4.3: Univariate Varianzanalyse mit dreifach gestuftem Innersubjektfaktor Stress Entspannung Ruhe Maß Quadratsumme vom Typ III df Mittel der Quadrate S/min * ms * RMSSD * pnn * Spannung * Stimmung * *signifikant bei α=.05. F Signifikanz 18

19 Ergebnisse Es zeigte sich, dass die Werte ms, RMSSD und pnn50 in der Bedingung nach Stress größer sind als in der Bedingung nach Entspannung (vgl. Tabelle 4.1). Der Wert S/min liegt hingegen in der Bedingung nach Entspannung höher. Um die Signifikanz dieser Unterschiede zu prüfen, wurde eine univariate Varianzanalyse für den zweifach gestuften Innersubjektfaktor nach Stress nach Entspannung durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4.4 zu sehen. Die Werte ms, RMSSD und pnn50 unterscheiden sich in den beiden Bedingungen signifikant voneinander. Tabelle 4.4: Univariate Varianzanalyse mit zweifach gestuftem Innersubjektfaktor nach Stress nach Entspannung Quelle Maß df Mittel der Quadrate F Signifikanz S/min Reihenfolge ms * RMSSD * pnn * *signifikant bei α= Analysierung von Reihenfolgeeffekten Um einen Einfluss der Reihenfolge, in der die Vpn der Stress- bzw. der Entspannungsbedingung ausgesetzt waren, auszuschließen, wurde eine univariate Varianzanalyse mit der Reihenfolge von Stress- bzw. Entspannungsinduktion als zweifach gestuften Zwischensubjektfaktor und den Bedingungen Stress- bzw. Entspannungsinduktion als zweifach gestuften Innersubjektfaktor gerechnet. Es ergaben sich außer für den Parameter Puls keine signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Reihenfolgen (vgl. Tabelle 4.5). Tabelle 4.5: Univariate Varianzanalyse mit zweifach gestuftem Zwischensubjektfaktor Reihe folge: Stress Entspannung und zweifach gestuftem Innersubjektfaktor Stress Entspannung Quelle Maß df Mittel der Quadrate F Signifikanz S/min * ms Reihenfolge RMSSD pnn Spannung Stimmung *signifikant bei α=

20 Ergebnisse Geschätztes Randmittel von Smin Reihenfolge ES SE Geschätztes Randmittel Stress Bedingung 2 Entspannung Abbildung 4.7: Puls (S/min) in Abhängigkeit der Reihenfolge von Stress-, und Entspannungsbedingung und der Bedingung Stress oder Entspannung. Reihenfolge ES: Entspannungsbedingung vor Stressbedingung. Reihenfolge SE: Stressbedingung vor Entspannungsbedingung 4.4 Zusammenhänge zwischen dem subjektiven Erleben und der HRV Zur Überprüfung des Zusammenhangs zwischen der subjektiv empfundenen Spannung bzw. Stimmung und der Herzratenvariabilität wurde der Korrelationskoeffizient nach Spearman berechnet. Es wurden jeweils bivariate Korrelationen zwischen der Herzratenvariabilität (ms) und dem Spannungs- bzw. dem Stimmungswert durchgeführt. Ein negativer Korrelationskoeffizient bedeutet, dass die subjektiv empfundene Spannung umso kleiner bzw. die subjektiv empfundene Stimmung umso besser ist, je größer die gemessene Herzratenvariabilität ist. Sämtliche berechneten Korrelationskoeffizienten waren leicht negativ. Es ergaben sich keine signifikanten Zusammenhänge. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4.6 abgebildet. 20

21 Ergebnisse Tabelle 4.6: Korrelationskoeffizient nach Spearman zwischen Herzratenvariabilität (ms) und dem subjektiven Spannungs- bzw. Stimmungswert Variablen ms bei Stress subjektive Spannung nach Stress ms bei Entspannung subjektive Spannung nach Entspannung ms bei Ruhe subjektive Spannung bei Ruhe ms bei Stress subjektive Stimmung nach Stress ms bei Entspannung subjektive Stimmung nach Entspannung ms bei Ruhe subjektive Stimmung nach Ruhe Korrelationskoeffizient nach Spearman Signifikanz

