[Update] Wie genau ist die optische Pulsmessung?

Über die optische Pulsmessung wurde schon viel gesagt und geschrieben. Die Einen sind restlos begeistert und feiern sie als Revolution in der Sportelektronik. Die Anderen verteufeln sie wegen fehlender Präzision und Zuverlässigkeit. Doch was ist nun wirklich dran an den vielen Gerüchten und Meinungen. Wir haben zu diesem Thema genau recherchiert und zeigen Dir in diesem Beitrag, wie die optische Pulsmessung funktioniert und wie genau sie wirklich ist. 

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 bereits 1976 zum ersten Mal angewendet. (Quelle Wikipedia)

In der Medizin hatte man also genug Zeit viele Erfahrungen mit der optisch-elektrischen Pulsmessung zu sammeln. Und da das Messverfahren noch immer angewendet wird, scheint es sehr zuverlässig und präzise zu sein.

Doch bevor wir auf das Thema Genauigkeit näher eingehen, wollen wir noch eine andere Frage klären.

Wie funktioniert die optische Pulsmessung

Bei der bereits oben erwähnten Photoplethysmographie wird vereinfacht gesagt das sich ständig ändernde Blutvolumen in den Arterien gemessen. Pumpt das Herz Blut in den Körper ( Systole ) ist das Volumen größer als wenn Blut vom Herzen angesaugt wird ( Diastole).

Bei der Systole wird Blut, das stark mit Sauerstoff angereichert ist, in den Körper transportiert. Sauerstoff wird über das Protein Hämoglobin (oxygeniertes Hämoglobin) im Blut gebunden und weitergeleitet. Bei der Diastole ist das Protein frei von Sauerstoff (desoxygeniertes Hämoglobin). Je nachdem ob das Hämoglobin gerade besetzt oder frei ist, ändert sich dessen Lichtabsorption.

Aus dem Rhythmus von Systole und Diastole und dem sich ändernden Blutvolumen kann über das Messverfahren die Herzfrequenz abgeleitet werden.

Bei Fitness Tracker und Pulsuhren befinden sich auf der Rückseite des Uhrgehäuses zwei oder mehr 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.

Quelle: Epson
Quelle: Epson

Optische Pulsmessung besser als Ihr Ruf ?

Wie oben erklärt handelt es sich dabei um ein medizinisches Messverfahren, das sehr präzise und zuverlässige Daten liefert.

Nun sollte man vermuten, daß Fitness Tracker und Pulsuhren mit integrierter Pulsmessung ebenfalls sehr genau sind. Doch gibt es zahlreiche Erfahrungsberichte, die genau das Gegenteil beweisen. Warum das so ist und welche Gründe es für unterschiedliche Messergebnisse gibt, werden wir gleich erklären.

Doch zuerst wollen wir noch eine Studie von Epson vorstellen, die sehr interessante Aufschlüsse zur Genauigkeit der optischen Pulsmessung gibt.

Epson ist nicht als Sportmarke bekannt, ist aber bereits seit Jahren einer der führenden Herstellern von Sensoren und hat die unabhängige Forschungsberatung Progressive Sports Technologies Ltd. mit einer Studie beauftragt, in der festgestellt werden sollte, wie genau die optische Pulsmessung nun wirklich ist.

Dabei wurde ein Elektrokardiogramm (EKG) als Referenzgerät mit einer Pulsuhr mit Brustgurt und zwei GPS-Laufuhren mit integrierter Pulsmessung verglichen. Eines der beiden Modelle war eine Epson SF-810.

15 Studienteilnehmer mussten verschiedene Aktivitäten, vom einfachen Liegen bis zum Laufen im hohen Belastungsbereich durchführen. Dabei wurden die Messwerte der drei Geräte aufgezeichnet und verglichen.

Die Ergebnisse der Vergleichsstudie waren beeindruckend. Die Pulsuhr mit Brustgurt ermittelte im Vergleich zum EKG die Herzfrequenz mit einer Genauigkeit von 95,3%. Die Epson SF-810 mit optischer Pulsmessung lag bei 95,0% und das Gerät des Mitbewerbers, auch mit integrierten Messverfahren ausgestattet, erreichte 93,3%.
Damit messen Geräte mit optischer Pulsmessung bei verschiedenen Aktivitäten ähnlich präzise und zuverlässig wie Sportuhren mit Brustgurt

Auch Valencell, führender Hersteller von optischen Pulssensoren , die in vielen Fitness Tracker und Smartwatches verbaut sind, hat dazu eine Studie gemacht und ist zu ähnlichen Ergebnissen gekommen

Warum ist die Pulsmessung trotzdem oft ungenau?

Grundsätzlich ist die Pulsmessung, egal ob mittels Brustgurt oder optisch-elektrischen Messverfahren, eine sehr individuelle Angelegenheit, die durch viele persönliche und äußere Faktoren beeinflusst wird.

Deshalb können sich

  • Tätowierungen
  • dunkle Haut
  • starke Behaarung,
  • verschmutzte Sensoren
  • äußere Temperatureinflüsse
  • schlechter Sitz des Fitness Trackers oder Smartwatch

auf die Genauigkeit der Messung auswirken.

