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Wie genau ist die optische Herzfrequenzmessung?

Optischer Herzfrequenzmesser beim Garmin Forerunner 235.

Es wurde in unseren Testberichten und der Kaufberatung bereits viel gesagt und noch mehr über die optische Herzfrequenzmessung geschrieben. Da uns aber regelmäßig Fragen zu diesem Thema erreichen und dieses Thema auch in den Erfahrungsberichten zu Produkten immer heiß diskutiert wird, haben wir uns dazu entschlossen diesen Ratgeber zu verfassen. Denn auf der einen Seite gibt es Menschen, die von der Technik restlos begeistert sind und sie als richtige Revolution im Bereich der Sportelektronik feiern. Auf der anderen Seite gibt es Menschen, die diese Technologie aufgrund der fehlenden Präzision und Zuverlässigkeit so richtig verteufeln. Was steckt aber nun genau hinter den vielen Meinungen und Gerüchten? Wir haben zur optischen Herzfrequenzmessung viel recherchiert und zeigen Dir im nachfolgenden Beitrag, wie diese Technik im Detail funktioniert und wie präzise sie denn wirklich ist.

Die optische Herzfrequenzmessung ist keineswegs ein neues oder gar revolutionäres Messverfahren. Bereits 1935 wurde das Prinzip dazu zum ersten Mal beschrieben und im Jahr 1972 von dem japanischen Bioingenieur Takuo Aoyagi konsequent zu einer praktischen Verwendung weiterentwickelt. In Deutschland wurde die optische Herzfrequenzmessung unter der etwas sperrigen Bezeichnung „Photoplethysmographie“ bereits im Jahr 1976 zum ersten Mal verwendet. Somit hatte man in der Medizin bereits genügend Zeit, um Erfahrungen mit der optisch elektronischen Pulsmessung, die auch als Pulsoxymetrie bezeichnet wird, zu sammeln. Da das optische Messverfahren immer noch verwendet wird, scheint es durchaus präzise und zuverlässig zu sein. Bevor wir uns dem Thema Genauigkeit widmen, wollen wir aber zuerst noch eine andere wichtige Frage klären.

Wie funktioniert eine optische Herzfrequenzmessung im Detail?

Bei der Photoplethysmographie wird ganz vereinfacht ausgedrückt das sich ständig verändernde Volumen des Blutes in den Arterien genau gemessen. Während einer Systole (Blut-Ausströmungsphase des Herzens), wenn Blut in den Körper gepumpt wird, ist das Blutvolumen größer als bei der Diastole (Blut-Einströmungsphase). Während der Blut-Ausströmungsphase wird das stark mit Sauerstoff angereicherte Blut in den Körper transportiert. Über das Protein Hämoglobin wird der Sauerstoff im Blut gebunden und anschließend weitergeleitet. Bei der Blut-Einströmungsphase ist das Protein nicht mit Sauerstoff angereichert. Je nachdem, ob das Protein besetzt ist oder auch nicht, verändert sich die Lichtabsorption. Aus dem Rhythmus der Systole und der Diastole und dem sich verändernden Volumen lässt sich über das optische Messverfahren die Frequenz des Herzens ableiten. Bei den Pulsuhren und Fitnesstrackern befinden sich auf den Rückseiten der Gehäuse mindestens 2 LED-Lampen sowie ein optischer Sensor. Das LED-Licht durchdringt die menschliche Haut und die Blutgefäße. Je nach Volumen wird das LED-Licht entweder reflektiert oder absorbiert. Der optische Sensor kann das reflektierende Licht messen und dadurch den aktuellen Puls ermitteln.

Die Funktionsweise im Detail. Quelle: https://www.linkedin.com/pulse/wristband-heart-rate-really-accurate-addidas-basis-peak-jennie-wang

Unsere Erfahrungen: besser als der Ruf

Wie oben detailliert erklärt handelt es sich bei der optischen Herzfrequenzmessung um ein medizinisches Verfahren und dieses liefert zuverlässige und präzise Daten. Nun müsste man doch vermuten, dass Fitness-Armbänder, Fitness-Tracker und Sportuhren ebenfalls sehr genau arbeiten. Leider zeigen unsere Testergebnisse und zahlreiche Erfahrungsberichte teilweise genau das Gegenteil. Warum dies so ist und was für Gründe es für die unterschiedlichen Messergebnisse gibt, erklären wir gleich.

