Listen to the article iThis is an audio narration of the article, made using Generative AI technology. Please note that occasional mispronunciations may occur.

Es mag vielleicht so aussehen, als würdest du gerade nicht viel tun, während du diesen Satz liest, doch deine Augen folgen den Wörtern, deine Haut erzeugt elektrischen Strom, dein Herz schlägt, und man kann wohl davon ausgehen, dass du auch atmest. Hoffen wir es zumindest.

Dieser Vorgang verläuft so instinktiv, dass wir nicht bewusst darüber nachdenken. Und doch kann jeder einzelne davon ein neues Verständnis unseres Verhaltens ermöglichen. Unsere Atmung – gemessen an der Atemfrequenz – ist ein oft übersehenes Biosignal, das ein tiefes Verständnis emotionaler und physiologischer Erregung vermitteln kann.

Im Folgenden werden wir uns mit den Mechanismen befassen, die der Atmung zugrunde liegen, wie sie gemessen werden kann und welche Rückschlüsse sie auf das menschliche Verhalten zulässt.

Was ist Atmung?

Wenn wir atmen, strömt Luft in die Lunge, wo Sauerstoff vom Blut aufgenommen wird. Dieser Sauerstoff wird im Wesentlichen dazu verwendet, Nährstoffe (durch den Prozess der Oxidation) in Energie umzuwandeln, die von unseren Zellen genutzt werden kann.

Während wir einatmen, lassen die Lungen das Kohlendioxid in unserem Blut nach außen diffundieren, das dann beim Ausatmen aus dem Körper ausgeschieden wird. Dieser gesamte Vorgang wird als Atmung bezeichnet und oft als Atemfrequenz erfasst.

Die Atemfrequenz lässt sich im Allgemeinen als die Anzahl der Atemzüge pro Minute verstehen. Dies ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit, Daten von einer atmenden Person zu erfassen – auch die Schwankungen der Atemfrequenz über einen bestimmten Zeitraum hinweg und sogar die Anzahl der Seufzer können Aufschluss über unseren kognitiven, emotionalen und physiologischen Zustand geben.

Messung der Atemfrequenz

Früher wurde die Atemfrequenz manuell gemessen. Wenn sich der Proband oder Patient in Ruhe befand, zählte der Forscher oder Arzt die Anzahl der Atemzüge pro Minute.

Spätere Studien haben gezeigt, dass dieser Ansatz gewisse Mängel aufweist – es wurde eine große Fehlerquote festgestellt, da verschiedene Personen eine unterschiedliche Anzahl von Atemzügen wahrnahmen. Glücklicherweise stehen mittlerweile verschiedene Geräte zur Messung der Atemfrequenz zur Verfügung.

Beatmungsgeräte

Diese Geräte messen die Kraft der Brustbewegungen während der Atmung mithilfe verschiedener Methoden. Viele davon erfordern die Verwendung eines Messgurts und eines Verstärkers.

Der Gurt wird vom Teilnehmer getragen und reagiert auf jede Veränderung des Brust- (zwischen Hals und Bauch) oder Bauchumfangs. Achten Sie bei der Verwendung eines Gurtes darauf, dass dieser eng am Körper anliegt. Außerdem ist es hilfreich, während der Messung der Atemfrequenz des Probanden so wenig Bewegung wie möglich zu haben, da zu viel Bewegung zu Störsignalen in den Daten führen kann.

Sollten Sie Rauschen in den Daten feststellen, ist es hilfreich zu unterscheiden, ob dieses physiologischer Natur ist oder auf Bewegungen des Teilnehmers zurückzuführen ist. Der Einsatz einer Software mit Echtzeitfunktion kann dabei helfen. Wenn Sie beispielsweise eine Anomalie feststellen, gleichzeitig aber beobachten, dass sich der Teilnehmer auf seinem Stuhl umdreht, wissen Sie, dass Sie ungewöhnliche Datenausgaben ignorieren können.

Bei manchen Geräten gibt es je nach Forschungsbedarf unterschiedliche Verstärkungseinstellungen. Es ist hilfreich, wenn diese verschiedenen Einstellungen verfügbar sind; achten Sie daher bei der Produktauswahl darauf.

