Optische Pulsmessung – Was Du unbedingt wissen musst

Eine Smartwatch mit Pulsmessung ist für viele Hobbysportler fixer Bestandteil der Ausrüstung und gesundheitsbewusste Menschen schätzen die permanente Überwachung wichtiger Vitalparameter. Doch wie präzise und zuverlässig sind die Messungen wirklich? Kann man den Uhren vertrauen oder ist Skepsis durchaus angebracht? In diesem Ratgeber findest Du alle Antworten

Smartwatches mit Pulsmessung werden als persönlicher Trainingscoach und nützliches Tool zur Gesundheitsüberwachung immer mehr geschätzt. 

• Immerhin wollen 30% der Deutschen ihre Fitness verbessern und möchten mehr Sport und Bewegung machen. 

• Gleichzeitig werden jährlich rund 1,5 Millionen Menschen mit Herzerkrankungen in Spitälern behandelt. Wobei Herzrhythmusstörungen die häufigste Ursache dafür ist.

• Daher überrascht es auch nicht, wenn schon bereits 2019 in einer Statista Umfrage rund 36% der Befragten angaben, zumindest gelegentlich eine smarte Uhr oder Fitness Tracker zu nutzen. 

Viele Menschen, die sich für Smartwatches interessieren und auch verwenden wollen, zögern aber, weil sie nicht wissen wie präzise und akkurat die Pulsmessung wirklich ist.

Diese Skepsis ist durchaus verständlich, und daher möchte ich Dir in diesem Ratgeber zeigen

• Wie die Pulsmessung an Smartwatches funktioniert
• Wie zuverlässig und präzise die Messwerte sind
• Wie Du die Uhr zu Überwachung Deiner Gesundheit nutzen kannst
• Wie Du eine Smartwatch mit Pulsmesser beim Sport richtig verwendest

Die wichtigsten Infos auf einem Blick

• Im Vergleich zu früheren Jahren hat sich optische Pulsmessung durch den technischen Fortschritt zu einer genauen und zuverlässigen Messmethode entwickelt, die im Alltag oder bei bestimmten Aktivitäten bedenkenlos eingesetzt werden kann.

• In bestimmten Situationen sind alternative Messmethoden und Tools der optischen Pulsmessung vorzuziehen

• Um bestmögliche Messwerte zu erhalten, ist eine sorgfältige Konfiguration und korrekte Anwendung unerlässlich

• Durch zusätzliche Funktionen und weiteren Messdaten, können Smartwatches mit Pulsmessung Dich dabei unterstützen, fitter zu werden und deine Gesundheit ganzheitlich im Auge zu behalten.

Wie funktioniert die optische – elektrische Pulsmessung?

Bei der optischen Pulsmessung handelt es sich keineswegs um ein neues und schon gar nicht revolutionäres Messverfahren. Das Prinzip dazu wurde bereits 1935 erstmalig beschrieben und 1972 vom japanischen Bioingeneur Takuo Aoyagi bis zur praktischen Anwendung weiterentwickelt.

In Deutschland wurde diese Messmethode unter dem sperrigen Namen Photoplethysmographie (PPG) bereits 1976 zum ersten Mal angewendet. (Quelle Wikipedia)

Bei Smartwatches mit Pulsmessung kommt die sogenannte Photoplethysmographie (PPG) zum Einsatz. Bei diesem Verfahren wird das Blutvolumen in den Blutgefäßen anhand der Reflexion von ausgesendeten Lichtstrahlen gemessen.

Das Hämoglobin, das als Protein den Sauerstoff in den Körper transportiert und auch für die rote Farbe des Blutes sorgt, absorbiert große Teile des Lichtspektrums.

Pumpt das Herz Blut in den Körper ( Systole ) ist das Blutvolumen und auch die Lichtabsorption größer. Wird Blut vom Herzen angesaugt ( Diastole), sinkt die Blutmenge und damit auch der absorbierte Lichtanteil.

Mittels Photdetektor kann die Menge an reflektierten Licht gemessen werden, woraus wiederum die aktuelle Herzfrequenz abgeleitet wird.

An Smartwatches und Sportuhren wird das Messverfahren so umgesetzt.

