Bevor wir uns aber anschauen, welche Kennzahlen einer Smartwatch daraus ablesbar sind, schauen wir uns an, wie der Puls am Handgelenk überhaupt gemessen wird.

Inhalt: 

1. Pulsmessung am Handgelenk durch PPG
2. Elektrokardiographie (EKG) zur Herzfrequenzmessung
3. Puls
4. Herzfrequenz
5. Sauerstoffsättigung
6. Herzratenvariabilität (HRV)
7. Fatigue Score, Training Readiness, Body Battery etc…

Alles fängt beim Puls an.

Um zu verstehen, was die Vor – und Nachteile dieser Technik sind, ist es erstmal nötig zu wissen, wie genau sie funktioniert.

Wie funktioniert ein PPG?

Alles dreht sich um die Einstrahlung und Reflektion von Licht: Ein PPG-Messgerät besteht meist aus einer oder mehr Lichtdioden, die Lichtstrahlen in verschiedenen Wellenlängen, meist im grünen und roten Bereich, emittieren und in unsere Haut einstrahlen. Neben einer oder mehrerer Dioden besteht ein PPG-Messgerät auch immer aus einer oder mehr Sensoren, die misst wieviel Licht zurückgestrahlt wird.

Da unser Blut Licht aufnimmt, wird je nach Blutdurchfluss mehr oder weniger Licht wieder reflektiert und somit ein Puls messbar: Fließt mehr Blut, wird dadurch weniger Licht zurückgestrahlt und vice versa.

Ein PPG misst den Puls als Blutfluss, ein EKG die elektrische Kontraktion des Herzmuskels.

Nachteile der PPG Messung

Wer schon einmal im Krankenhaus besagten Pulsmesser am Finger ein paar Sekunden ruckartig bewegt hat, wird schnell festgestellt haben, wie der Puls sofort in die Höhe schießt. Wenn es schlecht läuft, steigt durch ein paar Bewegungen des Zeigefingers nicht nur der Puls, sondern sinkt in ebenso flottem Tempo die Sauerstoffsättigung. Und genau das ist das Problem der PPG-Messung: Die Methode ist sehr anfällig für sogenannte Bewegungsartefakte, also durch Bewegungen des Sensors auf der Haut fälschlicherweise als Pulsschlag aufgezeichnete Signale. Bewegt sich das Messgerät auf der Haut, verändert sich dadurch natürlich die Menge an eingestrahltem und reflektiertem Licht, was oftmals als ausbleibender oder noch häufiger als zusätzlicher Pulsschlag gemessen wird.

Ein PPG Sensor ist um ein weites anfälliger für durch Bewegung ausgelöste Falschmessungen als ein EKG Messgerät.

Foto: Amazfit

Ein weiterer Nachteil, der zu einem Aufschrei in der Wearable Industrie führte, ist die Messgenauigkeit bei unterschiedlichen Hauttönen. Verschiedene Wellenlängen des Lichtspektrums dringen bei unterschiedlichen Hauttönen tiefer oder weniger tief ein und führen so zu genaueren oder ungenaueren Pulsmessungen. Ähnlich verhält es sich mit der Pulsmessung im Wasser. Licht bricht in Wasser immer in einem gewissen Winkel, und somit führt Wasser zwischen Haut und Sensor auch oftmals zu Falschmessungen der PPG-Messgeräte.

Inzwischen sind es aber besondere Bewegungsmuster wie Erschütterungen durch Laufen, die von besagten Algorithmen sehr zuverlässig erkannt und ausgebessert werden. Auch bei unregelmäßigeren Erschütterungen, wie zum Beispiel beim Wandern, wenn man während 2 Stunden ruhigen Gehens plötzlich über einen größeren Absatz springt, werden von den Algorithmen als Ausschlag erkannt und somit nicht in der Messung als Puls registriert.

Insgesamt kann man also ruhigen Gewissens davon ausgehen, dass die PPG-Messung am Handgelenk innerhalb eines Gewissen Toleranzbereichs den Puls auch bei sportlichen Aktivitäten sehr zuverlässig aufzeichnet. Dazu gibt es etliche Validierungsstudien – und Videos, die PPG-Messgeräte mit dem Goldstandard, also EKG’s vergleichen. So findet man für fast jede Sportuhr und Smartwatch Vergleichsvideos, in dem die Pulsmessung besagter Uhr mit einem EKG verglichen werden. Aber, was ist ein EKG nochmal genau?

Alternative zum PPG: Elektrokardiographie (EKG) zur Herzfrequenzmessung

Das Herz ist ein Muskel, und auch wenn das Gewebe des Herzmuskels ein anderes ist als das unserer Skelettmuskulatur, ist auch beim wichtigsten Muskel unseres Körpers ein elektrisches Signal bei jeder Kontraktion messbar. Und genau das misst ein Elektrokardiogramm (kurz EKG) – die elektrischen Impulse die vom Herzen bei jeder Kontraktion ausgehen. Dadurch ist die Elektrokardiographie die genaueste Methode, den Herzschlag zu messen.

Ihr kennt Elektrokardiogramme aus Krankenhäusern, wenn euch mehrere Saugnäpfe oder verkabelte Pflaster an die Brust geklebt werden, um euren Puls zu messen. Eine weitere Anwendung von Elektrokardiogrammen sind Brustgurte. Diese Brustgurte machen nichts anderes als die verkabelten Pflaster im Krankenhaus – sie messen die elektrischen Schläge, die euer Herz ausgibt.

