Vagustonus
In den meisten Fällen wird der Vagustonus nicht direkt gemessen. Stattdessen werden die vom Vagusnerv beeinflussten Prozesse – insbesondere Herzfrequenz und Herzfrequenzvariabilität – gemessen und als Ersatz für den Vagustonus verwendet. Ein erhöhter Vagustonus (und damit eine vagale Wirkung) ist im Allgemeinen mit einer niedrigeren Herzfrequenz und einer erhöhten Herzfrequenzvariabilität verbunden. Während einer orthostatischen Neigung ist die Abnahme des Vagustonus jedoch ein indirekter Indikator für die kardiovaskuläre Fitness.
Vagale Innervation des HerzensBearbeiten
Die Herzfrequenz wird größtenteils durch die Aktivität des internen Herzschrittmachers gesteuert. In einem gesunden Herzen ist der Hauptschrittmacher eine Ansammlung von Zellen an der Grenze zwischen den Vorhöfen und der Hohlvene, der so genannte sinoatriale Knoten. Herzzellen weisen eine Automatik auf, d. h. die Fähigkeit, unabhängig von einer externen Stimulation elektrische Aktivität zu erzeugen. Die vom sinoatrialen Knoten spontan erzeugte elektrische Aktivität gibt den Takt für das übrige Herz vor.
Bei Abwesenheit äußerer Reize hält die sinoatriale Stimulation die Herzfrequenz im Allgemeinen in einem Bereich von 60-100 Schlägen pro Minute (bpm). Die beiden Zweige des autonomen Nervensystems arbeiten zusammen, um die Herzfrequenz zu erhöhen oder zu verlangsamen. Der Vagusnerv wirkt auf den Sinusknoten, verlangsamt dessen Reizleitung und moduliert den Vagustonus über den Neurotransmitter Acetylcholin und nachgeschaltete Veränderungen der Ionenströme und des Kalziums der Herzzellen. Aufgrund seiner Wirkung auf die Herzfrequenz und die kardiale Gesundheit kann der Vagustonus gemessen und verstanden werden, indem seine Korrelation mit der Herzfrequenzmodulation und der Herzfrequenzvariabilität untersucht wird.
Respiratorische SinusarrhythmieBearbeiten
Respiratorische Sinusarrhythmie (RSA) ist typischerweise eine gutartige, normale Schwankung der Herzfrequenz, die bei jedem Atemzyklus auftritt: Die Herzfrequenz steigt beim Einatmen und sinkt beim Ausatmen. Die RSA wurde erstmals 1847 von Carl Ludwig erkannt, ist aber immer noch unvollständig verstanden. Sie wurde beim Menschen von den ersten Lebensjahren bis zum Erwachsenenalter beobachtet und kommt bei verschiedenen Tierarten vor.
Bei der Einatmung sinkt der Druck im Brustkorb durch die Kontraktion und Abwärtsbewegung des Zwerchfells und die Ausdehnung der Brusthöhle. Dadurch sinkt auch der Druck in den Vorhöfen, was zu einer erhöhten Durchblutung des Herzens führt, was wiederum die Reaktion der Barorezeptoren verringert und den Vagustonus senkt. Dies führt zu einem Anstieg der Herzfrequenz.
Bei der Ausatmung entspannt sich das Zwerchfell, bewegt sich nach oben und verkleinert die Brusthöhle, was zu einem Anstieg des intrathorakalen Drucks führt. Dieser Druckanstieg hemmt den venösen Rückfluss zum Herzen, was zu einer geringeren Ausdehnung der Vorhöfe und einer verstärkten Aktivierung der Barorezeptoren führt. This relieves the suppression of vagal tone and leads to a decreased heart rate.
RSA als Schätzer des VagustonusBearbeiten
Die respiratorische Sinusarrhythmie wird häufig als nichtinvasive Methode zur Untersuchung des Vagustonus in physiologischen, verhaltensbezogenen und verschiedenen klinischen Studien verwendet. Dies kann mit Hilfe der Aufzeichnung des Elektrokardiogramms (EKG) geschehen, obwohl auch andere Methoden entwickelt werden, die sich die Wechselwirkungen zwischen EKG und Atmung zunutze machen. Bei der Interpretation von RSA-Messungen ist jedoch Vorsicht geboten, da verschiedene Faktoren, darunter auch Unterschiede zwischen einzelnen Personen, das Verhältnis zwischen RSA und Vagustonus verändern können.