Bei den Uhren befinden sich auf der Rückseite des Gehäuses mehrere LED-Lampen und ein optischer Sensor. Das Licht der LED´s durchdringt die Haut und die darunter befindlichen Blutgefäße. Je nach Blutvolumen wird das Licht absorbiert oder reflektiert. Der optische Sensor misst das reflektierende Licht, wodurch der aktuelle Puls ermittelt werden kann.

Wie genau ist die Pulsmessung?

Polar hat schon 1982 mit dem Modell Sport Tester PE 2000 die erste echte Pulsuhr vorstellt. Doch es sollte noch mehr als dreissig Jahre dauern, bis beispielsweise mit der Fitbit Surge oder dem Garmin Forerunner 225 die ersten Fitness Tracker und Sportuhren mit integrierter Pulsmessung auf den Markt kamen.

Ich kann mich an diese Jahre noch sehr gut erinnern. Mit Vorstellung der ersten Uhren mit Pulsmessung am Handgelenk wurde die Messmethode heftig kritisiert und geradezu verteufelt.

Und das völlig zurecht. Die Messung war instabil, unzuverlässig und lieferte oft völlig unrealistische Daten.

In den darauffolgenden Jahren beschäftigten sich zahllose Studien mit der optischen Pulsmessung, um herauszufinden, wie genau das Messverfahren wirklich ist.

Hier eine kleine Auswahl dazu

• Studie der Cleveland Clinic „Genauigkeit tragbarer Herzfrequenzmesser in der Herzrehabilitation„
• Studie der Duke University „Untersuchung von Ungenauigkeitsquellen bei tragbaren optischen Herzfrequenzsensoren„
• Studie veröffentlicht im American College of Cardiology „Genauigkeit tragbarer Herzfrequenzmesser während des Trainings„

Obwohl verschiedenste Geräte auf sehr unterschiedliche Art und Weise getestet wurden, war das Ergebnis im Wesentlichen immer das Gleiche

Die Messdaten der optische-elektrische Pulsmessung sind im Vergleich zu einem EKG-Gerät oder einem Pulssensor mit Brustgurt wensentlich ungenauer. Im Ruhezustand oder bei wenig intensiven Aktivitäten ist der Messunterschied deutlich geringer als bei hochintensiven Aktivitäten.

An dieser Stelle möchte ich anmerken, daß diese Studien schon einige Jahre am Buckel haben und die gestesteten Geräte am Markt nicht mehr erhältlich sind.

Was sind die Gründe für eine ungenaue Messung?

Im Laufe des letzten Jahrzehnts wurden einige Ursachen für die fehlende Genauigkeit der optischen Pulsmessung ermittelt.

• Tätowierungen
• dunkle Haut
• starke Behaarung,
• verschmutzte Sensoren
• äußere Temperatureinflüsse
• schlechter Sitz der Uhr

Die zweite oben genannte Studie beschäftigte sich auch mit der Frage, ob ein dunkler Hautteint die Messung beeinflussen kann. Dazu wurden mehrere Versuchsreihen durchgeführt, die ganz klar bewiesen, daß die Hautfarbe bei der Messqualität absolut keine Rolle spielt.

Andererseits wurde in einer Studie der Florida International University nachgewiesen, daß eine Kombination aus hohem BMI und dunkler Hautfarbe die Pulsmessung beeinträchtigen kann

Ähnliches gilt für Tätowierungen und starke Behaarung. Auch dabei ist sich die Wissenschaft nicht einig und kommt immer wieder zu gegenteiligen Erkenntnissen.

So trägst Du Deine Smartwatch richtig

Ein weiterer Grund für Fehlmessungen ist die Trageweise der Uhr am Handgelenk. Häufig wird die Uhr zu locker oder zu straff getragen, oder sie befindet sich an der falschen Position.

Beachte beim Anlegen der Uhr folgende Empfehlungen

• Idealerweise wird die Smartwatch zwei Finger breit von der Handwurzel entfernt – also knapp über dem Handgelenk – getragen.
• Die Uhr sollte einen stabilen Sitz haben und nicht am Handgelenk herumrutschen. Im Idealfall bewegst sich die Haut unter der Smarwatch etwas mit, wenn Du die Uhr nach oben oder unten verschiebst.