22 Diskussion 5 Diskussion In vorliegender Studie wurde untersucht, wie sich messbare Parameter der HRV sowie die subjektive Befindlichkeitseinschätzung in Abhängigkeit von Stress- und Entspannungsinduktion verändern. Außerdem wurde überprüft, ob ein Zusammenhang zwischen gemessener HRV und subjektivem Entspannungs-Stress-Empfinden festgestellt werden kann. Die Hypothese H1 (HRV ist während der Ruhebedingung größer als während der Stressbedingung und kleiner als während der Entspannungsbedingung) konnte beibehalten werden. Sowohl ms, RMSSD als auch pnn50 waren in der Entspannungsbedingung größer als in der Ruhebedingung und in der Stressbedingung am geringsten. Der Puls (S/min) hingegen war in der Ruhebedingung größer als in der Entspannungsbedingung und in der Stressbedingung am größten. Offenbar war es gelungen, durch die Anagrammaufgabe Stress zu induzieren bzw. mittels der Taktatmung vegetativer Entspannung zu erzielen. Dies unterstützt Hottenrotts (2002) Annahme, dass die HRV eine Kenngröße für die Anpassungsfähigkeit des menschlichen Organismus an Belastungsfaktoren ist. Außerdem trägt der Befund zur Validierung der HRV-Nutzung als Stressindikator bei. Da die Inhalte der drei Parameter (ms, RMSSD, pnn50) laut der vorliegenden Ergebnisse stark korrelieren, kann es in künftigen Studien allerdings sinnvoll sein, sich auf nur einen Messparameter der HRV konzentrieren. Die Hypothese H2 (HRV ist nach der Stressbedingung kleiner als nach der Entspannungsbedingung) konnte nicht bestätigt werden. Alle gemessenen Werte der HRV verhielten sich signifikant gegenteilig zur Vorhersage. Die Versuchspersonen waren nach der Stressbedingung vegetativ offenbar entspannter als nach der Entspannungsphase. Der Stresslevel der Probanden sank also unmittelbar nach Beendigung der Aufgabe, aber bereits vor Aufklärung der Tatsache, dass die Anagrammaufgaben nicht lösbar waren. Eine mögliche Erklärung stellt der sog. Rebound-Effekt dar, eine Gegenreaktion des ANS, die nach einer Verschiebung des sympathisch-parasympatischen Gleichgewichts, schnell wieder die Balance herstellt und so die Reaktions- bzw. Adaptionsfähigkeit des Organismus wieder herstellt. Außerdem lässt sich dieses Ergebnis in eine Reihe von Befunden zum Angstverlauf in Prüfungssituationen einfügen, die zeigten, dass nach Prüfungssituationen die subjektiv empfundene Angst (Jacobs, 1981) wie auch körperliche Beschwerden (Scheer & Zenz, 1973, zitiert nach Lukesch, 2006) absanken. Somit kann angenommen werden, dass auch im vorliegenden Experiment dieser Effekt eingetreten ist. In direktem Kontrast dazu stehen jedoch die subjektiven Einschätzungen der Vpn zu ihrer Befindlichkeit. Die Vpn schätzten sich nach der Entspannungsphase als besser gelaunt und entspannter ein als nach der Stressphase. 22

23 Diskussion Ein Zusammenhang zwischen subjektiver Spannungs- bzw. Stimmungseinschätzung und der gemessenen HRV gemäß H3 konnte nicht bestätigt werden. Zwar war die subjektiv empfundene Stimmung tendenziell besser und die subjektiv empfundene Anspannung kleiner, je größer die HRV war. Dennoch lag kein überzufälliger negativer Zusammenhang vor. Für diesen Befund bieten sich mehrere Erklärungen an. Eventuell ist die verwendete Befindlichkeitsmatrix wenig differenziert. Sie ist wenig geeignet, um feine Veränderungen in der Befindlichkeit zu erfassen und sollte für künftige Studien abgeändert werden. Andererseits setzt die Selbsteinschätzung der subjektiv empfundenen Stimmung/Spannung bzw. deren Veränderung im Versuchsverlauf eine gut ausgeprägte Introspektionsfähigkeit voraus. Außerdem zeigten sich Reihenfolgeeffekte für den Parameter Puls (größer bei Reihenfolge Stress-Entspannung als bei Reihenfolge Entspannung-Stress). Dementsprechend ist ein Within-subject Design, wie es in der vorliegenden Studie verwendet wurde, von Vorteil, um diese Unterschiede auszugleichen. Die vorliegende Studie bestätigt, dass die HRV-Messung ein valides Mittel zur Erfassung der vegetativen Balance ist, weshalb sie zur Untersuchung verschiedener psychologischer Fragestellungen geeignet ist. Denkbar wären z. B. weitere Erhebungen zur Stressregulierung. 23

