Herzfrequenzmessung: Brustgurt vs. Handgelenksmessung (optisch)

Heute möchte ich der Frage auf den Grund gehen ob ein Activity Tracker, in meinem Fall der *Fitbit Charge 2, grundsätzlich für die Pulskontrolle beim Lauftraining geeignet ist. Dazu wird die Herzfrequenzmessung via Brustgurt (EKG) mit der optischen Pulsmessung am Handgelenk verglichen.

Angeregt durch ein gemeinsames Laufevent wurde mir in letzter Zeit häufig die Frage gestellt warum der Puls beim Lauftraining mit einem Activity Tracker unrealistisch angezeigt wird. Besonders ärgerlich ist diese Frage, wenn der Tracker extra für diesen Einsatzzweck angeschafft wurde.

Technik: optisch vs. EKG

Die optische Pulsmessung am Handgelenk folgt dem Prinzip, dass ein LED-Licht durch die Haut auf die Blutgefäße scheint und je nach vorhandenem Blutvolumen eine bestimmte Menge davon reflektiert bzw. absorbiert wird. Der Sensor berechnet aus diesen Daten den Puls.

Optische Pulsmessung mit LED (grünes Licht)

 

Die Messung mit einem Brustgurt folgt einem anderen Prinzip. Beim Herzschlag entstehen im Körper elektrische Signale. Der Brustgurt kann dieses elektrische Signal durch die Haut kontinuierlich messen, sofern der Gurt dauerhaften Hautkontakt hat. Aufgrund dieser Daten wird dann die Herzfrequenz bestimmt. Die virtuelle Darstellung der Messung als Kurve ist als EKG (Elektrokardiogramm) bekannt.

Praxistest 1: Polar V800 mit EKG-Messung vs. Fitbit Charge 2 mit optischer Messung am Handgelenk – Fahrtenlauf

Ich bin 7,27 km in rund 53 min gelaufen. Allerdings habe ich keinen normalen Dauerlauf gewählt, sondern einen Fahrtenlauf. Mehr zum Thema Fahrtenlauf werde ich in einem meiner nächsten Beiträge schreiben – Fahrtenlauf

Während des Laufs habe ich parallel meinen *Fitbit Charge 2 mit optischer Pulsmessung am linken Handgelenk getragen und sehr stramm befestigt. Ich habe die Aktivität „Laufen“ gewählt. Gleichzeitig habe ich meine *Polar V800 mit einem *Polar Pro Gurt sowie dem H10 Sensor getragen.

Nachfolgend möchte ich die verschiedenen Messungen vergleichen:Herzfrequenzmessung Polar Pro Gurt und H10 SensorDurchschnittsherzfrequenz mit Polar Pro Gurt und H10 Sensor

Fitbit Charge 2 optische Messung (DashBoard)

Fitbit Charge 2 optische Messung (Handy App)

Ergebnis:

Auf dem ersten Blick ist am auffälligsten, dass sich die durchschnittliche Herzfrequenz deutlich unterscheidet. Bei der Herzfrequenzmessung mit dem *Pro Gurt und H10 Sensor betrug der Wert 171 Schläge pro Minute. Bei der optische Pulsmessung lediglich 162 Schläge pro Minute. Die Abweichung beträgt damit 5,26% ausgehend von der Brustgurtmessung.

Auch der Wert des Maximalpuls unterscheidet sich deutlich:Maximalpuls mit Polar Pro Gurt und H10 Sensor

Der Maximalpuls mit dem *Pro Gurt und dem H10 Sensor wurde erst gegen Ende nach rund 50 min erreicht und betrug 191 Schläge pro Minute.

Bei der optischen Messung betrug der höchste gemessene Wert nur 185 Schläge pro Minute und wurde schon viel früher erreicht:Maximalpuls optische Messung Fitbit Charge 2

Damit beträgt die Abweichung an der Stelle ausgehend von dem Polar Pro Gurt Wert 3,14%.

Grundsätzlich ist zu erkennen, dass bei der optischen Messung die „Höhen“ und „Tiefen“ erkannt und abgebildet werden. Im direkten Vergleich der grafischen Darstellungen erscheint die Messung mit dem Brustgurt granularer und genauer. Am Anfang ist bei beiden Grafen deutlich ein längerer Abschnitt der Belastung zu sehen auf dem 3 kurze Intervallbelastungen folgen. In der letzten Hälfte des Training sind die unterschiedlichen Belastungsformen bei der optischen Pulsmessung nicht mehr zu erkennen und verschwimmen. Dies kann wahrlich auch ein Stück weit an der Darstellung liegen.

Zu beobachten ist während des Laufs  auch folgendes Phänomen: nach dem absolvieren eines Vollsprints zeigt ein unmittelbarer Blick auf die Pulsuhr mit Brustgurtmessung im Vergleich zur Anzeige des Charge 2 in den meisten Fällen einen Unterschied von über 10 Schläge pro Minute. Der *Fitbit Charge 2 zeigt dabei unrealistisch niedrige Werte. Dabei ist auffällig, dass die optische Messung merklich träge reagiert und der Puls mit Verzögerung steigt. Allerdings nie die Werte aus der Brustgurtmessung erreicht.

Gründe für die Differenzen

Die Trägheit der optischen Messung im Gegensatz zur Brustgurtmessung lässt sich auf den „Ort“ der Messung zurückführen. Der Brustgurt misst direkt am Herzen, also dort wo die Herzfrequenz entsteht und misst dort genau den Impuls der die Frequenz bestimmt. Die optische Messung findet am Handgelenk statt und misst im Prinzip das „Ergebnis“ nämlich den Puls am Handgelenk. Dieser ensteht durch die Blutmenge die das Herz mit dem Schlag durch den Körper pumpt. Das Ergebnis des elektrischen Impuls wirkt sich am Handgelenk entsprechend  später aus.