Evolution und PhysiologieBearbeiten
Es wurde vermutet, dass sich die RSA entwickelt haben könnte, um Energie für das Herz- und Atmungssystem zu sparen, indem die Herzfrequenz gesenkt und eine ineffektive Ventilation während der Perfusionsschwäche unterdrückt wird (Zufuhr von Blut aus den Arterien in die Kapillaren zur Sauerstoffversorgung und Ernährung).
Die RSA steigt bei Personen im Ruhezustand an und sinkt in Stress- oder Spannungszuständen. Sie ist in Rückenlage erhöht und in Bauchlage vermindert, und sie ist im Durchschnitt tagsüber höher und ausgeprägter als nachts. RSA wurde auch ausgiebig zur Quantifizierung der vagalen Tonusabnahme bei abgestufter orthostatischer Neigung verwendet.
Typischerweise nimmt die Ausprägung von RSA mit dem Alter ab. Bei Erwachsenen mit ausgezeichneter kardiovaskulärer Gesundheit, wie z. B. Ausdauerläufern, Schwimmern und Radfahrern, ist die RSA jedoch wahrscheinlich stärker ausgeprägt. Profisportler haben im Durchschnitt einen sehr hohen Vagustonus und folglich auch höhere RSA-Werte. Bei Personen mit Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen ist die RSA weniger ausgeprägt.
Einblicke in Psychologie und Krankheit
Die Erforschung des vagalen Tonus hat das Potenzial, Einblicke in soziales Verhalten, soziale Interaktionen und die menschliche Psychologie zu geben. Ein Großteil dieser Arbeit konzentriert sich auf Neugeborene und Kinder. Der vagale Grundtonus kann entweder als potenzieller Prädiktor für das Verhalten oder als Signal für die psychische Gesundheit (insbesondere Emotionsregulation, Angst sowie internalisierende und externalisierende Störungen) verwendet werden.
Die polyvagale Theorie von Porges ist ein einflussreiches Modell dafür, wie die vagalen Bahnen auf Neues und auf stressige externe Reize reagieren. Die Theorie besagt, dass es zwei vagale Systeme gibt, eines, das auch bei Reptilien und Amphibien vorkommt, und ein zweites, jüngeres System, das es nur bei Säugetieren gibt. Die beiden Bahnen verhalten sich unterschiedlich und können gegeneinander arbeiten. Mit dieser Theorie lassen sich mehrere psychophysiologische Phänomene und psychosomatische Krankheiten erklären. Jüngste Studien deuten jedoch darauf hin, dass das von Porges beschriebene vagale „System“, das es nur bei Säugetieren gibt, schon lange vor der Evolution der Säugetiere existierte.
RSA und vagaler Tonus werden als Marker verwendet, um den Schweregrad von neurologischen Entwicklungsstörungen wie Autismus-Spektrum-Störungen zu bestimmen. Kinder mit einer sichereren Bindung zu ihren Müttern zeigten eine größere empathische Reaktionsfähigkeit, eine geringere soziale Hemmung und einen höheren Vagustonus.
Andere Schätzungen des Vagustonus
Es gibt mehrere Methoden zur Schätzung des Vagustonus, die über die Messung des RSA hinausgehen, darunter:
- Indizes der Schlag-zu-Schlag-Variabilität wie der RMSSD, der von der Task Force der Europäischen Gesellschaft für Kardiologie und der Heart Rhythm Society berichtet wird. Frequenzanalysen der Herzfrequenz im Bereich von 0,15-0,4 Hz wurden zur Quantifizierung des vagalen Tonus verwendet.
- Berechnung des „Leistungsspektrums“ oder des Verhältnisses zwischen den niederfrequenten und hochfrequenten Spektralkomponenten der Herzfrequenzvariabilität. This has been used to measure the change in sympatho-vagal balance during hypnosis.