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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Messen der Schlagfrequenz des Herzens bei Menschen und Säugetieren, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Haut zwei Punkte bestimmt werden, deren Verbindungslinie wenigstens angenähert parallel zur elektrischen R-Herzachse verläuft, und welche Punkte über höchstens von Hautmuskeln überdeckten Knochenpartien liegen, und dass Elektroden auf diese Punkte gelegt werden, um die Herzaktionspotentiale an ein Messgerät zu leiten.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Menschen die Elektroden auf Vi, nämlich dem Sternbein und im Bereich der Hüfte, z. B. auf V4, angelegt werden.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Pferden die eine Elektrode auf dem Sternbein und die andere Elektrode entweder auf dem Nasenbein oder auf dem Widerrist angelegt wird.
4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentiale von den Elektroden an ein tragbares Messgerät geleitet und dort in akustische und/oder optische Signale umgewandelt werden.
5. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Signale als digitale Anzeige ausgewertet werden, um die Herzfrequenz pro Minute darzustellen.
6. Verfahren nach Patentanspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwellwert am Gerät eingestellt wird, dessen Überschreitung akustisch und/oder optisch signalisiert wird.
7. Anordnung zur Messung der Schlagfrequenz des Herzens bei Menschen und Säugetieren, gekennzeichnet durch ein lmpulsmessgerät mit einem Impulsintegrator und mit Anzeigemitteln, um die mit Elektroden aufgenommene Herzspannung über eine bestimmte Zeit zu integrieren und die Impulsfrequenz als Anzahl Impulse pro Minute darzustellen, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssignal für den Impulsintegrator über eine Impulsformerstufe geleitet ist.
8. Anordnung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsformerstufe ein selektives Filter für die QRS-Komplexe zur Darstellung der Herzaktionsspannung beinhaltet.
9. Anordnung nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Trennung des meistsignifikanten Herzaktionsspannungsimpulses von den übrigen QRS-Impulsen und störenden Impulsen, die z. B. von Skelettmuskelbewegungen herrühren, ein Schwellwertdetektor mit nachfolgender Impulsauslöseschaltung vorhanden ist.
10. Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 beim Sporttraining, bei der Zuchtauswahl und bei Kaufuntersuchungen von Pferden, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Elektroden in einer Schabracke oder an einer Gurte untergebracht werden, derart, dass bei am Pferd angebrachter Schabracke bzw. Gurte die eine Elektrode auf den Widerrist und die andere Elektrode auf das Sternum zu liegen kommt, dass ferner bei verschiedenen Belastungsgraden die Herzfrequenz pro Minute festgestellt und anhand des Laktatgehaltes im Blut der momentane optimale Belastungsgrad des Pferdes entsprechend der der aerob-anaeroben Schwelle zugehörigen Herzfrequenz festgelegt wird.
Es sind zahlreiche Verfahren und Geräte bekannt, welche die Herzfrequenz zu messen und zu überwachen gestatten.
Insbesondere sind diese für die Anwendung beim Menschen bestimmt, sei es im Zusammenhang mit Trainingsüberwachung beim Sport, sei es zur Überwachung der Herztätigkeit bei der Rehabilitation von Infarktpatienten, usw. Alle diese Verfahren und Geräte beruhen im Prinzip darauf, den Pulsschlag zu messen und ihn in für den Sportler oder Patienten sichtbare oder hörbare Signale umzuwandeln. In den meisten Fällen legt der Betreuer (Trainer, Arzt, usw.) anhand von Erfahrungswerten die zu erbringende Trainingsleistung (Höhe und Dauer der Belastung) fest, die dann anhand der Pulsfrequenz überwacht wird. Sobald diese Frequenz einen gesetzten Höchstwert überschreitet, weiss der Trainierende, dass er eine Pause einlegen oder das Tempo reduzieren muss.
Einfachere und kompliziertere Geräte zur Messung und Überwachung der Herzschlagfrequenz stehen nicht nur in der Sportmedizin, sondern auch in vielen anderen Bereichen der Humanmedizin in weitverbreitetem Einsatz. Wesentlich spärlicher ist hingegen ihre Verwendung in der Veterinärmedizin, wo sie üblicherweise nur an grösseren Kliniken zur Verfügung stehen.
Der Bedarf an einem einfachen und sicheren Verfahren und einer entsprechenden Vorrichtung zur Messung der Herzschlagfrequenz bei Tieren ist in der Veterinärpraxis jedoch ebenso gross. Ferner hat es sich gezeigt, dass bisher für tiersportliche Belange keine wissenschaftlich fundierten Trainingsmethoden zur Anwendung gelangen. Dies ist insbesondere bei Pferden von grosser Bedeutung, mit welchen bisher das Training rein nach Gefühl und Erfahrung erfolgt. Es ist daher auch nicht selten, dass derart trainierte Pferde beim Training überfordert werden. Sowohl vom Standpunkt des Tierschutzes aus, wie auch unter Berücksichtigung der wirtschaftlichen Aspekte drängt es sich daher auf, den Leistungsstand eines Pferdes ähnlich wie denjenigen eines Menschen anhand zuverlässiger Messungen zu überwachen, um das Training und die Anforderungen entsprechend abstimmen zu können.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zum Messen der Schlagfrequenz des Herzens bei Menschen und Säugetieren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass auf der Haut zwei Punkte bestimmt werden, deren Verbindungslinie wenigstens angenähert parallel zur elektrischen R-Herzachse verläuft, und welche Punkte über höchstens von Hautmuskeln überdeckten Knockenpartien liegen, und dass Elektroden auf diese Punkte gelegt werden, um die Herzaktionspotentiale an ein Messgerät zu leiten.
