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Background: A randomized controlled study (RCT) recently showed that short-term heart rate variability (HRV) biofeedback in addition to standard rehabilitation care for alcohol dependence can reduce craving, anxiety and improve cardiovascular autonomic function. In this one-year follow-up study we aimed to explore whether completion of 2-week HRV-Biofeedback training is associated with long-term abstinence. Furthermore, we sought to identify potential predictors of post-treatment abstinence. Methods: We conducted a survey on abstinence in patients with alcohol dependence 1 year after completion of an RCT comparing HRV-biofeedback in addition to inpatient rehabilitation treatment alone (controls). Abstinence rates were compared and analysed for association with demographic data as well as psychometric and autonomic cardiac assessment before and after completion of the biofeedback training using bivariate and multivariate regression analyses. Results: Out of 48 patients who participated in the RCT, 27 patients (9 females, ages 42.9 ± 8.6, mean ± SD) completed our one-year follow-up. When including in the analysis only patients who completed follow-up, the rate of abstinence tended to be higher in patients who underwent HRV-biofeedback 1 year earlier compared to those who received rehabilitative treatment alone (66.7% vs 50%, p = ns). This non-significant trend was also observed in the intention-to-treat analysis where patients who did not participate in the follow-up were assumed to have relapsed (46,7% biofeedback vs. 33.3% controls, p = ns). Neither cardiac autonomic function nor psychometric variables were associated with abstinence 1 year after HRV-biofeedback. Conclusion: Our follow-up study provide a first indication of possible increase in long-term abstinence after HRVbiofeedback for alcohol dependence in addition to rehabilitation. Trial registration: The original randomized controlled trial was registered in the German Clinical Trials Register (DRKS00004618)

Background: Electrocardiographic methods still provide the bulk of cardiovascular diagnostics. Cardiac ischemia is associated with typical alterations in cardiac biosignals that have to be measured, analyzed by mathematical algorithms and allegorized for further clinical diagnostics. The fast growing fields of biomedical engineering and applied sciences are intensely focused on generating new approaches to cardiac biosignal analysis for diagnosis and risk stratification in myocardial ischemia.Objectives: To present and review the state of the art in and new approaches to electrocardiologic methods for non-invasive detection and risk stratification in coronary artery disease (CAD) and myocardial ischemia; secondarily, to explore the future perspectives of these methods. Methods: In follow-up to the Expert Discussion at the 2008 Workshop on "Biosignal Analysis" of the German Society of Biomedical Engineering in Potsdam, Germany, we comprehensively searched the pertinent literature and databases and compiled the results into this review. Then, we categorized the state-of-the-art methods and selected new approaches based on their applications in detection and risk stratification of myocardial ischemia. Finally, we compared the pros and cons of the methods and explored their future potentials for cardiology.Results: Resting ECG, particularly suited for detecting ST-elevation myocardial infarctions, and exercise ECG, for the diagnosis of stable CAD, are state-of-the-art methods. New exercise-free methods for detecting stable CAD include cardiogoniometry (CGM); methods for detecting acute coronary syndrome without ST elevation are Body Surface Potential Mapping, functional imaging and CGM. Heart rate variability and blood pressure variability analyses, microvolt T-wave alternans and signal-averaged ECG mainly serve in detecting and stratifying the risk for lethal arrythmias in patients with myocardial ischemia or previous myocardial infarctions. Telemedicine and ambient-as, Hintergrund: Elektrokardiografische Verfahren stellen nach wie vor die primär wichtigsten Methoden zur