Foto: Amazfit

EKG vs. PPG: Was ist genauer? Fazit

Einigen Sportler:innen ist ein PPG einer Smartwatch im Alltag und beim Sport nicht genau genug. Für diese Nutzer:innen sind dann doch die Brustgurte eine gute Alternative, da sie äußerst präzise Herzfrequenzdaten liefern, auch wenn so ein Brustgurt vielleicht etwas unpraktischer ist. Und der Brustgurt kann oft mit einer Smartwatch gekoppelt werden, sodass die Daten gleich verfolgt werden können.

Abschließend lässt sich sagen, dass die heutigen PPG-Sensoren eine bequeme Möglichkeit bieten, die Herzfrequenz im Alltag und beim Sport zu überwachen. Allerdings bieten Langzeit-EKGs im klinischen Umfeld eine weitaus genauere Messung der elektrischen Aktivitäten des Herzens und sind daher in der medizinischen Diagnostik unverzichtbar. Diese Präzision ist entscheidend, um Herzrhythmusstörungen und andere kardiologische Probleme zu erkennen.

Foto: Amazfit

Kennzahlen einer Smartwatch im Alltag

Aber was können Smartwatches noch alles messen und was bedeuten die jeweiligen Kennzahlen? Neben dem Puls sagen weitere Messwerte extrem viel über die Gesundheit einer Person aus. Zu diesen gehören die Sauerstoffsättigung und die sogenannte Herzratenvariabilität, kurz HRV – aber eins nach dem anderen:

Der Puls

Aus dem Puls selbst lassen sich mehrere Kennzahlen und Indikationen ableiten: Was oftmals als Puls abgekürzt wird, ist dabei eigentlich die Herzfrequenz, also die Anzahl an Herzschlägen pro Minute.

Bildschirm Amazfit

Bildschirm Amazfit

Der Ruhepuls

Ein weiterer Richtwert ist der sogenannte Ruhepuls. Dieser misst – wie schon der Name sagt – die Herzfrequenz bei absoluter Ruhe und wird von Smartwatches meist automatisch direkt nach dem Aufstehen gemessen. Ein erhöhter Ruhepuls kann sowohl ein Indikator für Stress als auch für schlechten Schlaf sein. Ein sehr niedriger Ruhepuls wiederum spricht nicht automatisch für extrem gute Ausdauer oder Fitness, wird der Ruhepuls jedoch mit der Zeit niedriger kann das ein Zeichen dafür sein, dass sich die Ausdauer verbessert hat.

Die Rückkehr zum Ruhepuls kann eine weitere Indikation für gute Fitness sein. Vergleicht man Profisportler mit Alltagssportlern, wird man feststellen, dass bei einem Belastungstest professionelle Triathleten oder Ausdauersportler nicht nur einen höheren Maximalpuls haben, sondern auch um einiges schneller zu ihrem Ruhepuls zurückkehren als Hobbysportler. Smartwatches nehmen diese “Time to Baseline” oftmals her, um den Trainingsfortschritt zu messen.

Die Sauerstoffsättigung

Die Sauerstoffsättigung gibt, wie der Name schon sagt, an, wieviel Sauerstoff die Eiweißverbindung Hämoglobin im Körper transportiert. Bei gesunden Menschen sind Werte zwischen 90-99% normal, bei Asthma oder anderen chronischen Lungenerkrankungen können auch geringere Werte auftreten. Eine flache, falsche oder verringerte Atmung, wie zum Beispiel bei Stress, kann ebenfalls zu geringeren Werten führen. So können Smartwatches oftmals durch die Sauerstoffsättigung alarmiert werden und durch angeleitete Meditationen oder Atemübungen Stress messbar entgegenwirken. Weitere Gründe für eine geringe Sauerstoffsättigung im Blut können Kreislaufstörungen oder ein geringer Sauerstoffgehalt in der Umgebungsluft wie zum Beispiel im Hochgebirge sein.

Eine niedrige Herzratenvariabilität lässt auf ein hohes Stresslevel schließen und vice versa

Die ableitbaren Indikationen der Herzratenvariabilität sind enorm. So kann, in einem sportlichen Kontext, zum Beispiel das vieldiskutierte Phänomen des Übertrainings frühzeitig erkannt werden, ebenso Stress, schlechter Schlaf, falsche Ernährung und viele weitere Faktoren.

Fatigue Score, Training Readiness, Body Battery etc…

Die einzelnen Hersteller von Sportuhren und Smartwatches und deren Marketingabteilungen haben sich inzwischen etwas nutzerfreundlichere Namen einfallen lassen, in denen sie die beschriebenen Kennzahlen in Summe auswerten. Letztlich sind es jedoch Kennzahlen wie der Ruhepuls und die Herzratenvariabilität, die mithilfe cleverer Algorithmen einfach verständliche Indikatoren wie das Stresslevel und den allgemeinen Gesundheitszustand an die Nutzer weitergibt.

Aber egal ob Training Readiness, Body Battery oder Fatigue Score, ihr habt jetzt das technische Verständnis an der Hand, um zu erkennen, was hinter diesen Zahlen steckt und wie diese gemessen werden. Und denkt immer dran: Das Herz ist der wichtigste Muskel des Körpers, denn alles fängt beim Puls an.