Beim Menschen liegen die bevorzugten Punkte zum Anlegen je einer Elektrode auf dem Sternbein und im Bereich der Hüfte, möglichst nahe der Herzspitze, z. B. auf V4. Bei Pferden und anderen, nicht aufrecht gehenden Warmblütlern wurden drei besonders geeignete Punkte festgestellt. nämlich das Sternbein. das Nasenbein und der Widerrist. Obwohl noch andere Punkte an der Hautoberfläche durch eine mindestens annähernd parallel zur R-Herzachse verlaufende Linie verbunden werden können, eignen sie sich entweder gar nicht oder schlechter, wenn sie nicht unmittelbar über einer Knochenpartie liegen und durch mehr als nur die Haut und die Hautmuskeln vom Knochen getrennt sind. Ausserdem ist es insbesondere bei Pferden wichtig, die Tiere durch die Elektroden weder zu stören noch zu verängstigen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung zur Messung der Schlagfrequenz des Herzens bei Menschen und Säugetieren, das sich besonders zur Durchführung des neuen Verfahrens eignet. Obwohl die Elektroden an jeden Elektrocardiographen oder jedes bekannte Gerät zum Messen der Herzschlagfrequenz angeschlossen werden könnten, eignen sich die wenigsten dieser Geräte zum Einsatz bei Personen und Tieren in Bewegung. Entweder sind sie nicht tragbar, zu unhandlich, zu ungenau oder zu teuer. Ein weiterer Nachteil mancher bekannter Geräte liegt ferner darin. dass sie nicht nur die zur Frequenzmessung erwünschten und erforder
lichen QRS-Impulse verarbeiten, sondern auch die unerwünschten T-lmpulse und andere, z. B. durch die Bewegung der Hautmuskeln unter den Elektroden herrührenden, störenden Impulse.
Die erfindungsgemässe Anordnung ist gekennzeichnet durch ein Impulsmessgerät mit einem Impulsintegrator und mit Anzeigemitteln, um die mit zwei Elektroden aufgenommene Herzaktionspotential über eine bestimmte Zeit zu integrieren und die Impulsfrequenz als Anzahl Impulse pro Minute darzustellen; sie sind ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssignal für den Impulsintegrator über eine Impulsformerstufe geleitet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform, insbesondere zur Verwendung als Trainings-Überwachungsgerät, ist die Impulsformerstufe mit einem selektiven Filter für die QRS-Komplexe zur Darstellung der Herzaktionsspannung ausgestattet. Zur Trennung des meistsignifikanten Herzaktionsspannungsimpulses von den übrigen QRS-Impulsen und störenden Impulsen, die z.
B. von Hautmuskelbewegungen herrühren, kann ausserdem ein Schwellwertdetektor mit nachfolgender Impulsauslöserschaltung eingebaut sein.
Die Anzeige der Impulsfrequenz und damit der Herzschlagfrequenz kann akustisch und/oder optisch erfolgen; besonders bevorzugt wird der Einbau einer Digitalanzeige und einer Grenzwerteinstellung mit akustischem und/oder optischem Signalgeber; dieser Signalgeber kann z. B. als Warnsignal beim Überschreiten des Grenzwertes dienen.
Die der Anordnung zugehörenden und mit dem Messgerät verbundenen Elektroden können von bekannter Art und Beschaffenheit sein. Sie können z. B. aus Gold, Ag/AgCl, Blei oder leitfähigem Kunststoff, meist in Plattenform bestehen.
Mit Vorteil werden sie in Schwammtaschen eingesteckt, um Druckstellen auf der Haut zu verhindern und selbst geschützt zu sein. Die Elektroden können aber auch, wenn die Anordnung zur Überwachung der Herzschlagfrequenz eines unbewegten Lebewesens dient, z. B. bei der Narkose von Tieren, als Nadelelektroden oder Klammerelektroden ausgebildet sein.
Für Sportler eignen sie sich ferner in Form selbstklebender Klebelektroden, während sie z. B. für Pferde mit Vorteil an einem Halfterband, einer Gurte oder der Schabracke befestigt sein können.
Das an die Elektroden anzuschliessende Messgerät gemäss der vorliegenden Erfindung ist von einfacher Bauart und kann auf ein sehr kleines Mass und ein ebensolches Gewicht reduziert werden. So ist es ohne weiteres möglich, es in einer tragbaren Ausführung herzustellen (Gewicht z. B. 170 g), und es mit Hilfe von Befestigungsmitteln üblicher Art am Sattel anzubringen oder mit einem Band an den Oberschenkel oder den Arm eines Menschen zu befestigen.
Die erfindungsgemässe Anordnung ist ein wertvolles Hilfsmittel für die Tierarztpraxis, wo sie z. B. zur Überwachung der Herzschlagfrequenz bei einer Narkose eingesetzt werden kann. Aufgrund des akustischen Signals können hierbei AV-Blocks, Arythmien, Tachykardien und Bradykardien sofort erkannt werden, und zwar bei allen Warmblütlern. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Trächtigkeitsüberwachung tragender Stuten. Der einzustellende Grenzwert, der z. B. mit einem akustischen Signal in einem grösseren Umkreis hörbar gemacht werden kann, unterrichtet das Pflegepersonal über die bald zu erwartende Geburt.