Meines Erachtens können die oben angeführten Ursachen durchaus Grund dafür sein, warum die optische Pulsmessung im Einzelfall weniger genau misst.

Der tatsächliche und häufigste Grund für die fehlende Messgenauigkeit liegt aber ganz woanders.

Moderne Smartwatches messen präzise, aber nicht immer

Inzwischen beschäftige ich mich schon seit rund 10 Jahren mit Smartwatches und Sportuhren und habe in dieser Zeit eine Menge Erfahrungen machen dürfen.

Ich teste permanent neue Uhren und dazu gehört natürlich auch die Überprüfung der Pulsmessung.

Zu diesem Zweck absolviere ich mit der Smartwatch mehrere Lauftrainings, die in der Regel jeweils ein 1 Stunde dauern. Während eines Laufs variere ich das Tempo in unregelmäßigen Abständen und unterschiedlichen Intensitäten. Manchmal mache ich zur Alternative auch ein Intervalltraining.

Als Referenzgerät wird immer ein Polar H10 oder ein Garmin HRM Brustgurt verwendet.

Anhand aktueller Beispiele möchte ich Dir zeigen, daß die Pulsmessung bei modernen Smartwatches inzwischen deutlich präziser ist.

Smartwatches mit optischer Pulsmessung beim Laufen

Diese vier Uhren zeigen ganz klar, daß die optische Pulsmessung auch bei Aktivitäten mit wechselnden Intensitäten ähnlich genaue Messdaten liefert wie ein Brustgurt.

Das gilt aber nicht für alle Aktivitäten

Smartwatches mit optischer Pulsmessung beim Krafttraining

Hier zwei Beispiele, die ein komplettes Versagen der optischen Pulsmessung zeigen.

Konkret handelt es sich dabei um Krafttrainings, in denen ich die typischen Grundübungen und ein paar Bodyweight Übungen durchgeführt habe.

Wie Du eindeutig erkennnen kannst, ist die optische Pulsmessung mit den kurzen Belastungsphasen kombiniert mit kraftvollen Bewegungsabläufen völlig überfordert. Außerdem gilt es als erwiesen, daß das Anspannen der Unterarm-Muskulatur wie auch das Abwinkeln der Handgelenke die Pulsmessung stark beeinflussen kann.

So verwendest Du die optische Pulsmessung richtig

Anhand der obigen Beispiele ist ersichtlich, daß die Pulsmessung am Handgelenk seit ihrer Markteinführung deutlich verbessert wurde und so durchaus genaue Messwerte bereit stellen kann.

Jedoch nur unter der Voraussetzung, daß die Messmethode auch bei den passenden Aktivitäten eingesetzt wird.

Allgemein lässt sich sagen, daß die optische-elektrische Pulsmessung bei Aktivitäten, mit gleichmäßiger Intensität und ruhigen, rythmischen Bewegungen, präzise und zuverlässige Messdaten liefert.

Bei Aktivitäten, deren Intensität stark wechselt und dabei auch noch heftige Bewegungsabläufe durchgeführt werden, gelangt die Messung häufig an ihre Grenzen und die Messwerte sind ungenau.

Daher meine Empfehlung

Bei folgenden Aktivitäten kannst Du bedenkenlos die Pulsmessung am Handgelenk verwenden:

• Laufen
• Radfahren ( nur Straße, nicht Gelände – durch die permanenten Erschütterungen kann die Messung beeinträchtig werden)
• Wandern
• Bergsteigen
• Nordic Walking
• Indoor – Laufband
• Indoor – Radfahren
• Indoor – Rudern
• Indoor – Crosstrainer
• Pilates
• Yoga
• Langlauf
• generell alle Ausdauersportarten

Bei diesen Aktivitäten solltest Du unbedingt einen Brustgurt verwenden

• Laufen – Intervalle
• Krafttraining
• Crosstraining
• HIIT
• Zirkeltraining
• Bodyweight
• Kampfsport
• Fußball ( Teamsport allg.)
• Schwimmen – Obwohl bereits viele Smartwatches den Puls auch im Wasser messen können, scheint das technisch noch immer nicht ganz ausgereift zu sein, weshalb die Nutzung eines Brustgurts sinnvoll ist.