24 Zusammenfassung 6 Zusammenfassung Die Herzratenvariabilität (HRV) ist eine vegetative Kenngröße, die nach Hottenrott (2002) umso größer ist, je eher sich ein Organismus an innere und äußere Belastungen anpassen kann. Im vorliegenden Experiment wird der Einfluss von Stress- und Entspannungssituationen auf verschiedene Parameter der HRV untersucht. Jede Versuchsperson (Vp) durchlief dazu Stress-, Entspannungs- sowie drei Ruhebedingungen in unterschiedlichen Reihenfolgen. Zur Stressinduktion wurden den Versuchpersonen unlösbare Anagramme vorgelegt. Entspannung sollte durch Taktatmung bewirkt werden. Es wurde erwartet, dass die HRV umso größer ist, je entspannter die Vp ist. Darüber hinaus wurden Einschätzungen der Versuchspersonen ihres Stimmungs- und Spannungszustands nach den experimentellen Manipulationen erhoben, um zu prüfen, ob die vegetativen Parameter mit den subjektiven Bewertungen korrelierten. Die HRV war tatsächlich in der Entspannungsbedingung größer als in der Stressbedingung. Ein signifikanter Zusammenhang der gemessenen HRV und der subjektiven Befindlichkeitseinschätzung konnte allerdings nicht festgestellt werden. Die HRV kann offenbar durch unterschiedliche Stress- und Entspannungsbedingungen beeinflusst werden und liefert wertvolle Informationen zur vegetativen und psychischen Anpassungsfähigkeit eines Organismus. 24

25 Literatur 7 Literatur Abele-Brehm, A. & Brehm, W. (1986). Zur Konzeption und Messung von Befindlichkeit. Die Entwicklung der Befindlichkeitsskalen (BFS). Diagnostika, 32, Aßmann, G. (2002). Tageszeitliche Unterschiede der sympathovagalen Aktivität des Kreislaufsystems bei gesunden Probanden. München: Unveröffentlichte Dissertation. Günther, U. (1999). Die interindividuelle und intraindividuelle Vergleichbarkeit und klinische Bedeutung der verschiedenen Parameter der Herzfrequenzvariabilität in der Langzeitanalyse. Leipzig: Unveröffentlichte Dissertation. Hottenrott, K.(2002). Herzfrequenzvariabilität im Sport Prävention, Rehabilitation und Training. Hamburg: Feldhaus Verlag. Hottenrott, K. (2004). Herzfrequenzvariabilität im Fitness- und Gesundheitssport. Hamburg: Meyer & Meyer Sport Verlag. Hottenrott, K. (2006). Trainingskontrolle mit Herzfrequenzmessgeräten. Hamburg: Meyer & Meyer Sport Verlag. Jacobs, B. (1981). Angst in der Prüfung. Beiträge zu einer kognitiven Therapie der Angstentstehung in Prüfungssituationen. Frankfurt: Fischer. Lukesch, H. (2006). Einführung in die Pädagogische Psychologie. Regensburg: Roderer. Metzger-Brewka, J. (1992). Die Abbildung emotionalisierender Effekte eines Horrorfilms mit der Methode des Katathymen Bilderlebens. Universität Regensburg: Unveröffentlichte Diplomarbeit. Mück-Weymann, M. (2002). [Stand: ] Scheer, J. W. & Zenz, H. (1973). Studenten in der Prüfung. Eine Untersuchung zur akademischen Initiationskultur. Frankfurt: Aspekt-Verlag. 25

26 Anhang 8 Anhang 8.1 Anhang A Aushang zur Rekrutierung der Versuchspersonen Experiment zur Herzratenvariabilität Dauer: ca. 45 Minuten 2 Stunden vorher kein Nikotin, kein Koffein, keine Hauptmahlzeit, kein Restalkohol Treffpunkt: hier (vor Vp-Stunden-Aushängen) Voraussetzung: Ihr seid weiblich und zwischen 20 und 28 Jahre alt. Ausschlusskriterien: Einnahme von Herz-Kreislauf-Medikamenten akuter Infekt Herzkreislauferkrankungen oder andere chronische Erkrankung Tragt euch bitte in der Teilnehmerliste bei freien Terminen ein. 26

27 Anhang 8.2 Anhang B Einwilligungserklärung Vielen Dank für Ihre Teilnahme an diesem Experiment, das Teil einer Forschungsarbeit für die Universität Regensburg ist. Hiermit bestätige ich, dass ich freiwillig als Proband an diesem Experiment teilnehme. Ich wurde darüber informiert, dass ich das Experiment jederzeit beenden kann. Alle hier erhobenen Daten sind anonym und werden nicht im Zusammenhang mit meinem Namen oder Geburtsdatum gespeichert. Sollte ich mich ungerecht behandelt fühlen, weiß ich, dass ich jederzeit über die Universität Regensburg Beschwerde einreichen kann. Diese Einwilligungserklärung wird aus rechtlichen Gründen zwölf Monate aufgehoben. Name: Unterschrift: Regensburg/Datum: 27