Die Erfindung umfasst ferner die Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens beim Sporttraining, bei der Zuchtauswahl und den Kaufuntersuchungen von Pferden. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Elektroden in einer Schabracke oder an einer Gurte untergebracht werden, derart, dass bei am Pferd angebrachter Schabracke bzw. Gurte, die eine Elektrode auf den Widerrist und die andere Elektrode auf das Sternum zu liegen kommt, dass ferner bei verschiedenen Geschwindigkeiten die Herzfrequenz pro Minute festgestellt und anhand des Laktatgehaltes im Blut der momentane optimale Belastungsgrad des Pferdes mit der, der ärob-anäroben Schwelle zugehörigen Herzfrequenz festgelegt wird.
Mit einem Ausdauertraining lässt sich die Leistungsfähigkeit derart steigern, dass die gleiche Arbeit bei einer niedrigeren Herzfrequenz geleistet wird. Seit einigen Jahren ist auch bekannt, dass hierbei nicht nur die Herzfrequenz niedriger ist, sondern auch der Laktatspiegel des Blutes. Ferner wurde festgestellt, dass die Veränderung des Laktatspiegels zur Bewertung des Leistungsstandes herangezogen werden kann. Aufgrund des Laktatverhaltens bei körperlicher Belastung wurde ermittelt, dass bei gleichbleibender Belastungsintensität die Bildung und der Verbrauch an Laktat bis zu einem Grenzwert im Gleichgewicht stehen. Dieser Grenzwert wird mit aeroberanaerober Schwelle bezeichnet. Aus vielen Versuchen ergab sich für diese Schwelle ein Mittelwert von 4 mMol Laktat pro Liter.
Der Einfachheit halber wird im folgenden dieser Mittelwert als optimaler Wert angenommen; in der Praxis kann es unter Umständen von Vorteil sein, die Schwelle genau zu ermitteln.
Durch Bestimmung des Laktatgehaltes in einem Tropfen Kapillarblut zu Beginn der Untersuchung sowie bei steigender Arbeitsbelastung lässt sich eine Kurve aufzeichnen; eine zweite Kurve wird durch Aufzeichnung der Herzschlagfrequenz bei diesen Belastungen erhalten. Aus diesen beiden Kurven lässt sich nun mit Leichtigkeit diejenige Herzschlagfrequenz ermitteln, welche im jeweiligen Trainingsstand oder äroben-anäroben Schwelle entspricht und damit ein optimales und gefahrloses Training erlaubt.
Bisher wurde nur vorgeschlagen, das Training von Sportlern, insbesondere Spitzensportlern, und von Rekonvaleszenten auf diese Weise zu überwachen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, auch das Training von Tieren, insbesondere von Pferden, nach demselben Prinzip zu überwachen und entsprechende Konditionstests auch bei Pferden durchzuführen.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand einiger Beispiele und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, in welchen
Fig. 1 schematisch die geeigneten Auflagestellen für die Elektroden beim Pferd,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Herzimpulsmessgerätes und
Fig. 3 ein Diagramm aus einem Konditionstest zeigt.
Die beiden Elektroden 10 werden vorzugsweise in angefeuchtetem Zustand bei einem Pferd, z. B. auf dem Widerrist und über dem Sternum mit der Haut an den harten Partien in Berührung gehalten. Über ein Steckerpaar 11 sind die Elektroden 10 mit einem HF-Filter 12 verbunden, welches HF-Filter eine Schutzschaltung gegen Übersteuerung des Verstärkers umfasst. Nach einer Verstärkung im Verstärker 13 mit einem Verstärkungsfaktor in der Grössenordnung von 5000 wird das erhaltene Signal einem selektiven QRS-Filter 14 zur Aussiebung der R-Zacke zugeleitet, und damit die T-Zacke und sonstige Aktionsspannungen wirkungsvoll zu unterdrücken. Zwischen diesem QRS-Filter und einem Integrator 16 befindet sich ein Schwellwertdetektor 15 mit einstellbarem Schwellwert.
Gleichzeitig wird mit dem über dem Schwellwert liegenden Anteil des R-lmpulses eine Impuisgeberschaltung ausgelöst, um dem Integrator 16 immer gleichgeformte Impulse zur Integration zuzuteilen. Im Integrator werden die über eine bestimmte Zeit integrierten Impulse auf Anzeigemittel, insbesondere auf eine Digitalanzeige 19, geführt, wo das Analogsignal aus dem Integrator in einen digitalen Dezimalcode umgewandelt und mittels drei Digitalanzeigeelementen als Herzschläge pro Minute dargestellt wird. Parallel zur Einspeisung des Analogsignals in die Digitalanzeige t9 wird das Analogsignal einer Grenzwerteinstellung 17 mit einem akustischen Signalgeber 18 eingespeist. Die Grenzwerteinstellung 17 erfolgt ebenfalls auf analoge Weise z.
B. durch Einstellung eines Schwellwertes, wobei nach Überschreiten dieses Schwellwertes der akustische Signalgeber 18 auf eine andere Tonfrequenz umgeschaltet wird und die aus dem Analogsignal abgeleitete Schlagfrequenz in einer anderen Tonlage abgibt.