kardiologischen Diagnostik dar. Eine Herzischämie geht mit typischen Veränderungen kardialer Biosignale einher, die anhand mathematischer Algorithmen analysiert und für den weiteren klinischen Pfad aufbereitet werden müssen. Die rasant wachsende Biomedizintechnik sowie angewandte Wissenschaften beschäftigen sich intensiv mit neuen Ansätzen zur Auswertung kardialer Biosignale zur Ischämiediagnostik und Risikostratifizierung. Ziele: Hauptziel dieser Übersichtsarbeit ist es, den gegenwärtigen Stand der Technik sowie neue Ansätze im Bereich elektrokardiologischer Verfahren zur nicht-invasiven Erkennung und Risikostratifizierung von koronarer Herzkrankheit (KHK) und Myokardischämie vorzustellen und zu bewerten. Als Sekundärziel werden die Zukunftsperspektiven dieser Verfahren aufgezeigt. Methoden: Beginnend mit Expertendiskussionen während des Workshops "Biosignalverarbeitung" der Deutschen Gesellschaft für Biomedizinische Technik (2008 in Potsdam) sowie anschließenden intensiven Recherchen der Literatur und Datenbanken wurde dieser Review erstellt. Es erfolgte eine Kategorisierung von Verfahren des Standes der Technik sowie ausgewählter neuer Ansätze entsprechend ihrer Einsatzgebiete zur Ischämiediagnostik und Risikostratifizierung. Die Vor- und Nachteile wurden aufgezeigt und die künftigen Möglichkeiten dieser Verfahren in der Kardiologie untersucht.Ergebnisse: Als Stand der Technik anzusehen ist das Ruhe-EKG (insbesondere geeignet für Erkennung von ST-Hebungsinfarkten) und das Belastungs-EKG (Diagnostik von stabiler KHK). Neue belastungsfreie Verfahren zur Erkennung von stabiler KHK sind die Kardiogoniometrie (KGM) sowie zur Erkennung des Akuten Koronarsyndroms ohne ST-He bung das Body Surface Potential Mapping, Funktionelle Bildgebung sowie die KGM. Analyse von Herzfrequenz- und Blutdruckvariabilität, T-Wel len-Alterna

Einleitung: Es wird angenommen, dass die zyklusbedingten, hormonellen Änderungen die vegetative Ansteuerung des Herzens bei normotensiven Frauen beeinflussen. Die Herzfrequenzvariabilität (HRV) stellt einen der am häufigsten untersuchten, nicht-invasiven Parameter des Herz-Kreislauf-Systems dar. Deshalb war es das Ziel dieser Studie, den Verlauf der HRV Parameter bei ausdauertrainierten als auch untrainierten normotensiven Frauen in Abhängigkeit vom Menstruationszyklus zu untersuchen. Methode: Normotensive, untrainierte als auch trainierte Frauen nahmen an der Studie teil. Die Athletinnen absolvierten individuell abgestimmte Trainingspläne (>5h/Woche) während der Studie. Die HRV Messungen wurden in den folgenden fünf Zyklusphasen aufgezeichnet: In der Menstruation (M), der Mitte der Follikel- (MidF), der Ovulations- (O), der Mitte der Luteal- (MidL) und der Pre-Menstruationsphase (PreM). Die Basaltemperatur als auch die Hormonanalysen des Luteinisierenden (LH) und des Follikelstimulierenden Hormons (FSH), des β-17 Östrogens (E2) und des Progesterons (P) dienten der Verifizierung der Zyklusphasen. Die HRV Messungen wurden bei Spontanatmung im Liegen (20 min) wie auch während eines Orthosthase Tests aufgezeichnet. Parameter der Zeit als auch der Frequenzdomäne für Kurzzeitmessungen wurden ausgewertet. Resultate: Alle Frauen hatten einen normotensiven Menstruationszyklus mit typischen hormonellen Schwankungen und einem signifikanten Verlauf (p, Introduction: The autonomic control of the heart is assumed to be affected by endogenous hormonal fluctuations in normal ovulatory females. Analyzing heart rate variability (HRV) had become a tool for the noninvasive measurement of cardiac autonomic control. The purpose of the present study was to investigate the course of the HRV parameters in moderately active as well as in long time endurance trained women during the menstrual cycle. Methods: Normal ovulatory females, untrained and trained were enrolled. Female athletes were involved in individually different training patterns (>5h/week) during the study. HRV recordings were obtained during five different menstrual cycle phases: menstruation (M), middle of follicular (MidF), ovulation (O), middle of luteal (MidL) and pre menstruation phase (PreM). Phases were verified by basal body temperature and analysis of luteinizing hormone (LH), follicular stimulation hormone (FSH), β-17 estrogen (E2) and progesterone (P). HRV measurements took place at subjects’ spontaneous breathing frequency in supine position (20 min) as well as during an orthostatic test. Parameters of short-term recording were calculated in time and frequency domain. Results: All women had normal ovulatory menstrual cycles including typical endogenous hormonal fluctuations; levels of LH, FSH, E2 and P were significantly different (p