Warum misst ein Brustgurt genauer als ein optischer Pulssensor

Der Grund dafür sind die unterschiedlichen Messverfahren.

Bei der optischen Pulsmessung wird wie oben beschrieben die Herzfrequenz aus dem sich ständig verändernden Blutvolumen abgeleitet.

Bei der anderen Messmethode wird der Pulssensor mittels Gurt direkt über dem Herzen getragen und misst dabei die elektrischen Impulse, die das Herz bei jeder Kontraktion aussendet. Durch die direkte Abnahme des Signals ist eine wesentlich präzisere Ermittlung der Herzfrequenz möglich.

Da aber das Tragen eine Brustgurts von vielen Nutzern als unbequem und lästig empfunden wird, hat man als Alternative die optische Pulsmessung am Handgelenk entwickelt.

Die besten Brustgurte zeige ich Dir in diesem Ratgeber

Korrekte Informationen verbessern das Ergebnis

Um die optische Pulsmessung beim Sport sinnvoll zu verwenden, ist es unerlässlich, entsprechende Informationen in der Hersteller App zu hinterlegen. Das gilt ganz besonders dann, wenn Du bei Ausdauersportarten das pulsorientierte Training bevorzugst.

Maximale Herzfrequenz als Basis für ein professionelles Training

So gut wie in allen Applikationen der Hersteller ist es möglich, verschieden biometrische Daten wie beispielsweise Alter, Geschlecht, Größe und Gewicht einzugeben. Darüber hinaus gibt es aber auch noch die Möglichkeit die persönliche maximale Herzfrequenz (HFmax) zu hinterlegen.

Dei HFmax ist ein sehr individueller Wert, der größtenteils genetisch vorbestimmt ist und nichts über Deine Leistungsfähigkeit oder Fitness aussagt. Trotzdem ist sie Berechnungsbasis für Deine persönliche Pulszonen.

Nur wenn die einzelnen Pulsbereiche an Deinen aktuellen Fitnesslevel angepasst sind, ist überhaupt ein effiziente, zielgerichtetes und sinnvolles Training möglich. Alles Andere kann zu Trainingsüberforderung, permanenter Erschöpfung und im schlimmsten Fall zu Verletzungen führen.

Wie Du Deine maximale Herzfrequenz und optimale Pulszonen ermittelst, erfährst Du in diesem Ratgeber.

Mit der Pulsmessung Deine Gesundheit überwachen

Moderne Pulssensoren messen nicht nur die Herzfrequenz, sondern ermitteln inzwischen noch weitere wichtige Vitalparameter.

Blutsauerstoffsättigung (SpO2)

So ist beispielsweise die Messung der Blutsauerstoffsättigung (SpO2) bei den meisten Uhren bereits Standard. In der Regel beträgt die Sauerstoffsättigung bei einem gesunden Erwachsenen zwischen 95% bis 98%. Messwerte, die deutlich und vor allem häufig darunter liegen, können ein Hinweis auf diverse Erkrankungen sein, wie zum Beispiel

• eingeschränkte Lungenfunktion,
• Asthma,
• verminderte Atmung,
• Schlafapnoe,
• Herzfehler,
• Kreislaufstörungen

Ein niedriger SpO2 Wert ist meist auch Ursache für schlechten Schlaf und mangelnder Erholung während der Nachtruhe. Mehr zum Thema erfährst Du in diesem Ratgeber.

Herzfrequenzvariabilität

Entegen der landläufigen Meinung schlägt das Herz nicht in einem regelmäßigen Rythmus. Der Intervall variiert immer um ein paar Millisekunden, was als Herzfrequenzvariabilität (HRV) bezeichnet wird.

Überraschenderweise gilt eine hohe HRV – also ein sehr unregelmäßiger Herzrythmus – als verlässliches Zeichen für ausreichende Erholung, gutes Wohlbefinden und hohe Fitness.

Aus diesem Grund wurde die Messung der Herzfrequenzvariabilität mit Smartwatches in den letzten Jahren immer wichtiger, weshalb die verschiedenen Hersteller entsprechende Tools entwickelt haben, die sich bei Nutzer größter Beliebtheit erfreuen.