Die Eichung der Grenzwerteinstellung 17 kann über die Buchsen 11 erfolgen.
Da das Gerät mit bekannten elektronischen Bauelementen, wie integrierte Schaltungen, mit sehr kleinen Abmessungen ausgeführt werden kann, lässt es sich bei jedem Training sehr leicht und an einem die üblichen Bewegungen nicht störend beeinflussenden Platz, wie am Arm oder am Gürtel der trainierenden Person oder am Oberschenkel des Reiters oder am Sattel mittels eines Haltebandes befestigen. Zu diesem Zweck weist das Gehäuse mit Vorteil Schlaufen oder Bügel, Haken oder dergleichen auf.
Beispiel 1
Konditionstest beim Pferd
Das Verhalten der Herzschlagfrequenz (Puls pro Minute) ist ein wertvoller Hinweis auf die momentane Kondition. Für den Konditionstest wird das Pferd mit einer Schabracke gesattelt, an deren unteren dem Pferd zugekehrten Seite zwei angefeuchtete flache. in Schwammtaschen liegende Elektroden derart angebracht sind, dass die eine auf das Sternum (auf den Cartilago xiphoidus), die andere auf den Widerrist (auf den Processus spinosi der Vertebra thoracica Vl-X) zu liegen kommt. Die eine oder andere dieser Elektroden könnte auch durch eine Elektrode, die auf dem Nasenbeim im Bereich des Os frontale und des Os nasale befestigt ist, ersetzt werden.
Beide Elektroden sind mit dem Messgerät der oben beschriebenen Art verbunden, das am Sattel oder am Oberschenkel des Reiters befestigt ist.
Für den Konditionstest galoppiert man dreimal 3 Minuten in drei verschiedenen Tempi. Dazwischen geht man Schritt und misst die Zeit bis zur vollständigen Erholung. Wichtig für die Beurteilung der momentanen Leistungsfähigkeit ist nun der steady state und die Erholungszeit in Minuten. Der steady state ist die konstante Frequenz, welche das Pferd bei einem bestimmten Tempo erreicht (nach ca. 1 bis 2 Minuten Galopp). Dazu misst man mit einer Stoppuhr die Erholungszeit, welche das Pferd benötigt, bis es wieder auf der zu Beginn festgestellten Schrittpulsfrequenz ist.
Tabelle 1
1. Belastung 2. Belastung 3. Belastung Tempo m/Minute 400 500 600 < (steady state 150 165 185 Erholungszeit 2 4 7 in Minuten
Man hat nun zwei Werte, die sich beide im Laufe des Trainings verbessern müssen, weil mit zunehmender Kondition, das Pferd dieselbe Belastung mit geringerem physischen Aufwand absolviert. Die Herzfrequenz im ( < steady state muss tiefer werden, die Erholungszeit muss sich verkürzen. Dieser Konditionstest wird alle 3 Wochen durchgeführt.
In den folgenden Beispielen 2 bis 5 wurde die Herzschlagfrequenz mit derselben Anordnung wie in Beispiel 1 überwacht.
Beispiel 2
Intervalltraining eines Pferdes
Unter Intervalltraining versteht man den systematischen Wechsel von Belastungen und unvollständigen Erholungsphasen. Dieser bewährte Methode trainiert bei richtiger Anwendung vor allem den Herzkreislauf und somit die ärobe Kapazität stark (aerobe Kapazität: Fähigkeit des Organismus, die zur Muskelarbeit notwendige Energie unter Verwendung von Sauerstoff bereitzustellen). Die Unvollständigkeit in der Erholungsphase ist wichtig, weil die ganze Umstellung mit Beanspruchung der anaeroben Anfangsphase nicht mehr durchlaufen werden muss (anaerob: sauerstoffunabhängige Energiebereitstellung).
Belastungsphase: 75% der maximalen Geschwindigkeit (mindestens 2 Minuten) Ruhephase: Schritt, bis Puls auf Schrittpuls +15 (+5) Belastungsphase: 75etc der maximalen Geschwindigkeit (mindestens 2 Minuten).
Sobald sich die Erholungszeit in der Ruhephase merklich verlängert, beendet man das Training. Mit zunehmender Kondition wird die Ruhephase immer kürzer und die Intensität kann gesteigert werden.
Es ist in der Praxis unbestritten, dass erst der Umfang des Trainings und dann die Intensität gesteigert werden muss. Dies entspricht auch der Vorstellung, dass zuerst < rVolumentrai- ning und erst später Druckbelastung des Herzens trainiert werden soll, da ein zu dicker Herzmuskel nicht mehr genügend gedehnt werden kann. Bei einem Pulsschlag von 150 bis 160 Schlägen pro Minute ist das Schlagvolumen des Herzens maximal, die Druckbelastung submaximal. Um einen maximalen Reiz zur Vergrösserung der Herzkammern zu erzielen, sollte deshalb bei jungen Pferden diese Frequenz im Basistraining noch nicht überschritten werden.
Beispiel 3
Wiederholungstraining des Pferdes
Das Wiederholungstraining ist im Gegensatz zum Intervalltraining ein Training mit vollständiger Erholung. Es werden vor allem anaerobe Ausdauer, Stehvermögen, maximale Kraft, Schnellkraft und Schnelligkeit gefördert. Je kürzer und intensiver die Einzelbelastungen gewählt werden, umso stärker wird durch sie nur der anaerobe Stoffwechselbereich (Bereich in der Sauerstoffschuld) angesprochen. Für diese Arbeit eignet sich eine leicht ansteigende Galoppbahn sehr gut.