Barorezeptorsensitivität, Herzfrequenzvariabilität und Blutdruckvariabilität bei Patienten mit einem mild-moderaten Schlafapnoe Syndrom und bei gesunden Probanden Die Behandlung von Patienten mit einem mild-moderaten obstruktiven Schlafapnoe Syndrom (OSAS) wird von der klinischen Symptomatik und dem Herzkreislaufrisiko bestimmt. Wir konnten nachweisen, dass bei einem mild-moderaten OSAS unter der Beatmungstherapie neben der Beseitigung der nächtlichen Atmungsstörung auch eine Änderung der Mikrostruktur des Schlafes (Arousal) und der Müdigkeit am Tage zu verzeichnen ist. Das Herzkreislaufrisiko untersuchten wir anhand noninvasiver Parameter der sympathovagalen Balance. Dazu wurden die Herzfrequenzvariabilität (HRV), die Blutdruckvariabilität (BDV) und die Barorezeptorsensitivität (BRS) im Zeit- und Frequenzbereich bestimmt und diese Größen bei Patienten mit einem mild-moderaten OSAS im Vergleich zu gesunden Probanden als auch der Effekt einer CPAP-Therapie - im Schlaf als auch am Tage - analysiert. Bei gesunden Probanden fanden wir eine HRV- und BRS-Abnahme sowie eine BDV-Zunahme im REM- gegenüber dem NREM-Schlaf. OSAS Patienten haben im Vergleich zu Gesunden eine niedrigere BRS im NREM und eine erhöhte BDV sowohl im REM- als auch NREM-Schlaf. CPAP führt beim OSAS zu einer Abnahme der Herzfrequenz und Zunahme der BRS, vornehmlich im NREM Schlaf und bei zusätzlich bekannter Hypertonie. Die HRV nimmt ab und die BDV zu, jeweils unabhängig vom Schlafstadium bzw. einer bestehenden Hypertonie. Am Tage zeigt sich nur ein Kurzzeiteffekt hinsichtlich Zunahme der BRS und HRV. Dieser Effekt ist vom Ausmaß des OSAS und dem Vorhandensein einer Hypertonie abhängig und nach 4 Wochen Therapie nicht mehr nachweisbar. Untersucht man den Effekt der Beatmungstherapie auf HRV, BDV und BRS bei gesunden Probanden im Akutversuch, dann findet man eine Erhöhung des Blutdruckes bei Abnahme der Herzfrequenz und Zunahme der BRS. HRV, BDV und BRS als Parameter für das kardiovaskuläre Risiko zeige, Baroreceptor sensitivity, heart-rate variability, and blood-pressure variability in patients with mild to moderate sleep apnoea syndrome, and in healthy controls The treatment of patients with mild to moderate obstructive sleep apnoea syndrome, OSAS, is determined by the clinical symptom complex and by the cardiovascular risk. In patients with mild to moderate OSAS who received therapy in the form of assisted ventilation, we succeeded in evidencing that it is possible to influence the microstructure of sleep (i.e., of arousal) as well as fatigue experienced during the day, in addition to eliminating nocturnal respiratory disturbance. We investigated the cardiovascular risk by examining non-invasive parameters for sympathovagal balance. Therefore we analyzed heart-rate variability (HRV), blood-pressure variability (BPV), and baroreceptor sensitivity (BRS) over time and frequency ranges in patients with mild to moderate OSAS, in comparison to healthy controls. We likewise assessed the effects of CPAP therapy on these parameters, both during sleeping as well as non-sleeping hours. Among healthy test subjects, we determined decreases in HRV and BRS, as well as increase in BPV, during REM sleep, in comparison to NREM sleep. In comparison to healthy controls, OSAS patients have lower BRS during NREM and increased BPV in both REM and NREM sleep. In OSAS patients, CPAP leads to a decrease in heart rate and increase in BRS, especially in NREM sleep and in patients for whom hypertension is also known. HRV diminishes and BPV increases, in both cases regardless of the sleep stage or presence or absence of hypertension. During the day, only a short-term effect becomes apparent with respect to increases in BRS and HRV. This effect depends on the extent of OSAS and on the existence of hypertension; after four weeks of therapy, the effect is no longer in evidence. Acute testing of the effect of assisted ventilation on HRV, BPV, and BRS among healthy controls discloses increase in b