28 Anhang 8.3 Anhang C Fragebogen zu persönlichen Daten Angaben zur Person Vp-Nr: Geburtsdatum: Gewicht in kg: Körpergröße in cm: Wie viele Stunden verbringen Sie pro Woche mit Sport? Welche Sportarten üben Sie derzeit aus? Kreuzen Sie Zutreffendes an. Mehrere Antworten möglich. o Ausdauersportarten o Meditative Sportarten o Mannschaftssportarten o Erlebnis-/Natursportarten o Kampfsport und/oder Tanzsport o Krafttraining o Sonstiges, nämlich 28

29 Anhang 8.4 Anhang D Stimmungsmatrix Vp: Bitte kreuzen Sie in folgender Matrix ein Kästchen an, das auf Ihren momentanen Zustand am ehesten zutrifft. Wichtig: Beurteilen Sie nur, wie Sie sich augenblicklich fühlen. Erregtheit (z.b. ruhelos, nervös, verkrampft, angespannt, kribbelig) Gehobene Stimmung (z.b. unbeschwert, angenehm, gut gelaunt, freudig) Deprimiertheit (z.b. gedrückt, betrübt, traurig, niedergeschlagen, unglücklich) Ruhe (z.b. locker, gelöst, entspannt, gelassen) 29

30 Anhang 8.5 Anhang E Instruktion zur Taktatmung 1. Bitte setzen Sie sich aufrecht hin. 2. Ihre Arme und Beine sollten nicht überkreuzt sein. 3. Ihre Aufgabe ist es, innerhalb von 10 Sekunden genau einmal ein und einmal auszuatmen. 4. Der Versuchsleiter wird Ihnen als Hilfestellung die zehn Sekunden vorzählen. 5. Die Taktatmung wird 2 Minuten dauern. 6. Sollten Sie sich zu irgendeinem Zeitpunkt unwohl fühlen, brechen Sie bitte die Taktatmung umgehend ab. 7. Wenn Sie wollen können Sie während der Atmung die Augen schließen. 30

31 Anhang 8.6 Anhang F Anagramme Auf der folgenden Seite sind etliche teils sinnlose, teils sinnvolle Buchstabenfolgen aufgelistet. Sie sollen aus jeder dieser vorgegebenen Buchstabenreihe ein sinnvolles Hauptwort der deutschen Sprache bilden. Dieses neue Wort muss alle vorgegebenen Buchstaben enthalten. Beispiel: In der Liste steht: STIEL Ihre Lösung lautet LISTE Bitte notieren Sie Ihre Lösung jeweils rechts neben dem vorgegebenen Wort. Sie haben zur Bearbeitung dieser Aufgaben 5 Minuten Zeit. 90% der Personen Ihrer Altersklasse und Ihres Bildungsstandes sind in der Lage, die Wortliste in dieser Zeit zu bearbeiten. Wenn Sie keine weiteren Fragen haben, blättern Sie jetzt bitte um und beginnen Sie mit der Bearbeitung. 31

32 Anhang 1. TORW 2. NIEM 3. TISM 4. FLOW 5. STEP 6. SCHLAE 7. HEGNIR 8. MENTGA 9. BRUKRI 10. TWALEG 11. LATTEN 12. DIREKT 13. TOERNS 14. BACHOD 15. KAMINDY 16. NAMZPRIA 17. BAMRUNBI 18. TROWART 19. SÜTRREM 20. DERIMPAY 21. OBRANDTE 32

33 Anhang 8.7 Anhang G Ablauf ES SE Begrüßung Einwilligung Anlegen (an) Persönliche Daten Matrix A Info über Taktatmung Begrüßung Einwilligung Anlegen (an) Persönliche Daten Matrix A 1 Ruhe 4 Minuten Ruhe 4 Minuten 2 Taktatmung 2 Minuten Anagramme 5 Minuten 3 Ruhe 4 Minuten Ruhe 4 Minuten Matrix B Info über Unlösbarkeit Matrix B 4 5 Anagramme 5 Minuten Taktatmung 2 Minuten 6 Ruhe 4 Minuten Ruhe 4 Minuten 7 Matrix C Matrix C 33

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