Belastungsphase: 80 bis 90% der maximalen
Geschwindigkeit Ruhephase: Schritt und vollständige Erholung bis zum ursprünglichen Schrittpuls Belastungsphase: 80 bis 90% der maximalen
Geschwindigkeit.
Auch hier zeigt die zunehmende Dauer der Erholungsphase den Belastungsumfang der Arbeit an. Dieses Training muss mit Einfühlungsvermögen und Verständnis durchgeführt werden, damit die Psyche des Pferdes stark bleibt. Bei jeder Art von Arbeit ist darauf zu achten, dass die Pferde mit Freude und ohne jeden Zwang das Pensum galoppieren.
Beispiel 4
Bergtrab
Der Bergtrab dient zur Förderung der maximalen Kraft, sowie der aeroben und anaeroben Kapazität. Die Pulsfrequenz bleibt während des Bergtrabens bis zur Ermündung konstant.
Das Erscheinen der Ermündung sowie die Erholungszeit geben wiederum Hinweise auf die momentane Form.
Beispiel 5
Dauerleistungstraining des Pferdes
Ausdauer ist die Fähigkeit, eine bestimmte Belastung ohne wesentliche Ermüdung und ohne Leistungseinbusse zu ertragen. Um die allgemeine Ausdauer zu fördern, wird auch auf lange Distanzen trainiert. Die Intensität sollte nicht wesentlich aus dem äroben Bereich (genügend Sauerstoff) herausführen.
Dies bedeutet, dass eine Milchsäurekonzentration im Blut (die bei Sauerstoffschuld zunimmt) von 4 mMol/Liter nicht überschritten wird. Durch Blutentnahmen durch den Tierarzt beim Konditionstest (Beispiel 1) zwischen der dritten und der fünften Minute der jeweiligen Ruhephase erhält man Werte, die man in Abhängigkeit zur Herzschlagfrequenz bringen kann.
Durch eine einfache Kurvenaufzeichnung und Auswertung (Fig. 3) kann man auf die optimale Trainingspulsfrequenz schliessen. Dieser Test wird zu Beginn der Trainingsperiode gemacht und muss später nur noch jede dritte Woche durch eine Kontrollmessung bestätigt werden. Bei dem theoretischen Trainingspuls erscheinen 4 mMol/Liter Milchsäure im Blut, was einer optimalen Belastung entspricht. Diese Frequenz kann nun ebenfalls als obere Grenze für das Wiederholungstraining gebraucht werden (siehe Beispiel 3).
Der Konditionstest ergab folgende Werte, gemessen an Gää einer lijährigen Stute von 520 kg Gewicht, die auf eine M-Military-Prüfung trainiert werden soll. Der Test erfolgte bei einer Lufttemperatur von 220 C und einer Luftfeuchtigkeit von 62% auf einer Sandbahn:
Tabelle 11
Effektives steady state Erholungszeit
Tempo in Minuten
Meter/Minute
1. Belastung 420 154 3 2. Belastung 508 165 4 3. Belastung 620 178 7
Die Laktatwerte in mMol/Liter (Kapillarblut) betrugen: Ruhewert: 1,1 nach 1. Belastung 1,4 nach 2. Belastung 3,0 nach 3. Belastung 11,8
Aus diesem Laktatwert einerseits und den steady state Puiswerten anderseits wurden die beiden Kurven in Fig. 3 aufgezeichnet.
Dem optimalen Laktatwert von 4 mMol/Liter entspricht somit eine optimale Herzschlagfrequenz von 167, welche als Grenzwert auf dem Messgerät eingestellt wurde.
Aus Fig. 3 ist ausserdem ersichtlich, dass das Pferd eine recht gute Kondition aufweist; je besser die Kondition ist, umso mehr wird die Laktatkurve nach rechts und die Herzschlagfrequenzgerade nach unten verschoben. Aufgrund der vorliegenden Werte kann vorausgesagt werden, dass das Pferd Gää bei einem Training von zweimal pro Woche Wiederholungstraining (Belastung: mindestens 3 Minuten auf Herzschlagfrequenz 167; Ruhephase : vollständige Erholung bis zur Schritt-Herzschlagfrequenz) und einmal pro Woche Bergtrab den Anforderungen einer M-Military-Prüfung in 3 Wochen genügen wird.
Die obigen Beispiele zeigen die Anwendung der vorliegenden Erfindung beim Training von Pferden. Selbstverständlich lassen sich entsprechende Konditionstests und Trainingspläne unter jeweiliger genauer Überwachung der Herzschlagfrequenz mit der erfindungsgemässen Anordnung auch mit Menschen und mit anderen Tiergattungen durchführen.
Der Schutzumfang des vorliegenden Patentes ist beschränkt durch Art. 2 Bst. b PatG.
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PATENT CLAIMS
1. A method for measuring the heartbeat frequency in humans and mammals, characterized in that two points are determined on the skin, the connecting line of which is at least approximately parallel to the electrical R-heart axis, and which points lie above at most bone areas covered by skin muscles, and that electrodes are placed on these points in order to transmit the heart action potentials to a measuring device.
2. The method according to claim 1, characterized in that in humans the electrodes on Vi, namely the sternum and in the area of the hip, for. B. on V4.