Barorezeptorsensitivität, Herzfrequenzvariabilität und Blutdruckvariabilität bei Patienten mit einem mild-moderaten Schlafapnoe Syndrom und bei gesunden Probanden Die Behandlung von Patienten mit einem mild-moderaten obstruktiven Schlafapnoe Syndrom (OSAS) wird von der klinischen Symptomatik und dem Herzkreislaufrisiko bestimmt. Wir konnten nachweisen, dass bei einem mild-moderaten OSAS unter der Beatmungstherapie neben der Beseitigung der nächtlichen Atmungsstörung auch eine Änderung der Mikrostruktur des Schlafes (Arousal) und der Müdigkeit am Tage zu verzeichnen ist. Das Herzkreislaufrisiko untersuchten wir anhand noninvasiver Parameter der sympathovagalen Balance. Dazu wurden die Herzfrequenzvariabilität (HRV), die Blutdruckvariabilität (BDV) und die Barorezeptorsensitivität (BRS) im Zeit- und Frequenzbereich bestimmt und diese Größen bei Patienten mit einem mild-moderaten OSAS im Vergleich zu gesunden Probanden als auch der Effekt einer CPAP-Therapie - im Schlaf als auch am Tage - analysiert. Bei gesunden Probanden fanden wir eine HRV- und BRS-Abnahme sowie eine BDV-Zunahme im REM- gegenüber dem NREM-Schlaf. OSAS Patienten haben im Vergleich zu Gesunden eine niedrigere BRS im NREM und eine erhöhte BDV sowohl im REM- als auch NREM-Schlaf. CPAP führt beim OSAS zu einer Abnahme der Herzfrequenz und Zunahme der BRS, vornehmlich im NREM Schlaf und bei zusätzlich bekannter Hypertonie. Die HRV nimmt ab und die BDV zu, jeweils unabhängig vom Schlafstadium bzw. einer bestehenden Hypertonie. Am Tage zeigt sich nur ein Kurzzeiteffekt hinsichtlich Zunahme der BRS und HRV. Dieser Effekt ist vom Ausmaß des OSAS und dem Vorhandensein einer Hypertonie abhängig und nach 4 Wochen Therapie nicht mehr nachweisbar. Untersucht man den Effekt der Beatmungstherapie auf HRV, BDV und BRS bei gesunden Probanden im Akutversuch, dann findet man eine Erhöhung des Blutdruckes bei Abnahme der Herzfrequenz und Zunahme der BRS. HRV, BDV und BRS als Parameter für das kardiovaskuläre Risiko zeige, Baroreceptor sensitivity, heart-rate variability, and blood-pressure variability in patients with mild to moderate sleep apnoea syndrome, and in healthy controls The treatment of patients with mild to moderate obstructive sleep apnoea syndrome, OSAS, is determined by the clinical symptom complex and by the cardiovascular risk. In patients with mild to moderate OSAS who received therapy in the form of assisted ventilation, we succeeded in evidencing that it is possible to influence the microstructure of sleep (i.e., of arousal) as well as fatigue experienced during the day, in addition to eliminating nocturnal respiratory disturbance. We investigated the cardiovascular risk by examining non-invasive parameters for sympathovagal balance. Therefore we analyzed heart-rate variability (HRV), blood-pressure variability (BPV), and baroreceptor sensitivity (BRS) over time and frequency ranges in patients with mild to moderate OSAS, in comparison to healthy controls. We likewise assessed the effects of CPAP therapy on these parameters, both during sleeping as well as non-sleeping hours. Among healthy test subjects, we determined decreases in HRV and BRS, as well as increase in BPV, during REM sleep, in comparison to NREM sleep. In comparison to healthy controls, OSAS patients have lower BRS during NREM and increased BPV in both REM and NREM sleep. In OSAS patients, CPAP leads to a decrease in heart rate and increase in BRS, especially in NREM sleep and in patients for whom hypertension is also known. HRV diminishes and BPV increases, in both cases regardless of the sleep stage or presence or absence of hypertension. During the day, only a short-term effect becomes apparent with respect to increases in BRS and HRV. This effect depends on the extent of OSAS and on the existence of hypertension; after four weeks of therapy, the effect is no longer in evidence. Acute testing of the effect of assisted ventilation on HRV, BPV, and BRS among healthy controls discloses increase in b

