Los geht's!
COVID-19

Die Bedeutung der Atemfrequenzüberwachung während der COVID-19-Pandemie

1 April 2020

Erfahre mehr darüber, wie wir die Atemfrequenz messen und warum sie so wichtig ist.

Von Emily Capodilupo

WIE DIE ATEMFREQUENZ BEI DER BEOBACHTUNG DES CORONAVIRUS HELFEN KANN

Im Rahmen der COVID-19-Pandemie hat WHOOP ein vorgezogenes App-Update veröffentlicht, das es den Mitgliedern erleichtern sollte, ihre Atemfrequenz zu überwachen und zu interpretieren. Warum? Die Atemfrequenz ist womöglich die wichtigste Metrik, die du im Auge behalten solltest, wenn du dir Sorgen um COVID-19 machst.

In diesem Artikel erfährst du, wie wir die Atemfrequenz messen und warum sie so wichtig ist.

whoop tracks respiratory rate

WHOOP VERFOLGT DEINE ATEMFREQUENZ IM SCHLAF, SIGNIFIKANTE VERÄNDERUNGEN KÖNNEN ETWAS AUSSAGEN.

WAS IST DIE ATEMFREQUENZ?

Die Atemfrequenz, die in Atemzügen pro Minute (AZ/min) angegeben wird, liegt im Ruhezustand in der Regel zwischen 12 und 20 AZ/min. Jeder Atemzug besteht aus zwei Phasen: Einatmung und Ausatmung. Beim Einatmen wird Sauerstoff in die Lunge gebracht, von wo aus er über den Blutkreislauf durch den Körper transportiert wird, und beim Ausatmen wird Kohlendioxid ausgeschieden.

WIE MISST WHOOP DIE ATEMFREQUENZ?

Letztes Jahr erweiterte WHOOP seine Schlafanalyseplattform und integrierte die Ruheatemfrequenz in die Web-App. Anfang dieses Jahres wurde uns als erstes am Handgelenk getragene Wearable die Messgenauigkeit der Atemfrequenz im Schlaf bestätigt. In einer im Journal of Clinical Sleep Medicine veröffentlichten unabhängigen Studie wurde nachgewiesen, dass die von WHOOP gemessene Atemfrequenz bis auf einen Atemzug pro Minute genau dem Goldstandard entspricht.

WHOOP zeigt den Medianwert der Atemfrequenz während des Schlafs an. Wir berechnen die Atemfrequenz aus den Herzfrequenzdaten, indem wir uns ein Phänomen zunutze machen, das als respiratorische Sinusarrhythmie bekannt ist. Einfach ausgedrückt: Beim Einatmen erhöht sich unsere Herzfrequenz und beim Ausatmen sinkt sie, sodass das Blut bevorzugt an der Lunge vorbeigeführt wird, wenn diese mit Sauerstoff gefüllt ist. Da das autonome Nervensystem die Herzfrequenz beim Einatmen erhöht und beim Ausatmen senkt, können wir die Atemfrequenz in kontinuierlichen Herzfrequenzdaten erkennen, indem wir nach diesem zyklischen Muster von Anstieg und Senkung suchen.

respiratory rate over heart rate

EIN DIAGRAMM DER HERZFREQUENZ ÜBERLAGERT MIT DER ATEMFREQUENZ

Sehen wir uns als Beispiel 25 Sekunden meiner Herzfrequenzdaten an. Man erkennt, dass die Herzfrequenz etwa alle 5 Sekunden zyklisch auf und ab geht, was einer Atemfrequenz von etwa 12 Atemzügen pro Minute entspricht.

WARUM ES SICH LOHNT, DIE ATEMFREQUENZ ZU VERFOLGEN

Wir zeigen sie erst seit letztem Jahr an, doch WHOOP verfolgt die Atemfrequenz während des Schlafs schon seit Jahren. Unser Algorithmus zur Bestimmung der Schlafphasen nutzt die minütlichen Veränderungen der Atemfrequenz, weil sich die Atemmuster von Phase zu Phase unterscheiden. Ursprünglich zeigte WHOOP die Atemfrequenz nicht an, weil sie in der Regel einem ähnlichen Trend folgt wie die Herzfrequenzvariabilität (HFV) und die Ruheherzfrequenz (RHF), sodass es nicht sofort klar war, wie diese zusätzliche Information unseren Mitgliedern nützen könnte.

Als wir jedoch mehr Daten sammelten und unsere Algorithmen zur Verbesserung ihrer Genauigkeit verfeinerten, entdeckten wir etwas Interessantes: Es stimmt zwar, dass die Atemfrequenz im Allgemeinen ein Indikator für die kardiovaskuläre Fitness und Belastung ist und daher ansteigt, wenn die Ruheherzfrequenz ansteigt, und sinkt, wenn die Ruheherzfrequenz sinkt, sie ist jedoch auch eine bemerkenswert stabile Messgröße. Von Nacht zu Nacht sollten Mitglieder keine großen Veränderungen im Medianwert ihrer Atemfrequenz erwarten. Aber wenn er sich ändert, dann hat dies in der Regel etwas zu bedeuten.

