Startseite » Hintergrundwissen » Herzfrequenzvariabilität (HRV) in Sportuhren & Wearables

Herzfrequenzvariabilität (HRV) in Sportuhren & Wearables

Als Herzfrequenzvariabilität oder Herzratenvariabilität (HRV=Heart Rate Variabiltiy) wird die Eigenschaft des Herzens bezeichnet, die zeitlichen Abstände zwischen Herzschlägen variieren zu können. Es wird also nicht die Anzahl der Schläge pro Minute betrachtet, sondern die Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Herzschlägen. Hersteller wie Garmin, Polar, Suunto und viele mehr integrieren HRV-Funktionen in ihren Sport- und Pulsuhren und leiten daraus zahlreiche Aussagen zum Fitnesszustand ab.

Ein Sportler, der seine HRV regelmäßig erfasst und gut kennt, kann seinen Fitnesszustand besser einordnen und sein Training gezielter steuern und Verletzungen vermeiden. Zu den wichtigsten Aussagen, die Messungen und Analysen der HRV leisten können, gehören für Sportler Aussagen zu Regeneration, Erholung, Stress oder auch Über- und Untertraining. Weiter unten erläutern wir, wieso das mit Wearables überhaupt möglich ist und wie sie zu den Ergebnissen kommen. Außerdem zeigen wir, was die Herzfrequenzvariabilität ausmacht, was man bei Messungen beachten muss und wie weit der Stand der Technik in modernen Sportuhren und Wearables ist.

Herzfrequenzvariabilität: Schwankungen willkommen

Die zeitlichen Abstände zwischen Herzschlägen wird RR-Intervall (oder auch NN-Intervall) genannt, das „R“ kommt aus den sog. R-Zacken eines Herzschlags. Das RR-Intervall variiert in der Zeit, was grundsätzlich für ein normales und gesundes Herz spricht. Auch im Ruhezustand. RR-Intervalle können auch von einigen Puls- und Fitnessuhren sowie Smartwatches gemessen und ausgewertet werden, dazu weiter unten mehr.

Man kann die HRV auch praktisch beobachten. Fühlen Sie Ihren Puls und atmen Sie mehrmals tief ein und aus. Beim Ausatmen wird der Puls langsamer, die zeitlichen Abstände zwischen den Schlägen also länger. Beim Einatmen wird der Puls schneller, die RR-Abstände also kürzer.

Die natürlichen Schwankungen können bis zu 100 Millisekunden betragen. Dies ermöglicht dem Herz sich flexibel an unterschiedliche Situationen im Alltag und Sport anzupassen. Die individuelle HRV und ihre Schwankungen hängen von Alter, Geschlecht und erblicher Veranlagung ab. Mit zunehmendem Alter nimmt die Variabilität jedoch ab. Auch Stress kann zu weniger schwankender HRV führen und ist ein weniger gutes Zeichen.

Herzfrequenzvariabilität (HRV) und RR-Intervalle (schematische Darstellnug)
Herzfrequenzvariabilität (HRV) und RR-Intervalle (schematische Darstellung)

HRV in Sportuhren, Pulsuhren und Wearables

Stand der Dinge

Auf HRV-Messungen aufbauende Funktionen und Features finden sich immer mehr in Wearables wie Sport- und Fitnessuhren wieder. Manche Apps messen die HRV gar mit Unterstützung der Smartphonekamera. Die HRV- sowie weitere Herzfrequenz-Messungen werden von den Wearables herangezogen, um den Benutzer mit Informationen zu VO2max, Stresslevel, Erholungsstatus des Herz-Kreislauf-Systems, Lauf-Prognosen und Laktatschwelle zu füttern oder auch Erholungsratgeber und eine bessere Einschätzung der Schlafqualität zu realisieren.

Diese Wearables ersetzen natürlich nicht ausgewiesene Medizinprodukte und sind nicht so exakt wie Geräte bei einem entsprechend ausgestatteten Facharzt. Man fragt sich also, wie genau HRV-Messungen mit Hilfe von Smartphones, Sportuhren, Fitnessarmbändern oder HR-Brustgurt tatsächlich sind und ob man diese auch ohne Hilfe eines Profis selbst durchführen und von den Ergebnissen profitieren kann.

Wie inzwischen einige Arbeiten und wissenschaftliche Ausarbeitungen deutlich machen, zum Beispiel diese hier, liegen die Wearables nicht ganz daneben. Und zwar unabhängig von der eingesetzten Technologie, darunter optische Pulsmessersensoren (Stichwort Photoplethysmographie (PPG)), die Smartphone-Kamera oder ein klassischer HR-Brustgurt. Solche Studien sind zwar nicht so zahlreich wie die Studien und Arbeiten zum Thema Messgenauigkeit der Herzfrequenz mit optischen Pulsmessern in Wearables, werden aber immer mehr. Dabei zeichnet sich ab, dass die Wearables immer besser werden.

