Erkennung von während des Trainings auftretenden ekto­pen Vorhof‑ und Ventrikel­schlägen durch nichtlineare Analyse klinisch normaler Rennpferd‑Elektrokardiogramme in Ruhe oder bei geringer Belastung

Warum die Herzschläge von Rennpferden wichtig sind

Spitzensportpferde beanspruchen ihr Herz extrem, und einige entwickeln bei intensiver Belastung gefährliche Rhythmusstörungen. Diese unregelmäßigen Schläge können die Leistung mindern und in seltenen Fällen zu plötzlichem Tod auf der Rennbahn beitragen. Warnsignale frühzeitig zu erfassen erfordert meist aufwändige Herzaufzeichnungen während intensiver Trainingsphasen. Diese Studie prüft eine einfachere Idee: Verbergen sich in kurzen, unauffälligen Elektrokardiogrammen (EKGs), die in Ruhe oder bei geringer Belastung aufgezeichnet wurden, subtile Muster, die vorhersagen, welche Pferde später bei hoher Geschwindigkeit ektope Schläge entwickeln?

Verborgene Hinweise in normalen Herzkurven

Die Forschenden konzentrierten sich auf „ektopische“ Schläge — zusätzliche oder fehlplatzierte Impulse, die während der Belastung aus den Vorhöfen (obere Kammern) oder den Ventrikeln (untere Kammern) des Herzens stammen. Solche Ereignisse sind bei ansonsten gesunden Rennpferden häufig und können harmlos sein, die Leistung leicht beeinträchtigen oder im schlimmsten Fall zu belastungsassoziiertem plötzlichem Tod beitragen. Veterinäre erkennen sie traditionell mithilfe von EKGs, die während schneller Arbeit aufgezeichnet werden; diese Aufnahmen sind technisch anspruchsvoll, voller Bewegungsartefakte und erfordern fachkundige Auswertung. Dagegen sind EKGs in Ruhe oder bei niedriger Geschwindigkeit leicht zu gewinnen und zu lesen. Die zentrale Frage war, ob scheinbar normale, niedrig belastete EKGs schwache Signaturen enthalten, die auf ein Herz hinweisen, das später im gleichen Training zu ektopen Schlägen neigt.

Das Maß für die Unordnung im Schlag

Statt nach optisch erkennbaren Auffälligkeiten zu suchen, nutzte das Team mathematische Werkzeuge, die messen, wie „unordentlich“ oder komplex ein EKG‑Signal ist. Diese nichtlinearen Methoden — als Komplexitäts‑ und Entropie‑Schätzer bekannt — behandeln das EKG wie eine Zeichenfolge und fragen, wie viele verschiedene Muster nötig sind, um es zu beschreiben. Ein komplizierteres Muster ergibt höhere Komplexität; ein repetitiveres, einheitlicheres Muster niedrigere Komplexität. An 110 Rennpferden (Thoroughbred und Standardbred) in aktivem Training zeichneten die Forschenden ambulante EKGs vor, während und nach Routine‑Trainingseinheiten auf. Aus diesen Aufnahmen extrahierten sie automatisch 60‑sekündige Abschnitte mit sauberem, stabilem Normalrhythmus bei Herzfrequenzen zwischen 20 und 120 Schlägen pro Minute und wandelten die Wellenformen in symbolische Zeichenfolgen um, basierend auf Schlüsselpunkten jedes Schlages wie dem Hauptspike und der Erholungswelle.

Den optimalen Bereich für Herzfrequenz und Methode finden

Die Untersuchenden testeten systematisch viele Kombinationen von Signalvorverarbeitung, Komplexitäts‑Schätzern und Herzfrequenzbereichen, um zu sehen, welche Konfigurationen Pferde, die später während intensiver Belastung ektope Schläge zeigten (Fälle), am besten von solchen traten, die dies nicht taten (Kontrollen), trennten. Sie fanden heraus, dass die Leistung stark von der Herzfrequenz und davon abhing, welche ECG‑Anteile hervorgehoben wurden. Die nützlichsten Informationen stammten aus EKGs bei moderaten, „submaximalen“ Herzfrequenzen zwischen 60 und 100 Schlägen pro Minute — vergleichbar mit Schritt oder leichten Trab. In diesem Bereich schnitten Methoden auf Basis der Lempel–Ziv ’76‑ und Titchener‑Komplexität deutlich besser ab als andere Entropie‑Maße. Merkmale, die mit dem Ende der Hauptkontraktionswelle (QRS‑Komplex) und der Erholungswelle (T‑Welle) verknüpft sind, lieferten besonders viele Informationen; das deutet darauf hin, dass die Art, wie sich das Herz zwischen den Schlägen zurücksetzt, wichtige Hinweise auf die Anfälligkeit für belastungsbedingte Rhythmusstörungen enthält.

Wie gut der Ansatz funktionierte

Mit einer der besten Kombinationen — Lempel–Ziv ’76‑Komplexität berechnet aus an den R‑Spitzen sowie an den Enden der S‑ und T‑Wellen markierten Signalen in EKGs zwischen 60 und 100 Schlägen pro Minute — erreichte die Methode eine Fläche unter der ROC‑Kurve (AUC) von 0,86. Praktisch bedeutete das eine Sensitivität von rund 86 Prozent (wenige gefährdete Pferde wurden übersehen) und eine Spezifität von rund 83 Prozent (die meisten risikoarmen Pferde wurden korrekt identifiziert). Bemerkenswert war der negative prädiktive Wert von etwa 98 Prozent: Wenn der Test ein Pferd als niedriges Risiko einstufte, war es sehr unwahrscheinlich, dass es bei Belastung ektope Schläge zeigte. Der positive prädiktive Wert war hingegen mäßig, etwa 40 Prozent: Viele als potenziell gefährdet markierte Pferde würden tatsächlich keine problematischen ektopen Schläge entwickeln, weshalb die Methode eher als Screening‑Werkzeug denn als alleinige Diagnose geeignet ist.

Was das für Pferde und darüber hinaus bedeutet

Insgesamt zeigt die Studie, dass sich durch Analyse der feinen Unordnung in kurzen, sauberen EKG‑Abschnitten, die bei angenehmen Gangarten aufgenommen wurden, die meisten Pferde, die wahrscheinlich keine belastungsbezogenen ektopen Schläge entwickeln, zuverlässig ausschließen lassen, während eine kleinere Gruppe für intensivere Überwachung bei hoher Geschwindigkeit ausgewählt werden kann. Das könnte den Bedarf an technisch anspruchsvollen Tests verringern und zugleich die Sicherheit und Leistungsüberwachung verbessern. Die Ergebnisse ergänzen frühere Arbeiten derselben Gruppe zu einem anderen Rhythmusproblem, der paroxysmalen Vorhofflimmern, und deuten auf breitere Anwendungsmöglichkeiten hin: Ähnliche nichtlineare Analysen könnten frühe kardiovaskuläre Veränderungen auch bei menschlichen Athleten anzeigen, insbesondere in Kombination mit modernen Methoden der künstlichen Intelligenz.

Zitation: Alexeenko, V., Tavanaeimanesh, H., Stein, F. et al. Detection of exercising ectopic atrial and ventricular beats using non-linear analysis of clinically normal racehorse electrocardiograms at rest or low-intensity exercise. Sci Rep 16, 13357 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41281-0

Schlüsselwörter: Arrhythmie beim Rennpferd, pferde‑EKG, Herzrhythmus‑Screening, Signalkomplexität, plötzlicher Herztod