EINE ERHÖHTE ATEMFREQUENZ KANN AUF GESUNDHEITLICHE PROBLEME HINDEUTEN

Aus diesem Grund ist die Atemfrequenz nützlich, um Schlafzyklen zu erkennen, in denen „etwas nicht stimmt“. Andererseits können sich RHF und HFV von einem Tag auf den anderen bedeutungslos um ein paar Schläge pro Minute oder ein paar Millisekunden ändern. In der Statistik wird diese Eigenschaft als „Signal-Rausch-Verhältnis“ bezeichnet und bestimmt, wie viel Varianz nötig ist, um sicher zu sein, dass es sich um eine signifikante Veränderung und nicht um eine zufällige Schwankung handelt. Der Medianwert der Atemfrequenz hat ein bemerkenswert hohes Signal-Rausch-Verhältnis, was ihn sehr einfach zu interpretieren und besonders zuverlässig macht.

covid increases respiratory rate

WHOOP VERFOLGT DEN ANSTIEG DER ATEMFREQUENZ BEI EINER PERSON, BEI DER COVID-19 DIAGNOSTIZIERT WURDE.

Sehen wir uns die Daten der Ruheatemfrequenz eines WHOOP Mitglieds an, als es an COVID-19 erkrankte. (Die Daten werden mit Erlaubnis des Mitglieds verwendet.) Dieses WHOOP Mitglied wurde am 7. März mit COVID-19 infiziert und bemerkte am 11. März die ersten Symptome. In den 10 Tagen vor der Erkrankung änderte sich die Atemfrequenz von Nacht zu Nacht kaum – sie schwankte zwischen einem Tiefstwert von 15,4 AZ/min und einem Höchstwert von 16,1 AZ/min. Vergleiche dies mit dem 11. bis 13. Tag, an dem die Atemfrequenz sprunghaft auf 18,1 AZ/min anstieg. In absoluten Zahlen mag dieser Anstieg zwar nicht riesig erscheinen, aber wenn die normalerweise stabilen Basiswerte plötzlich um über 17 % ansteigen, hat dies wahrscheinlich etwas zu bedeuten. Um deine langfristigen Atemfrequenz-Trends einzusehen, logge dich über die Web-App unter app.whoop.com in dein Konto ein, wähle einen Datumsbereich aus und gehe dann oben rechts auf dem Bildschirm auf „Schlafleistung“. Du siehst die Atemfrequenz in deiner Statistik auf der linken Seite und kannst sie durch Anklicken erweitern.

Für die Erhöhung der Atemfrequenz braucht man jedoch nicht erst eine tödliche Pandemie. In den Monaten vor den Kontaktbeschränkungen hatte ich eine Reihe von Nachtflügen genommen und habe beim Schlafen im Flugzeug einige meiner höchsten persönlichen Atemfrequenzwerte verzeichnet. Wir haben auch beobachtet, dass ein Ortswechsel von niedrigen Lagen in höhere Lagen zu einer erhöhten Atemfrequenz führen kann, die sich bei der Rückkehr in die niedrigeren Lagen wieder normalisiert. Dieses Phänomen macht Sinn, da der Sauerstoffgehalt der Luft in höheren Lagen geringer ist.

Wenn die Atemfrequenz erhöht ist, weil man in einem Flugzeug mit abgestandener, trockener Luft oder in einer Höhenlage mit geringerem Sauerstoffgehalt schläft, ist das eine Reaktion auf die Umgebung und nicht unbedingt ein Grund zur Sorge. Was wir bei den WHOOP Mitgliedern beobachten, die eine COVID-19-Infektion angeben, ist jedoch eine physiologische Reaktion auf die Krankheit und verdient daher Aufmerksamkeit.

COVID-19 UND DIE ATEMFREQUENZ

Um zu verstehen, warum das Coronavirus eine erhöhte Atemfrequenz verursachen kann, muss man zu nächst die Pathologie der Infektion verstehen.

COVID-19, die durch das SARS-CoV-2-Virus verursachte Krankheit, ist eine neue Krankheit, die in den meisten mittelschweren bis schweren Fällen als Infektion der unteren Atemwege auftritt, ähnlich wie Bronchitis und einige Formen der Grippe. Infektionen der unteren Atemwege unterscheiden sich von den häufigeren Infektionen der oberen Atemwege durch den betroffenen Teil der Atemwege. Infektionen der oberen Atemwege, zu denen die meisten Erkältungen, Halsentzündungen und Nebenhöhlenentzündungen gehören, sind in erster Linie durch Symptome vom Hals aufwärts gekennzeichnet – z. B. laufende Nase, Kopfschmerzen, Halsschmerzen. Infektionen der unteren Atemwege betreffen Bereiche unterhalb des Kehlkopfes und sind daher häufiger mit Husten, Müdigkeit und Kurzatmigkeit verbunden.