Herzfrequenzvariabilität in Garmin, Suunto und weiteren Uhren

Mehrere Sportuhren-Hersteller setzen HRV Mess- und Analyseverfahren des finnischen Spezialisten Firstbeat Technologies Oy ein. Dazu gehören beispielsweise Garmin (z. Bsp. Vivoactive 3, Forerunner 645Fenix 5), Huawei, Jabra, Samsung, Sony oder auch Suunto.

Firstbeat realisiert diverse Features unter anderem aus durch HRV-Messungen ermittelte Werte. Darunter VO2max, Stress, Erholung, Trainingseffekt, Schlafqualität, Laktatschwelle und viele mehr. Je nach Hersteller, Modell und Preisklasse sind diese Features in entsprechender Anzahl auf den Wearables verfügbar.

Bieten die Hersteller den Zugriff auf die Rohdaten an, können Drittanbieter auf diese zugreifen und eigene Apps und Dienste anbieten. Bei Garmin ist das beispielsweise über Garmins App-Store Connect IQ möglich, der Apps zur Verfügung stellt, die auf die kompatible Garmin Uhr geladen werden können.

Herzfrequenzvariabilität in Polar Uhren

Auch der Hersteller Polar Electro bietet bei einigen seiner Modelle, beispielsweise Polar V800 oder der neuere Polar Vantage, einen orthostatischen Test und eine Recovery Pro genannte Funktion an. Beide Funktionen basieren auf Herzfrequenz- und HRV-Daten und werden mit Hilfe von Polar HR-Brustgurte (wie Polar H7 oder auch Polar H10) ermittelt. Ein Export der Messdaten ermöglicht es darüberhinaus sie mit weiteren Apps oder Tools zu analysieren. Diese Arbeit zeigt, dass mit einer Polar Sportuhr und dem Polar H7 HR-Gurt verlässliche und EKG-vergleichbare Messdaten erzielt werden können und somit sehr genau sind.

Herzfrequenzvariabilität in Apple Smartwatches

Auch Apple integriert HRV-Messungen in seine Apple Watch und führt millisekundengenaue Protokolle in der Health App. Aber die Messungen finden nur automatisch (oder mit Hilfe der „Atmen“-App) und laut Protokoll augenscheinlich nicht nach einem festen Schema statt. Das heißt, dass man mit den Daten selbst wenig anfangen kann. Wahrscheinlich sind sie darüberhinaus bedeutungslos, da die Daten nicht vergleichbar sind oder aus Messungen stammen, bei denen sich der Träger bewegt oder andere Störfaktoren die Messung beeinflussen. Dass während körperlicher Bewegung gewonnene HRV-Daten nicht zuverlässig genug sind, belegt etwa folgende Arbeit.

Hier hat sich mal jemand ausführlich mit der Apple Watch mit Bezug auf die HRV beschäftigt. Dass die Apple Watch aber generell in der Lage ist sehr genaue HRV-Messungen aufzuzeichnen zeigt diese Studie. Die mit Hilfe der „Atmen“-App sowie via XML-Datei auslesbaren Rohdaten wurden gegen Messdaten eines Polar H7 HR-Gurts gegengemessen. Die Ergebnisse können sich laut den Autoren sehen lassen. Allerdings wird bemängelt, dass es Messlücken gibt, die die Ergebnisse verfälschen können.

Stressmessung: Ernst gemeint oder Quatsch?

Viele fragen sich wie ein Wearable den Stress eines Benutzers messen kann. Um diese Fähigkeit zu verstehen, müssen wir etwas weiter ausholen. Das kommt daher, dass unser vegetatives Nervensystem (VNS) (auch: autonomes Nervensystem (ANS)) unter anderem Herzschlag und Atmung steuert. Das VNS ist direkt und bewusst praktisch nicht kontrollierbar und arbeitet vollautomatisch im Hintergrund unseres Körpers. Dabei sendet es je nach Situation und Gemütszustand verschiedenste Signale an unsere Organe.

Das VNS ist zweigeteilt und besteht aus Sympathikus und Parasympathikus:

  • Der Sympathikus ist im VNS dann dominant und schlägt Alarm, wenn man sich in einer Stresssituation befindet. Die Herzfrequenz steigt, die HRV nimmt ab (kürzere Abstände der Herzschläge: kürzere RR-Intervalle) und schlägt irgendwann in einem regelmäßigerem Rhythmus. Ein Zeichen für Stresseinflüsse, Belastung oder Regenerationsprozesse.
  • Der Parasympathikus ist eher dann aktiv, wenn der Körper entspannt und erholt ist. Die Herzfrequenz sinkt und somit steigt die HRV. Die Abstände der Herzschläge untereinander ist höher, die RR-Intervalle also länger. Allerdings in einem eher unregelmäßigen Takt. Wir erinnern uns: das ist ein gutes Zeichen für unseren Gemütszustand und ein gesundes Herz.