3. The method according to claim 1, characterized in that in horses the one electrode is placed on the sternum and the other electrode either on the nasal bone or on the withers.
4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the potentials are passed from the electrodes to a portable measuring device and are converted there into acoustic and / or optical signals.
5. The method according to claim 4, characterized in that the optical signals are evaluated as a digital display to show the heart rate per minute.
6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that a threshold value is set on the device, the exceeding of which is signaled acoustically and / or optically.
7. Arrangement for measuring the heartbeat frequency in humans and mammals, characterized by a pulse measuring device with a pulse integrator and with display means to integrate the cardiac voltage recorded with electrodes over a certain time and to represent the pulse rate as a number of pulses per minute, further characterized that the input signal for the pulse integrator is routed via a pulse shaping stage.
8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the pulse shaper stage includes a selective filter for the QRS complexes for displaying the cardiac action voltage.
9. Arrangement according to claim 8, characterized in that for separating the most significant cardiac action voltage pulse from the other QRS pulses and disturbing pulses which, for. B. result from skeletal muscle movements, a threshold detector with subsequent pulse triggering circuit is available.
10. Application of the method according to claim 1 in sports training, in breeding selection and in purchasing studies of horses, characterized in that the two electrodes are accommodated in a saddle pad or on a belt, such that the saddle pad or belt attached to the horse is one The electrode lies on the withers and the other electrode lies on the sternum.Furthermore, the heart rate per minute is determined at different levels of exercise and the current optimal level of exercise of the horse is determined based on the lactate content in the blood, according to the heart rate associated with the aerobic-anaerobic threshold.
Numerous methods and devices are known which allow the heart rate to be measured and monitored.
In particular, these are intended for use in humans, whether in connection with training monitoring during sport, for monitoring cardiac activity during the rehabilitation of infarct patients, etc. All of these methods and devices are based in principle on measuring the pulse rate and keeping it in convert visible or audible signals to the athlete or patient. In most cases, the supervisor (trainer, doctor, etc.) uses experience to determine the training performance to be performed (amount and duration of the load), which is then monitored using the pulse rate. As soon as this frequency exceeds a set maximum, the exerciser knows that he must take a break or reduce the pace.
Simpler and more complicated devices for measuring and monitoring the heart rate are not only widely used in sports medicine, but also in many other areas of human medicine. On the other hand, their use in veterinary medicine, where they are usually only available at larger clinics, is much sparser.
However, the need for a simple and safe method and a corresponding device for measuring the heart rate in animals is just as great in veterinary practice. Furthermore, it has been shown that so far no scientifically based training methods have been used for animal sports issues. This is particularly important for horses with whom training has so far been based purely on feeling and experience. It is therefore not uncommon for horses trained in this way to be overwhelmed during training. From the point of view of animal welfare, as well as taking into account the economic aspects, it is therefore imperative to monitor the performance level of a horse in a similar way to that of a human being using reliable measurements in order to be able to adjust the training and the requirements accordingly.
The present invention thus relates to a method for measuring the heartbeat frequency in humans and mammals, which is characterized in that two points are determined on the skin, the connecting line of which is at least approximately parallel to the electrical R-heart axis, and which points exceed at most knock areas covered by skin muscles, and that electrodes are placed on these points in order to transmit the cardiac action potentials to a measuring device.
In humans, the preferred points for placing an electrode are on the sternum and in the hip area, as close as possible to the tip of the heart, e.g. B. on V4. Three particularly suitable points were found in horses and other warm-blooded animals that did not walk upright. namely the sternum. the nasal bone and the withers. Although other points on the surface of the skin can be connected by a line running at least approximately parallel to the R-heart axis, they are either not suitable at all or worse if they are not directly over a bone area and through more than just the skin and the skin muscles of the Bones are separated. In addition, it is important, especially in horses, not to disturb or frighten the animals with the electrodes.
Another object of the present invention is an arrangement for measuring the heartbeat rate in humans and mammals, which is particularly suitable for carrying out the new method. Although the electrodes could be connected to any electrocardiograph or any known device for measuring the heartbeat frequency, very few of these devices are suitable for use with people and animals in motion. They are either not portable, too bulky, too imprecise or too expensive. Another disadvantage of some known devices is that. that they are not only those that are desired and required for frequency measurement
Process QRS impulses, but also the unwanted T impulses and others, e.g. B. by the movement of the skin muscles under the electrodes, disturbing impulses.
The arrangement according to the invention is characterized by a pulse measuring device with a pulse integrator and with display means in order to integrate the heart action potential recorded with two electrodes over a certain time and to represent the pulse frequency as a number of pulses per minute; they are also characterized in that the input signal for the pulse integrator is conducted via a pulse shaper stage. In a preferred embodiment, in particular for use as a training monitoring device, the pulse shaper stage is equipped with a selective filter for the QRS complexes for displaying the cardiac action voltage. To separate the most significant cardiac action voltage pulse from the rest of the QRS pulses and interfering pulses, e.g.
B. derive from skin muscle movements, a threshold detector with subsequent pulse trigger circuit can also be installed.
The pulse rate and thus the heartbeat rate can be displayed acoustically and / or optically; the installation of a digital display and a limit value setting with an acoustic and / or optical signal transmitter is particularly preferred; this signal generator can, for. B. serve as a warning signal when the limit is exceeded.
The electrodes belonging to the arrangement and connected to the measuring device can be of a known type and nature. You can e.g. B. made of gold, Ag / AgCl, lead or conductive plastic, usually in plate form.