Die Atmung und das Herz-Kreislauf-System interagieren als zwei in Reihe angeordnete funktionelle Einheiten. Die gleichsinnige Kontrolle beider Systeme bildet die Grundlage homöostatischer Bedingungen im Organismus. Neurophysiologische Studien geben Hinweise auf die Existenz eines gemeinsamen neuronalen kardiorespiratorischen Netzwerkes, welches im ventrolateralen Teil der Medulla oblongata gelegen ist. Da zentrale Mechanismen der Regulation einer direkten Untersuchung nicht zugänglich sind, erweisen sich die linearen und nichtlinearen Verfahren der Zeitreihenanalyse als hilfreich, um Erkenntnisse von der Arbeitsweise des kardiorespiratorischen Kontrollsystems zu gewinnen. Grundlage der Studie bildet eine Datenbank polygraphischer Messungen (einschließlich EKG, thorakales und abdominales Respirogramm, Elektrookulogramm und Aktogramm), die an 42 gesunden Kindern, 11 Mädchen und 31 Knaben im Alter von 12 bis 15 Jahren erhoben wurde. Die Messungen erfolgten über 24 Stunden hinweg, während folgender Vigilanzstadien: ruhiger Wachzustand, REM- und nonREM-Schlaf. Die spektralen Charakteristika der Herzfrequenzvariabilität wurden berechnet, um die sympatho-vagale Einflußnahme auf den Nodus sinusoidalis kennzeichnen zu können. Die lineare Intensität der kardiorespiratorischen Beziehung wurde aus den Kohärenzspektren abgeleitet. Um nichtlineares Verhalten erfassen zu können, wurden der größte Lyapunov-Exponent und die Korrelationsdimension der Herzfrequenz, sowie die Korrelationsdimension des Atemsignals bestimmt. Die Analyse der Herzfrequenzvariabilität ergab für die Gesamtleistung die höchsten Werte innerhalb der REM-Phasen, im Wachzustand lagen diese deutlich niedriger und während des nonREM-Schlafes waren sie am kleinsten. Dieses Verhalten wurde im wesentlichen bestimmt von Änderungen der Spektralleistung im niederfrequenten Bereich. Die Komplexität der Herzfrequenz, die sich mit der Korrelationsdimension schätzen läßt, zeigte eine deutliche Abnahme im Schlaf. Dagegen erwi, Breathing and blood flow interact as two, in series coupled units. To adapt heart beat and oxygen supply, a common coordination is required. Concluded from neurophysiological investigations, there is evidence for the existence of one cardiorespiratory network located in the ventrolateral part of the medulla. Since the physiological mechanisms inside the complex regulatory network are not readily accessible, linear and non-linear methods of time series analysis are a useful approach to investigate cardiorespiratory control. To study normal regulation, 42 healthy children, 11 girls and 31 boys (12-15 yr.), were investigated throughout 24 hours under different states of vigilance: wakefulness at rest, REM, and nonREM-sleep. All participants underwent polygraphic measurements, including ECG, thoracic and abdominal respirograms, electrooculogram, and actogram. To estimate the sympatho-vagal drive to the sinus node, the parameters of heart rate power spectra were calculated. The linear intensity of cardiorespiratory coupling was concluded from the coherence spectra. As to non-linear properties of heart rate, the largest Lyapunov exponents as well as the correlation dimension were determined. Similarly, the correlation dimension of the respiratory signals was evaluated. The total power of the heart rate spectrum was found to be greatest during REM, it decreased during wakefulness and was low in nonREM-sleep. These variations are mainly accounted for by low frequency power. The "complexity" of heart rate, as indicated by the correlation dimension, is diminished during sleep phases, whereas the Lyapunov exponents are less affected. The cardiorespiratory coherence is strongly modulated by vigilance with an increase during nonREM and lowest values during REM. The complexity of respiration was also affected by vigilance. A different behavior of heart rate complexity was found during REM-phases. Concluded from spectral analysis, a specific setting of autonomic heart rate regulat