Bei einer viralen Infektion der unteren Atemwege wie COVID-19 dringt das Virus durch die Nase, den Mund oder die Augen in den Körper ein und wandert auf der Suche nach einer Wirtszelle die Atemwege hinunter. Viren können sich nicht selbst vermehren und brauchen daher eine Wirtszelle, die sie „kapern“ können, indem sie die normale Zellfunktion mit einer neuen Anweisung außer Kraft setzen, nämlich der Reproduktion des Virus. Sobald die Zelle mit neuen Viren gefüllt ist, platzt sie und die neu gebildeten Viren machen sich auf die Suche nach weiteren Wirtszellen.

In der frühen Phase der Infektion, die als „Inkubationszeit“ bezeichnet wird, gibt es genügend gesunde (noch nicht gekaperte und zerstörte) Zellen, die für ihre gefallenen Nachbarzellen einspringen können. Aber wenn die Zahl der Viren im Körper wächst, nimmt auch das Ausmaß des angerichteten Schadens zu, sodass die gesunden Zellen die zerstörten Zellen schließlich nicht mehr kompensieren können und die Organfunktionen beeinträchtigt werden. Diese Auswirkungen werden als „Symptome“ wahrgenommen.

Die Symptome hängen von der Funktion der geschädigten Zellen ab. Bei COVID-19 infiziert das Virus die Alveolen (Lungenbläschen). Die Alveolen sind die Schnittstelle zwischen Blut und Lunge, an der Sauerstoff aus der Lunge ins Blut und Kohlendioxid aus dem Blut in die Lunge gelangt. Ohne funktionierende Alveolen wird bei der Atmung nicht mehr so viel Kohlendioxid aus dem Blut entfernt und nicht mehr so viel Sauerstoff ins Blut abgegeben wie zuvor. Um den Effizienzverlust pro Atemzug auszugleichen, ist der Körper gezwungen, mehr Atemzüge zu machen, um die gleiche Menge an Blutsauerstoff zu liefern.

NORMALE ATEMFREQUENZSCHWANKUNGEN UND WARUM WIR SIE IM SCHLAF MESSEN

Bei einem gesunden Menschen sind Schwankungen der täglichen Atemfrequenz normal, je nachdem, was wir gerade tun und wie hoch unser akuter Sauerstoffbedarf ist. Sport ist ein gutes Beispiel dafür: Beim Laufen atmen wir schwerer und schneller als in Ruhe, weil unser Energie- und damit Sauerstoffbedarf beim Laufen höher ist.

Da die Schwankungen innerhalb eines Tages stärker vom Aktivitätsniveau abhängen als von akuten Veränderungen der Leistungsfähigkeit, gibt die Messung der Atemfrequenz im Laufe des Tages weniger Aufschluss über die Leistungsfähigkeit als die Messung der Atemfrequenz im Schlaf. Da unser Sauerstoffbedarf (bei gleichbleibender Sauerstoffqualität der Luft) von Nacht zu Nacht ungefähr gleich ist, würde man erwarten, dass auch die Atemfrequenz gleich bleibt. Wenn wir also – wie in der obigen Fallstudie – einen plötzlichen Anstieg der Atemfrequenz im Schlaf feststellen, liegt eine Veränderung der Effizienz der Atmung näher als eine Veränderung des Energiebedarfs.

EINE HOHE ATEMFREQUENZ IST BEI ANDEREN KRANKHEITEN SELTENER

Zusätzlich zur COVID-19-Pandemie haben wir mit der jährlichen Grippesaison zu tun und auch Pollenallergien nehmen keine Auszeit. Das bedeutet, dass es für unseren Husten, unsere Müdigkeit oder unser allgemeines Unwohlsein auch andere Gründe als COVID-19 geben könnte. Da die meisten Grippestämme und Allergien vor allem die Schleimhäute der oberen Atemwege betreffen, ist eine erhöhte Atemfrequenz ein selteneres Symptom. Wenn du dich also nicht wohlfühlst, kann es hilfreich sein zu wissen, ob deine Atemfrequenz über deinem persönlichen Basiswert liegt, um so schnell wie möglich eine genaue Diagnose zu erhalten.

 

WHOOP ist kein medizinisches Gerät. Unsere Produkte und Dienstleistungen sind nicht dazu gedacht, COVID-19, Grippe oder eine andere Krankheit zu diagnostizieren, und sollten nicht als Ersatz für professionelle medizinische Beratung, Diagnose oder Behandlung verwendet werden.

 

https://www.whoop.com/thelocker/covid-health-monitoring-tips-resources/

Auf und teilen

Emily Capodilupo

Emily Capodilupo ist VP für Datenwissenschaft und Forschung bei WHOOP. Bevor sie 2013 als erste Vollzeitmitarbeiterin und erste Wissenschaftlerin zu WHOOP kam, studierte Emily Neurobiologie an der Harvard University und beschäftigte sich mit der zirkadianen Biologie in der Analyse- und Modellierungseinheit der Abteilung für Schlafmedizin am Brigham and Women's Hospital in Harvard. Als Läuferin und ehemalige Turnerin weiß Emily aus erster Hand, wie wichtig Schlaf und Erholung für Spitzenleistungen sind.

FOLLOW @WHOOP