They are advantageously inserted in sponge pockets to prevent pressure points on the skin and to be protected yourself. The electrodes can, however, also if the arrangement is used to monitor the heartbeat frequency of an immobile being, for. B. in the anesthetic of animals, as needle electrodes or clamp electrodes.
For athletes they are also suitable in the form of self-adhesive electrodes, while z. B. for horses can be attached to a halter strap, a belt or the saddle pad with advantage.
The measuring device to be connected to the electrodes according to the present invention is of simple construction and can be reduced to a very small size and weight. So it is easily possible to manufacture it in a portable version (weight, e.g. 170 g), and to attach it to the saddle with the aid of conventional fastening means or to fasten it to a person's thigh or arm with a band.
The arrangement according to the invention is a valuable tool for the veterinary practice, where it z. B. can be used to monitor the heart rate during anesthesia. Due to the acoustic signal, AV blocks, arrhythmias, tachycardias and bradycardias can be recognized immediately, in all warm-blooded animals. Another area of application is the pregnancy monitoring of pregnant mares. The limit to be set, e.g. B. can be made audible with an acoustic signal in a larger area, the nursing staff informs about the soon to be expected birth.
The invention further comprises the use of the method described above in sports training, in breeding selection and in the purchase examinations of horses. It is characterized in that the two electrodes are accommodated in a saddle pad or on a belt, such that when the saddle pad or belt is attached to the horse, one electrode comes to rest on the withers and the other electrode on the sternum the heart rate per minute is determined at various speeds and the instantaneous optimal level of exercise of the horse is determined on the basis of the lactate content in the blood, with the heart rate associated with the aebro-anaerobic threshold.
Endurance training can improve performance so that the same work is done at a lower heart rate. For some years it has also been known that not only the heart rate is lower, but also the lactate level in the blood. It was also found that the change in the lactate level can be used to assess the level of performance. Based on the lactate behavior during physical exertion, it was determined that with constant exercise intensity, the formation and consumption of lactate are in equilibrium up to a limit value. This limit is called the aerobic anaerobic threshold. Many tests resulted in an average of 4 mmol lactate per liter for this threshold.
For the sake of simplicity, this mean value is assumed to be the optimal value in the following; in practice, it may be advantageous to determine the threshold precisely.
A curve can be recorded by determining the lactate content in a drop of capillary blood at the start of the examination and when the workload is increasing; a second curve is obtained by recording the heart rate at these loads. From these two curves, it is now easy to determine the heartbeat frequency that corresponds to the respective training level or aero-anaerobic threshold and thus allows optimal and safe training.
So far, it has only been proposed to monitor the training of athletes, especially elite athletes, and convalescents in this way. The present invention also makes it possible to monitor the training of animals, in particular horses, according to the same principle and to carry out corresponding condition tests also on horses.
The present invention is described in more detail below with the aid of a few examples and with reference to the accompanying drawings, in which
1 shows schematically the suitable support points for the electrodes in the horse,
Fig. 2 is a block diagram of a heart rate monitor and
3 shows a diagram from a condition test.
The two electrodes 10 are preferably moistened in a horse, for. B. on the withers and above the sternum with the skin in contact with the hard parts. The electrodes 10 are connected to an RF filter 12 via a pair of connectors 11, which RF filter comprises a protective circuit against overloading the amplifier. After amplification in the amplifier 13 with an amplification factor in the order of 5000, the signal obtained is fed to a selective QRS filter 14 for the screening out of the R wave, and thus effectively suppress the T wave and other action voltages. Between this QRS filter and an integrator 16 there is a threshold detector 15 with an adjustable threshold.
At the same time, an impulse generator circuit is triggered with the proportion of the R pulse lying above the threshold value in order to always allocate the integrator 16 to uniformly shaped pulses for integration. In the integrator, the pulses integrated over a certain time are led to display means, in particular to a digital display 19, where the analog signal from the integrator is converted into a digital decimal code and is represented as heartbeats per minute by means of three digital display elements. Parallel to the feeding of the analog signal into the digital display t9, the analog signal of a limit value setting 17 is fed in with an acoustic signal transmitter 18. The limit value setting 17 is also carried out in an analogous manner, e.g.
B. by setting a threshold value, the acoustic signal generator 18 being switched to another tone frequency after this threshold value has been exceeded and emitting the beat frequency derived from the analog signal in a different pitch.
The limit value setting 17 can be calibrated via the sockets 11.
Since the device can be implemented with known electronic components, such as integrated circuits, with very small dimensions, it can be very easily during each training session and in a place that does not interfere with the usual movements, such as on the arm or belt of the person training or on Secure the rider's thigh or saddle with a strap. For this purpose, the housing advantageously has loops or clips, hooks or the like.
example 1
Condition test on the horse
The behavior of the heartbeat frequency (pulse per minute) is a valuable indicator of the current condition. For the condition test, the horse is saddled with a saddle pad, on the lower side facing the horse two moistened flat ones. electrodes placed in sponge pockets are attached in such a way that one comes to rest on the sternum (on the Cartilago xiphoidus), the other on the withers (on the Processus spinosi of the Vertebra thoracica VI-X). One or the other of these electrodes could also be replaced by an electrode which is attached to the nose in the area of the frontal and nasal os.
Both electrodes are connected to the measuring device of the type described above, which is attached to the saddle or the thigh of the rider.