• Garmin bietet in diesem Zusammenhang die Body Battery oder den HRV-Status an
• Polar hat alle seine Uhren mit der Nightly Recharge ausgestattet.
• Coros, Amazfit und Suunto bieten ebenfalls eigene Features zur Überwachung der HRV an

Die Messung der Herzfrequenzvariabilität spielt sowohl bei Stress Tracking, wie auch bei der Überwachung der Energieressourcen oder bei der Trainingssteuerung eine wichtige Rolle.

Alles Wissenwerte zu diesem Thema kannst Du in diesem ausführlichen Ratgeber nachlesen.

Ruheherzfrequenz und abnormaler Puls

Eine weitere sehr wichtige Metrik, die viel über Deine Gesundheit verrät ist die Ruheherzfrequenz oder der Ruhepuls. Dieser Wert wird von den meisten Uhren während der Nachtruhe ermittelt.

Folgende Werte gelten als normal

• Erwachsene 70 – 80 Schläge in der Minute
• Senioren 70 – 90 Schläge in der Minute
• Sportler 30 – 40 Schläge in der Minute

Quelle: netdoktor

Menschen, die regelmäßig Sport betreiben, haben in der Regel ein größeres und kräftigeres Herz, das mit jedem Schlag einen größere Blutmenge transportieren kann, weshalb das Organ weniger arbeiten muss, um den Körper ausreichend mit Sauerstoff zu versorgen.

Betreibst Du keinen Sport und Dein Ruhepuls liegt deutlich über den Normalwert (Tachykardie) oder deutlich darunter (Bradykardie). solltest Du mit Deinem Arzt darüber sprechen.

Für Menschen, die an einer Herzerkankung leiden, kann es wichtig sein, daß sich der Puls permanent in einem optimalen Bereich bewegt und besonders hohe oder niedrige Werte vermieden werden.

Zu diesem Zweck sind einige Smarwatches mit einer Alarmfunktion ausgestattet. Dabei hast Du die Möglichkeit in der App Grenzwerte (hoch und niedrig) zu hinterlegen. Überschreitest Du diese Werte, wirst Du mittels Vibration und Alarmton darauf aufmerksam gemacht. Smartwatches von Garmin, Amazfit und Huawei bieten beispielsweise solche Features an.

EKG und Blutdruck

Seit einigen Jahren werden auch Smartwatches mit EKG und Blutdruckmessung angeboten, wodurch die Uhren für Menschen mit Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems besonders nützliche und wichtige Tools sind.

Auch wenn es sich bei manchen Modellen um zertifizierte medizinische Geräte handelt, muss trotzdem darauf hingewiesen werden, daß Messungen zu EKG und Blutdruck die professionelle Beratung und Betreuung durch einen Arzt nicht ersetzen kann.

Wenn Du mehr darüber erfahren möchtest, dann findest Du in diesem Ratgeber ausführliche Informationen.

Fazit

Die optisch-elektrische Pulsmessung wurde in den letzten Jahren permanent verbessert, weshalb derart ausgestattete Fitness Tracker und Smartwatches inzwischen präzise und zuverlässige Messwerte liefern.

Doch das gilt eben nicht immer. Sowohl persönliche und individuelle Faktoren wie auch äußere Einflüsse können sich auf die Messpräzision auswirken. Ebenso ist es entscheidend, bei welchen sportlichen Aktivitäten, die Pulsmessung am Handgelenk zum Einsatz kommt.

Unabhängig davon müssen wir uns aber auch immer vor Augen halten, daß es sich bei Fitness Trackern oder Smartwatches um keine geeichten medizinischen Geräte handelt und wir daher auch keine absolute Präzision erwarten dürfen/sollten – egal wieviel die Uhr gekostet hat.

Vielmehr stellen uns Wearables mehr oder weniger genaue Messwerte zur Verfügung, die dazu diesen unsere Aktivitätspensum, aktuellen Fitnesslevel und Leistungspotenzial besser einschätzen zu können. Jedoch handelt es sich dabei immer nur eine Orientierung und niemals um ein ärztliches Attest.