Deswegen können Sportuhren und andere Wearables indirekt das Stressniveau einschätzen und Aussagen zu körperlichem Gleichgewicht, Belastungen und Regeneration treffen. Kritisch beäugen sollte man die in den Apps vermittelten Werte natürlich immer. Denn diese stehen und fallen mit der Messgenauigkeit der Geräte und Sensoren.

Wie und wann sollte eine HRV-Messung durchgeführt werden

Während die Herzfrequenz am besten während des Trainings gemessen wird, um in Echtzeit die Auswirkungen des Trainings auf das Herz-Kreislauf-System zu beobachten, sollte eine HRV-Messung vergleichbar und unter immer gleichen Randbedingungen vollzogen werden. Auch die Hardware sollte im die selbe sein. Nachfolgend weitere Tipps:

  • Messung morgens gleich nach dem Aufwachen durchführen. Möglichst zur selben Uhrzeit.
  • Für eine möglichst geräuscharme Umgebung sorgen
  • Während der Messung nicht sprechen
  • Nikotin, Alkohol, schwere körperliche Aktivitäten am Vortag meiden

Auswertungen der HRV deuten und verbessern

Wir können hier bezüglich HRV-Messdaten nur einige Tipps für gesunde Sportler mitgeben. Um Messdaten und Informationen zur Herzfrequenzvariabilität in den Apps selbst deuten und besser verstehen zu können, ist eine intensive Auseinandersetzung mit dem Thema notwendig. Viele Apps helfen aber die Daten einzuordnen und unterstützen bei der Durchführung der Tests. Im Zweifelsfall sollte immer der Rat eines Facharztes eingeholt werden.

Eine vergleichsweise niedrige bzw. abnehmende HRV, also kürzere Abstände zwischen zwei benachbarten Herzschlägen, resultiert aus einem schnell schlagenden Herz und deutet etwa auf einen schlechten Fitnesszustand, Stress, andauernde Regeneration oder eine sich anbahnende Krankheit hin.

Eine vergleichsweise hohe bzw. zunehmende HRV, also längere Abstände zwischen zwei benachbarten Herzschlägen, ist in der Regel ein gutes Zeichen, denn sie deutet auf ein langsamer schlagendes Herz hin. Allgemein ist eine hohe HRV ein Hinweis auf ein gesundes und fittes Herz. Der Körper ist also erholter und entspannter, der Fitnesszustand besser. Das nächste intensive Training kann kommen.

Je nach Trainingsintensität und sonstigen Stressfaktoren ergibt sich täglich ein sich ändernder HRV-Level. Bei chronischem oder häufigem Stress oder körperlicher Überanstrengung ist die HRV vergleichsweise niedrig, auch im Ruhezustand. Auf Dauer ist eine niedrige HRV sehr belastend und es besteht die Gefahr, dass es beispielsweise zu physischen Gesundheitsproblemen kommt.

Um seine individuelle HRV zu verbessern ist es im Allgemeinen nötig aktiv an seinem Lebensstil sowie den Trainingsmethoden zu arbeiten, die ausbalanciert sein sollten. Das bedeutet unter anderem, dass nach intensiven Einheiten auch Erholungs- und Ruhephasen eingeplant sein sollten. Dabei helfen verschiedene Wearables mit Trainingsplanunterstützung und entsprechend gut gemachten Apps. Gleich integriert und mitgeliefert wird das Trainingsplanungs-Feature beispielsweise bei bestimmten Garmin– und Polar-Sportuhren.

Sehr ambitionierte Sportler holen sich auch Hilfe beim Sportmediziner- oder wissenschaftler, der beratend zur Seite steht.

Herzfrequenzvariabilität: Weitere Vor- und Nachteile

  • Vorteile
    • Gehört zu den genauesten nicht-invasiven Möglichkeiten unter anderem Aussagen über das Herz-Kreislauf-System, Über- oder Untertraining, Regeneration oder Stressreaktionen zu erhalten
    • Kann mit erschwinglichen Endverbrauchergeräten gemessen werden
    • Täglich in kurzer Zeit durchführbar (ca. 2 bis 4 Minuten)
  • Nachteile
    • In Bewegung oder während des Sports schwierig bis nicht messbar
    • Messung durch Sportuhren oder sonstigen Endverbrauchergeräten nicht so genau wie beim Spezialisten
    • Tiefes Verständnis über die Messergebnisse nötig, um sie selbständig richtig einzuordnen und interpretieren zu können
    • Wenige allgemeine Referenzwerte