For the condition test, you gallop three times for three minutes at three different speeds. In between you take a step and measure the time until complete recovery. The steady state and the recovery time in minutes are now important for the assessment of the current performance. The steady state is the constant frequency that the horse reaches at a certain pace (after about 1 to 2 minutes of gallop). To do this, use a stopwatch to measure the recovery time it takes for the horse to reach the step pulse rate determined at the start.
Table 1
1st load 2nd load 3rd load Tempo m / minute 400 500 600 <(steady state 150 165 185 Recovery time 2 4 7 in minutes
You now have two values, both of which have to improve in the course of the training because with increasing physical fitness, the horse does the same work with less physical effort. The heart rate in (<steady state must be lower, the recovery time must be shortened. This condition test is carried out every 3 weeks.
In Examples 2 to 5 below, the heart rate was monitored with the same arrangement as in Example 1.
Example 2
Interval training of a horse
Interval training is the systematic alternation of stress and incomplete recovery phases. When used correctly, this tried and tested method trains the cardiovascular system and therefore the abdominal capacity (aerobic capacity: ability of the organism to provide the energy required for muscle work using oxygen). The incompleteness in the recovery phase is important because the entire changeover does not have to be carried out with the stress of the anaerobic initial phase (anaerobic: oxygen-independent energy supply).
Exercise phase: 75% of the maximum speed (at least 2 minutes) Rest phase: step, until pulse on step pulse +15 (+5) Exercise phase: 75etc of the maximum speed (at least 2 minutes).
As soon as the recovery time in the resting phase is noticeably longer, you stop the training. With increasing physical condition, the rest phase becomes shorter and the intensity can be increased.
In practice, it is undisputed that first the amount of training and then the intensity has to be increased. This also corresponds to the idea that <volume training and only later pressure on the heart should be trained, because a too thick heart muscle can no longer be stretched sufficiently. With a pulse rate of 150 to 160 beats per minute, the stroke volume of the heart is maximum, the pressure load is submaximal. In order to achieve the maximum stimulus to enlarge the ventricles, this frequency should not be exceeded in basic training in young horses.
Example 3
Repeat training of the horse
In contrast to interval training, repetition training is training with complete recovery. Above all, anaerobic endurance, stamina, maximum strength, speed and speed are promoted. The shorter and more intensive the individual loads are selected, the more they only address the anaerobic metabolic area (area in the oxygen debt). A slightly rising gallop track is very suitable for this work.
Stress phase: 80 to 90% of the maximum
Speed resting phase: step and complete recovery up to the original step pulse loading phase: 80 to 90% of the maximum
Speed.
Here, too, the increasing duration of the recovery phase shows the extent of the workload. This training must be carried out with empathy and understanding so that the psyche of the horse remains strong. With any type of work, it must be ensured that the horses gallop the workload with joy and without any pressure.
Example 4
Mountain trot
The mountain trot serves to promote maximum strength, as well as aerobic and anaerobic capacity. The pulse rate remains constant during trotting up to the mouth.
The appearance of the muzzle and the recovery time in turn give indications of the current form.
Example 5
Continuous performance training of the horse
Endurance is the ability to endure a certain load without significant fatigue and without loss of performance. To promote general endurance, training is also done over long distances. The intensity should not lead significantly out of the aero area (enough oxygen).
This means that a lactic acid concentration in the blood (which increases with oxygen debt) does not exceed 4 mmol / liter. Blood samples taken by the veterinarian during the condition test (example 1) between the third and fifth minutes of the respective rest phase give values that can be brought into relation to the heartbeat frequency.
The optimal training pulse rate can be deduced from a simple curve recording and evaluation (FIG. 3). This test is taken at the beginning of the training period and only has to be confirmed by a control measurement every third week. With the theoretical training pulse, 4 mmol / liter lactic acid appear in the blood, which corresponds to an optimal load. This frequency can now also be used as an upper limit for repetition training (see example 3).
The condition test resulted in the following values, measured on the weight of a 520-year-old mare who was to be trained for an M-Military test. The test was carried out at an air temperature of 220 C and a humidity of 62% on a sand track:
Table 11
Effective steady state recovery time
Pace in minutes
Meters / minute
1st load 420 154 3 2nd load 508 165 4 3rd load 620 178 7
The lactate values in mmol / liter (capillary blood) were: resting value: 1.1 after the 1st load 1.4 after the 2nd load 3.0 after the 3rd load 11.8
The two curves in FIG. 3 were recorded from this lactate value on the one hand and the steady state pure values on the other hand.
The optimal lactate value of 4 mmol / liter corresponds to an optimal heartbeat frequency of 167, which was set as a limit on the measuring device.
From Fig. 3 it can also be seen that the horse is in fairly good condition; the better the condition, the more the lactate curve is shifted to the right and the heartbeat rate line is shifted downwards. On the basis of the available values, it can be predicted that the horse Gää with repetition training twice a week (load: at least 3 minutes at heart rate 167; rest phase: complete recovery up to step heart rate) and once per week mountain trot the requirements of an M- Military exam in 3 weeks will be enough.
The above examples demonstrate the use of the present invention in training horses. Corresponding condition tests and training plans can of course also be carried out with humans and with other animal species under the precise monitoring of the heartbeat frequency with the arrangement according to the invention.
The scope of protection of this patent is limited by Art. 2 let. b PatG.