Der Erfolg der optischen Messung hängt davon ab wie gut das LED-Licht durch die Haut scheint und durch den Sensor erfasst wird. Der Sensor und das Licht sollten möglichst eng auf der Haut anliegen ohne Luft zwischen dem Sensor und der Haut. Es sollten auch keine anderen Objekte diesen Kontakt stören, wie z.B. Haare. Sportarten bei denen es zu Erschütterungen oder schnelle ruckelnde Bewegungen kommt können dafür sorgen, dass der Kontakt zwischen Haut und Sensor/LED kurz unterbrochen wird und zu weniger genauen Messungen führen.

Praxistest 2: Polar V800 mit EKG-Messung vs. Fitbit Charge 2 mit optischer Messung am Handgelenk – 5 km Dauerlauf

In der zweiten Messung möchte ich wie zuvor beide Methoden anhand eines kontinuierlichen Dauerlaufs vergleichen. Dieses Mal bin ich 5 km in ca. 31 min gelaufen. Ansonsten entspricht das Setting dem ersten Praxistest (siehe oben).Herzfrequenzmessung Polar Pro Gurt und H10 Sensor

Durchschnittsherzfrequenz mit Polar Pro Gurt und H10 Sensor

Fitbit Charge 2 optische Messung (DashBoard)

Fitbit Charge 2 optische Messung (Handy App)
Ergebnis

Auch hier unterscheidet sich die durchschnittliche Herzfrequenz. Der Unterschied fällt in diesem Fall nicht so deutlich aus. Bei der Herzfrequenzmessung mit dem *Pro Gurt und H10 Sensor betrug der Wert 180 Schläge pro Minute. Bei der optischen Pulsmessung lediglich 174 Schläge pro Minute. Die Abweichung beträgt mit 3,33% ausgehend von der Brustgurtmessung  knapp 2 Prozentpunkte weniger, als im ersten Praxistest.

Auch der Wert des Maximalpuls unterscheidet sich deutlich:Maximalpuls mit Polar Pro Gurt und H10 Sensor

Der Maximalpuls mit dem *Pro Gurt und dem H10 Sensor wurde erst gegen Ende erreicht und betrug 193 Schläge pro Minute.

Bei der optischen Messung betrug der höchste gemessene Wert nur 189 Schläge pro Minute und wurde auch im letzten Drittel des Trainings erreicht:Maximalpuls optische Messung Fitbit Charge 2

Damit beträgt die Abweichung an der Stelle ausgehend von dem Polar Pro Gurt Wert 2,07% und somit ca. 1,1 Prozentpunkte weniger.

Erklärung für die Messunterschiede

Wie oben erklärt liegt die Trägheit bei der optischen Messung am Verfahren. Bei einem Intervalltraining oder Fahrtenlauf, bei dem sich die Belastungsspitzen und Ruhephasen häufig abwechseln kommt diese Trägheit besonders zum Tragen. Bei einem Dauerlauf hingegen gibt es eine andauernde stetige Belastung. Der Puls steigt kontinuierlich. Auch hier wird die langsame Pulssteigerung mit einer leichten Verzögerung angezeigt. Diese fällt aber lange nicht so stark ins Gewicht, wie bei einem Training mit abwechselnden Belastungen.

Pro und Contra der optischen Messung

Pro
  • es wird kein Brustgurt benötigt
  • die Anschaffung eines Aktivity Trackers mit optischer Messung ist in der Regel kostengünstiger, als die einer Sportuhr mit Brustgurt
Contra
  • bei Trainings mit abwechselnden Belastungs- und Entlastungsphasen (z.B. Intervalle oder Krafttraining) ungenaue Messung
  •  Pulsänderungen werden mit Verzögerung erfasst (Trägheit)
  • ungenaue Messung (Abweichungen von 10 Schlägen pro Minute und mehr möglich)
  • Messung im Wasser (Schwimmen) nicht möglich

Fazit

Läufer, die ihre Trainingseinheiten stark an der Herzfrequenz ausrichten und steuern sind sicherlich mit der Brustgurtmessung besser bedient. Die Daten sind deutlich genauer und gerade im Bereich der Maximalbelastung verlässlicher.

Genauso gilt dies für Sportler, die Trainingseinheiten mit abwechselnden Belastungsintensitäten trainieren oder generell Sportarten ausführen bei denen kontinuierlich gleichbleibende Belastungen eher die Ausnahme darstellen (z.B. Krafttraining, Intervalltraining).

Für Freizeitsportler, die nach dem Training eine grobe Einordung ihrer Trainingseinheit vornehmen möchten und ihre Trainingssteuerung nicht anhand der Herzfrequenz ausrichten kann eine optische Pulsmessung durchaus interessant sein.  Auch für Sportler, die Ausdauersport betreiben und deren Trainingseinheiten durch eine kontinuierliche Belastung gekennzeichnet sind kann eine optische Messung eine Alternative sein. Allerdings sollten einem die Ungenauigkeiten bewusst sein.

 

Folgende Produkte wurden in diesem Erfahrungsbericht verwendet

Für die Vergleichsmessung „EKG“:
GPS Sportuhr: *Polar V800
Brustgurt mit Sensor: *Polar H10 Herzfrequenzsenor mit Polar Pro Brustgurt

Für die Vergleichsmessung „optisch“:
Activity Tracker: *Fitbit Charge 2

 


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