Unsere Erfahrungen zeigen, dass die optische Herzfrequenzmessung immer mehr Fortschritte macht, aber eben noch recht störanfällig ist. Im Alltag und bei leichtem bis mittelmäßig intensivem Lauftraining sind die Ergebnisse der Messungen am Handgelenk schon ziemlich gut und genau. Beim Training wird wird allerdings bei so gut wie allen Modellen eine Anlaufzeit von bis zu 5 Minuten gebraucht, bis die Sensoren richtig messen. Um so intensiver das Training und die Armbewegungen werden, um so schlechter werden auch die Ergebnisse bzw. brauchen die Sensoren eine längere Zeit um einen korrekten Wert zu ermitteln. Unserer Meinung nach sind die Ergebnisse der Messungen für Self-Tracker und (ambitionierte) Hobby-Sportler aber durchaus ausreichend und stellen gute Richtwerte zur Orientierung bei leichten Trainings dar.

Der optische Herzfrequenzsensor des Garmin Vivosmart HR im Test (Lauftraining). Blaue Linie = Polar Brustgurt / Rote Linie = Herzfrequenzmessung Vivosmart HR

Echte Totalausfälle bei den Messungen und Messergebnissen gibt es unserer Erfahrung nach aber nicht mehr. Wer es aber so genau wie möglich möchte, kommt um die Herzfrequenzmessung per Brustgurt nicht herrum.

Warum sind Messwerte manchmal falsch?

Einige Faktoren können zu einem Fehler bei der optischen Herzfrequenzmessung führen. Tätowierungen, eine sehr dunkle Haut, Schmutz auf dem Sensor, eine starke Behaarung und auch die Kälte können den Messvorgang und somit auch die Ergebnisse beeinflussen. Der häufigste Grund, weshalb es zu einem Messfehler kommt, ist der schlechte Sitz vom Armband oder von der Pulsuhr. Ist der Abstand zwischen dem Handgelenk und dem Gerät zu groß, dann kann das LED-Licht nicht tief genug in das menschliche Gewebe eindringen oder der Sensor kann zu wenig vom reflektierenden Licht erfassen. Deshalb empfehlen alle großen Hersteller, dass der Tracker ca. 3 Finger breit oberhalb vom Handgelenk getragen werden sollte. An dieser Position kann das Armband die besten Messergebnisse erzielen und es verrutscht auch beim Workout nicht ständig.

Das Unternehmen FitBit hat zum optimalen Tragen eines Armbands eine tolle Anleitung verfasst. Laut dieser können heftige, ruckartige und zu intensive Bewegungen die optische Messung ebenfalls beeinflussen. Bei diesen Aktivitäten verlieren die LEDs und der Sensor kurzfristig den Kontakt zur Haut und dies kann zu vollkommen unrealistischen Messergebnissen oder zu einem Aussetzen der Messung führen. Ein weiterer Faktor, welcher sich auf die Qualität der Messdaten direkt auswirkt, ist die Verzögerung der Messung. Bei einer Messung mittels einem Brustgurt befindet sich der optische Sensor in der unmittelbaren Nähe des Herzens. Naturgemäß dauert es bei dieser Art der Messung etwas, bis die Änderungen in der Herzfrequenz genau ermittelt werden. Bei den Ausdauersportarten, wie zum Beispiel beim Laufen, wird eine Aktivität über einen längeren Zeitraum in der gleichen Intensität ausgeführt um bei dieser stellt eine solche Messverzögerung kein Problem dar. Bereits nach nur wenigen Minuten sind die Werte zuverlässig und präzise. Bei anderen Sportarten, wie zum Beispiel beim Krafttraining, wechseln sich die kurzen intensiven Anstrengungen mit mehreren Ruhephasen ab. Dadurch gelangen die meisten Fitness-Armbänder schnell an ihre Grenzen.

Kann der Puls auch bei Wasser- und Schwimmaktivitäten ermittelt werden?

Tatsächlich können einige Modelle den Puls sogar unter Wasser ermitteln. Ob die Pulsermittlung aber auch tatsächlich funktioniert, hängt teils von vielen Randparametern ab. So muss beim Schwimmen unbedingt darauf geachtet werden, dass das Armband fest bzw. eng sitzt, sonst kann es vorkommen, dass die Pulsmessung unterbrochen wird.