Die häufigste Ursache für falsche Messergebnisse ist jedoch schlicht die Tatsache, daß die optisch-elektrische Pulsmessung nicht für alle Sportarten geeignet ist.

So macht die Pulsmessung am Handgelenk bei allen Ausdauersportarten einen sehr zuverlässigen und genauen Job. Bei anderen sportlichen Aktivitäten wie Krafttraining oder Crosstraining versagt die Messmethode jedoch auf ganzer Linie.

Damit Du siehst wie groß die Messdifferenzen sind, möchte ich Dir einige interessante Diagramme zeigen

Optische-Elektrische Pulsmessung beim Laufen

Zuerst zeige ich Dir zwei Diagramme, in denen ich die Messgenauigkeit der Garmin Venu SQ, Fitbit Sense, Garmin Fenix 6 und Polar Ignite mit einem Brustgurt vergleiche.

Garmin Venus SQ grün, Polar Ignite blau, Brustgurt rot

Fitbit Sense blau, Garmin Fenix 6 grün, Brustgurt rot

Hier handelt es sich um zwei Läufe ( 10 Kilometer) bei denen ich die meiste Zeit in einem gleichmäßigen Tempo gelaufen bin, aber auch zwei kurze Sprints ( max. 250 Meter) einlegte

Beide Diagramme zeigen deutlich, daß alle vier Uhren bei größtenteils gleichmäßigen Tempo im Vergleich zum Brustgurt ähnliche und damit präzise Messdaten liefern.

Doch schon zwei kurze Sprints reichen aus, um die Grenzen der optischen Pulsmessung aufzuzeigen. Die Messungen der vier Uhren sind verzögert und die Messdaten selbst unterscheiden sich zum Teil deutlich im Vergleich zum Brustgurt. Nur die Garmin Fenix 6 scheint halbwegs mithalten zu können.

Optische-elektrische Pulsmessung beim Krafttraining

Garmin Venu SQ grün, Fitbit Sense blau, Brustgurt rot
Garmin Fenix 6 grün, Polar Ignite blau, Brustgurt rot

Diese beiden Diagramme zeigen Dir ein knackiges Krafttraining mit insgesamt fünf Übungen, bestehend aus 3 Sätzen mit jeweils 8 Wiederholungen. Nach jedem Satz erfolgte eine zweiminütige Pause.

Wieder wurden dabei die Garmin Venu SQ, Fitbit Sense, Garmin Fenix 6 und Polar Ignite im Vergleich mit einem Brustgurt getestet.

Beide Diagramme zeigen deutlich, daß keine der Uhren auch nur ansatzweise realistische Messdaten liefert.

Warum ist das so?

Bei sportlichen Aktivitäten wie z. B. Krafttraining, Crossfit, HIIT oder Zirkeltraining kommt es oft zu sehr kurzen, aber sehr intensiven körperlichen Belastungen. Die Pulsmessung am Handgelenk ist aber zu träge, um solche Aktivitätsszenarien korrekt messen zu können.

Außerdem wirken sich heftige Armbewegungen, das starke Abwinkeln der Handgelenke und intensive Zug- oder Druckbewegungen, bei denen viel Kraft im Spiel ist, ebenfalls negativ auf die Messung aus.

Was tun, damit die Pulsmessung genauer wird?

Wie schon oben erwähnt, gibt es einigen Faktoren, die sich auf die Genauigkeit der Pulsmessung auswirken können. Um die Präzision zu steigern, ist besonders auf die richtige Trageweise des Fitness Trackers oder Smartwatch zu achten.

Optimalerweise sollte die Uhr circa zwei Finger breit oberhalb des Handgelenks getragen werden, ohne daß sich das Gerät auf der Haut verschieben lässt.

So trägst Du Deinen Fitness Tracker richtig (Quelle Fitbit)

Wenn Dir eine präzise Pulsmessung sehr wichtig ist, dann empfehle ich Dir bei einigen Sportarten unbedingt einen Brustgurt ( hier zum Vergleich) zu tragen.

Hinweis: Aktuell ( Stand Oktober 2020) können nur Modelle von Garmin, Polar und Suunto mit einem Brustgurt verbunden werden.

Sportarten mit Pulsmessung am Handgelenk (auszugsweise)

  • Laufen
  • Radfahren
  • Schwimmen
  • Wandern
  • Bergsteigen
  • Nordic Walking
  • Indoor – Laufband
  • Indoor – Ergometer
  • Indoor – Rudern
  • Indoor – Crosstrainer
  • Pilates
  • Yoga
  • Ski, Langlauf, Snowboard
  • generell alle Ausdauersportarten

Sportarten mit Pulsmessung mittels Brustgurt (auszugsweise)

  • Laufen – Intervalle
  • Krafttraining
  • Crosstraining
  • HIIT
  • Zirkeltraining
  • Bodyweight
  • Kampfsport
  • Fußball ( Teamsport allg.)

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.