Eine physiologische Studie, die sich beispielsweise mit den Auswirkungen eines bestimmten Trainingsprogramms befasst, stellt ganz andere Anforderungen als eine Marktforschungsstudie, bei der die Teilnehmer einen sitzenden Lebensstil führen. Der Verstärker stabilisiert das vom Wandler empfangene Signal und sorgt dafür, dass es sauber und zentriert ist.

Normale Atemfrequenzen

Um Atemdaten zu interpretieren, ist es hilfreich, sie mit Referenzwerten zu vergleichen. Bei einem Erwachsenen in Ruhe liegt die Atemfrequenz zwischen 12 und 20 Atemzügen pro Minute. Bei maximaler Anstrengung erreicht die Atemfrequenz in der Regel 50 Atemzüge pro Minute. Bei Sportlern kann die maximale Atemfrequenz bis zu 60 Atemzüge pro Minute betragen.

Bei Kindern ist die Atemfrequenz höher und nimmt bis zum 18. Lebensjahr kontinuierlich ab. Der stärkste Rückgang erfolgt in den ersten beiden Lebensjahren, in denen die Atemfrequenz von einem Medianwert von 44 Atemzügen pro Minute auf 26 Atemzüge pro Minute im Alter von zwei Jahren sinkt. Laut CDC zeigt die folgende Grafik die Atemfrequenz eines Kindes im Verlauf seiner Entwicklung.

Alter	Atemfrequenz (pro Minute)
1 Monat	40–60
6 Monate	25–40
1–3 Jahre	22–30
4–6 Jahre	20–24
7–9 Jahre	18–24
10–13 Jahre	16–22
14–18 Jahre	14–22
>18 Jahre	12–20

Normale Atemfrequenzen

Was sagt uns die Atmung?

Es hat sich gezeigt, dass die Schwankungen der Atemfrequenz bei anhaltender Konzentration abnehmen – das heißt, unsere Atemfrequenz wird gleichmäßiger, wenn wir uns auf eine Aufgabe konzentrieren. Dies weist Ähnlichkeiten mit den Verhaltenskorrelaten der Herzfrequenzvariabilität auf (da diese Prozesse im Wesentlichen vom selben System gesteuert werden, ist dies nicht allzu überraschend).

Eine erhöhte Variabilität der Atemfrequenz wurde zudem mit negativen Emotionen in Verbindung gebracht, während bei Angstreaktionen das Gegenteil festgestellt wurde. Dies verdeutlicht eine der Möglichkeiten, wie die Atmung mit emotionalen Reaktionen zusammenhängen kann.

Die Atmung kann auch dazu dienen, Aufschluss über die „Seufzfrequenz“ der Teilnehmer zu geben. Dieser Wert ist genau das, was man vermuten würde – Daten zur Anzahl der Seufzer. Das Seufzen gilt als Mittel, um sowohl die Atmung als auch die Emotionen wieder ins Gleichgewicht zu bringen – und damit ein Gefühl der Erleichterung zu erzeugen.

Zusammen dienen diese Maßnahmen auch dazu, das Ausmaß der kognitiven Belastung einer Person zu erfassen – Daten, die im Bereich der Ergonomie von entscheidender Bedeutung sein können.

Versuchsaufbau

Atmungssensoren sind vielseitig einsetzbar und können sowohl innerhalb als auch außerhalb des Labors verwendet werden. Sie sollten jedoch bedenken, wie sich Ihr Studiendesign auf Ihre Daten auswirken kann.

Anbringung des Sensors

Wenn Sie sich für den Kauf eines Atemgurts entscheiden, müssen Sie überlegen, wo Sie ihn anlegen möchten. Ein Atemgurt wird in der Regel um den Brustkorb gelegt, um die Brustbewegungen einer Person während der Atmung zu überwachen und zu messen. Mit einem solchen Gurt lassen sich sowohl die Atemfrequenz und das Atemmuster überwachen als auch die Anstrengung und die Tiefe der Atmung beurteilen.

Alternativ kann ein Atemgurt um den Bauch gelegt werden, um die Bauchatmung zu überwachen; dies wird häufig in bestimmten klinischen oder Forschungsumgebungen zur Beurteilung von Atemmuster oder zu Biofeedback-Zwecken eingesetzt.