Tipps zum richtigen Tragen für bessere Ergebnise

Wie schon mehrfach bei uns erwähnt, sind die Messergebnisse von der Physiologie, der Trageposition und der Intensität der Bewegungen abhängig. Mit den folgenden Tipps klappt die genaue Messung aber wahrscheinlich trotzdem.

  • 1. Trage das Armband weiter oben am Handgelenk

    Das Armband sollte während des Trainings ca. drei Finger breit über dem Hangelenk sitzen um bessere Messergebnisse zu liefern. Der Blutfluss ist an dieser Stelle höher und die Sensoren können dadurch besser arbeiten.

  • 2. Trage das Armband fest am Arm

    Um so fester das Armband sitzt um so weniger bewegt es sich während des Trainings und kann so ebenfalls bessere Messergebnisse liefern. Achtung: Bitte aber nicht so fest das die Blutzirkulation behindert wird.

  • 3. Herzfrequenzmessung schon im Warm-Up starten

    Zusätzlich solltest Du gleich beim Aufwärmen die Herzfrequenzmessung starten – sofern diese nicht kontinuierlich gemessen wird. Dadurch hat sich dann zum Trainingsbeginn die Messung eingependelt.

  • 4. Still halten

    Wie schon erwähnt werden die Ergebnisse bei starken Armbewegungen schlechter. Es empfiehlt sich daher in den kurzen Pausen das Handgelenk mit dem Armband bewusst etwa 10 Sekunden lang still zu halten um den Sensoren Zeit zu geben einen genauen Messwert zu ermitteln.

Zusammenfassung: Vor- und Nachteile

Ein großer Vorteil ist der nicht mehr nötige Brustgurt. Diesen empfinden viele Sportler als unbequem, weil er sie einengt oder sogar scheuert. Bei den Fitness-Armbändern und Pulsuhren mit einer integrierten optischen Herzfrequenzmessung ersparen sich die Träger die zusätzlichen Sensoren und können ohne Einschränkungen ihren Sport genießen. Zusätzlich darf man auf keinen Fall vergessen, dass erst seit der optischen Herzfrequenzmessung die Geräte Aktivitäten im Alltag präzise aufzeichnen können. Oder kannst Du es Dir vielleicht vorstellen, dass Du den ganzen Tag mit einem Brustgurt herumläufst?

Der größte Nachteil der optischen Herzfrequenzmessung an Deinem Handgelenk ist definitiv die mangelnde Eignung für alle unterschiedlichen Sportarten. Bei abwechselnden ruhigen und intensiven Aktivitätsphasen und bei zu heftigen Bewegungen stößt die optische Messung stets an ihre Grenzen. Deshalb empfiehlt sie sich eigentlich nur für die Ausdauersportarten.

Fazit

Früher wurde die Pulsmessung aufgrund der fehlenden Genauigkeit vollkommen zu Recht kritisiert. Mittlerweile wurde das Verfahren deutlich optimiert und somit ist die optische Herzfrequenzmessung im Hinblick auf die Zuverlässigkeit und Präzision mit anderen gängigen Messmethoden vergleichbar. Berücksichtige bitte auch, dass die äußeren Einflüsse, wie zum Beispiel Kälte oder Hitze, Deine Leistungsfähigkeit beeinflussen und dies dann nichts mit der Qualität Deiner Uhr zu tun hat. Wir haben alle manchmal schlechte und auch sehr gute Tage und deshalb ist es auch gar nicht so essenziell wichtig, ob Dein Armband absolut präzise Daten liefert. Die Messunterschiede betragen meistens nur 5 bis maximal 10 Schläge in der Minute und dies hat keine Aussagekraft im Hinblick auf Dein Leistungsvermögen oder Deine Fitness. Zum Abschluss – kurz und knapp – Die optische Herzfrequenzmessung stellt ein präzises und zuverlässiges Messverfahren dar und dieses liefert ambitionierten Hobbysportlern informative sowie ausreichende Daten.

Quellen:
Titelbild von Fitbit.com
https://www.linkedin.com/pulse/wristband-heart-rate-really-accurate-addidas-basis-peak-jennie-wang
https://www.wareable.com/sport/optical-heart-rate-tech-the-experts-speak-9763