Die Atmung und das Herz-Kreislauf-System interagieren als zwei in Reihe angeordnete funktionelle Einheiten. Die gleichsinnige Kontrolle beider Systeme bildet die Grundlage homöostatischer Bedingungen im Organismus. Neurophysiologische Studien geben Hinweise auf die Existenz eines gemeinsamen neuronalen kardiorespiratorischen Netzwerkes, welches im ventrolateralen Teil der Medulla oblongata gelegen ist. Da zentrale Mechanismen der Regulation einer direkten Untersuchung nicht zugänglich sind, erweisen sich die linearen und nichtlinearen Verfahren der Zeitreihenanalyse als hilfreich, um Erkenntnisse von der Arbeitsweise des kardiorespiratorischen Kontrollsystems zu gewinnen. Grundlage der Studie bildet eine Datenbank polygraphischer Messungen (einschließlich EKG, thorakales und abdominales Respirogramm, Elektrookulogramm und Aktogramm), die an 42 gesunden Kindern, 11 Mädchen und 31 Knaben im Alter von 12 bis 15 Jahren erhoben wurde. Die Messungen erfolgten über 24 Stunden hinweg, während folgender Vigilanzstadien: ruhiger Wachzustand, REM- und nonREM-Schlaf. Die spektralen Charakteristika der Herzfrequenzvariabilität wurden berechnet, um die sympatho-vagale Einflußnahme auf den Nodus sinusoidalis kennzeichnen zu können. Die lineare Intensität der kardiorespiratorischen Beziehung wurde aus den Kohärenzspektren abgeleitet. Um nichtlineares Verhalten erfassen zu können, wurden der größte Lyapunov-Exponent und die Korrelationsdimension der Herzfrequenz, sowie die Korrelationsdimension des Atemsignals bestimmt. Die Analyse der Herzfrequenzvariabilität ergab für die Gesamtleistung die höchsten Werte innerhalb der REM-Phasen, im Wachzustand lagen diese deutlich niedriger und während des nonREM-Schlafes waren sie am kleinsten. Dieses Verhalten wurde im wesentlichen bestimmt von Änderungen der Spektralleistung im niederfrequenten Bereich. Die Komplexität der Herzfrequenz, die sich mit der Korrelationsdimension schätzen läßt, zeigte eine deutliche Abnahme im Schlaf. Dagegen erwi, Breathing and blood flow interact as two, in series coupled units. To adapt heart beat and oxygen supply, a common coordination is required. Concluded from neurophysiological investigations, there is evidence for the existence of one cardiorespiratory network located in the ventrolateral part of the medulla. Since the physiological mechanisms inside the complex regulatory network are not readily accessible, linear and non-linear methods of time series analysis are a useful approach to investigate cardiorespiratory control. To study normal regulation, 42 healthy children, 11 girls and 31 boys (12-15 yr.), were investigated throughout 24 hours under different states of vigilance: wakefulness at rest, REM, and nonREM-sleep. All participants underwent polygraphic measurements, including ECG, thoracic and abdominal respirograms, electrooculogram, and actogram. To estimate the sympatho-vagal drive to the sinus node, the parameters of heart rate power spectra were calculated. The linear intensity of cardiorespiratory coupling was concluded from the coherence spectra. As to non-linear properties of heart rate, the largest Lyapunov exponents as well as the correlation dimension were determined. Similarly, the correlation dimension of the respiratory signals was evaluated. The total power of the heart rate spectrum was found to be greatest during REM, it decreased during wakefulness and was low in nonREM-sleep. These variations are mainly accounted for by low frequency power. The "complexity" of heart rate, as indicated by the correlation dimension, is diminished during sleep phases, whereas the Lyapunov exponents are less affected. The cardiorespiratory coherence is strongly modulated by vigilance with an increase during nonREM and lowest values during REM. The complexity of respiration was also affected by vigilance. A different behavior of heart rate complexity was found during REM-phases. Concluded from spectral analysis, a specific setting of autonomic heart rate regulat

von Frank David Seewald, BSc, Masterarbeit Universität Innsbruck 2018

von Frank David Seewald, BSc, Masterarbeit Universität Innsbruck 2018