Die Entscheidung, ob der Gurt um die Brust oder um den Bauch gelegt wird, hängt von den jeweiligen Zielen der Überwachung oder Messung sowie vom jeweiligen Anwendungskontext ab. Sowohl Brust- als auch Bauchgurte haben ihre jeweiligen Anwendungsbereiche, und die Wahl sollte sich nach den konkreten Erfordernissen der jeweiligen Situation richten.

Sprechen während der Atemmessung

In den meisten Fällen ist es am besten, das Sprechen während der Atemaufzeichnung auf ein Minimum zu beschränken, um genaue und konsistente Daten zu gewährleisten. Sprechen kann zu Schwankungen und Artefakten in den aufgezeichneten Atemmuster führen, was die Analyse und Interpretation der Daten erschwert. Es kann jedoch Situationen geben, in denen Sprechen während einer Atemaufzeichnung notwendig oder unvermeidbar ist. In diesen Fällen ist es sinnvoll, über eine Möglichkeit zu verfügen, Sprachereignisse zu erkennen, beispielsweise durch Aufzeichnung der Stimme, und dann die mit dem Sprechen überlappenden Atemperioden auszuschließen oder alternativ separat zu analysieren.

Stehen vs. Sitzen

Die Erfassung von Atemsignalen im Sitzen oder Stehen kann aufgrund des Einflusses der Körperhaltung auf die Atemmechanik zu leicht abweichenden Daten führen. Die veränderte Körperhaltung kann sich zudem auf die Position des Sensors und damit auf die endgültige Datenausgabe auswirken.

Hier sind einige wichtige Unterschiede, die bei der Erfassung von Atemsignalen in diesen Positionen zu beachten sind:

Einsatz des Zwerchfells: Im Sitzen wird das Zwerchfell oft stärker beansprucht als im Stehen. Dies kann sich auf die Tiefe und das Muster der Atmung auswirken. Im Stehen muss das Zwerchfell unter Umständen etwas stärker arbeiten, um die Atmung zu unterstützen.

Brustkorbausdehnung: Im Sitzen kann sich der Brustkorb anders ausdehnen als im Stehen, was sich auf die Bewegungen der Brustwand während der Atmung auswirken kann. Diese Abweichung in der Brustkorbausdehnung kann das Atemsignal beeinflussen.

Haltungsänderungen: Stehen und Sitzen erfordern unterschiedliche Haltungsänderungen des Körpers, die sich auf die Ausrichtung des Brustkorbs und des Zwerchfells auswirken können. Diese Haltungsunterschiede können beeinflussen, wie Luft in die Lungen ein- und ausströmt.

Bewegungsartefakte: Im Stehen ist der Körper in der Regel stärker in Bewegung als im Sitzen, sodass die Erfassung von Atemsignalen im Stehen zu mehr Bewegungsartefakten in den Daten führen kann, was die Analyse erschweren kann.

Komfort und Entspannung: Manche Menschen fühlen sich in einer bestimmten Position wohler und entspannter als in einer anderen, was sich auf ihre Atemmuster auswirken kann. Dieser Komfortfaktor kann die erfassten Atemdaten beeinflussen.

In der Forschung oder im klinischen Umfeld ist es unerlässlich, die spezifischen Ziele der Erfassung von Atemsignalen zu berücksichtigen und die für die Studie oder Untersuchung am besten geeignete Position zu wählen. In manchen Fällen erfassen Forscher Daten sowohl im Sitzen als auch im Stehen, um diesen Unterschieden Rechnung zu tragen und ein umfassenderes Verständnis der Atemmuster einer Person zu erlangen. Die Wahl der Position sollte auf die jeweilige Forschungsfrage oder klinische Untersuchung abgestimmt sein, und der endgültigen Entscheidung sollten Vorversuche vorausgehen.

Fazit

Wenn Sie das einfache Konzept des Atmens in Ihre Forschung einbeziehen, können Sie wertvolle Einblicke in emotionale und psychologische Prozesse gewinnen. Stress und emotionale Erregung stehen beide in Zusammenhang mit der Atemfrequenz; die Untersuchung dieses Faktors eröffnet Ihnen daher eine neue Perspektive – für die Forschung ist das sozusagen ein Hauch frischer Luft.

Sind Sie bereit, die Atmung in Ihre Forschung einzubeziehen? Dann sehen Sie sich unser Softwaremodul zur Atmung an.