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EKG oder Pulswelle?

Als Herzfrequenzvariabilität (englisch heart rate variability, HRV) wird die Fähigkeit des menschlichen Herzens bezeichnet, die Frequenz des Herzrhythmus je nach Bedarf zu verändern. Auch bei relativer Ruhe können spontan Veränderungen des zeitlichen Abstandes zwischen zwei Herzschlägen auftreten.

Der Abstand zwischen zwei Herzschlägen wird meistens definiert als die Zeit zwischen dem Beginn zweier Kontraktionen der Herzkammern. Dieser Beginn der Kammerkontraktion erscheint im (EKG) als sogenannte R-Zacke. Der Abstand zwischen zwei R-Zacken wird daher als RR-Intervall (auch NN Intervall) bezeichnet. Das RR-Intervall lässt sich als Kehrwert in die Herzfrequenz umrechnen (60 BPM ~ 1000 ms: 60 Beats per Minute ~ 1000 Millisekunden RR-Abstand). Die RR-Intervalle sind im Regelfall nicht gleich lang, sondern unterliegen Schwankungen. Die Quantifizierung dieser Schwankungen bezeichnet man als Herzfrequenz- oder Herzratenvariabilität (HRV).

Die auf dem Markt befindlichen HRV Messgeräte messen mit zwei unterschiedlichen Messverfahren. Bei einigen Geräten werden die RR-Intervalle mit der Pulswelle gemessen. (Finger- oder Ohrclip) bei anderen, mit den elektrischen Signalen ähnlich dem EKG mittels EKG-Sensoren. Wir messen mit Extremitätenklemmen EKG genau.

Die Unterschiede in der Messgenauigkeit sind groß. Messungen haben bis zu 15 % Differenz ergeben. Der Grund dafür ist, die Pulswelle hat keinen genau definierten Spitzenwert. Siehe Abbildung. Bei einem mit dem EKG gemessen RR-Intervall von 828 ms können die Messungen mit der Pulswelle zwischen 800 ms und 856 ms ergeben. Mit zunehmender Messdauer werden die Werte immer ungenauer.

EKG-Sensoren wie der Polar H10 messen die elektrische Aktivität des Herzens direkt über Elektroden am Brustkorb. Dabei wird die R-Zacke des QRS-Komplexes erfasst – der elektrische Impuls, der den Herzmuskel zur Kontraktion antreibt. Dieser Impuls ist scharf, eindeutig und zeitlich präzise auf etwa ±1 ms genau messbar. Es gibt schlicht keinen optischen Umweg, keine Berechnungsschätzung, kein Rauschen durch Mikrobewegungen.

Die Pulswelle - PPG (Photoplethysmographie) z. B. bei Sportuhren misst keine elektrische Herzaktivität, sondern optisch die Volumenänderung des Blutes in den Kapillaren. Ein Lichtsensor strahlt Licht durch die Haut und erkennt, wie viel davon reflektiert wird – mehr Blut absorbiert mehr Licht. Das erzeugte Signal ist von Natur aus eine breite, abgerundete Welle. Der genaue Herzschlagzeitpunkt lässt sich daraus nur rechnerisch schätzen, was eine Unschärfe von typischerweise 5–15 ms erzeugt. Hinzu kommen Artefakte durch Bewegung, Hautpigmentierung, Temperatur und die Sitzposition des Sensors.

Warum EKG-genaue Messung wählen?

Wissenschaftliche Validität. Die gesamte HRV-Forschung und klinische Diagnostik basiert auf EKG-Daten. PPG-basierte HRV-Werte sind mit diesen Referenzdaten nicht direkt vergleichbar. Wer seine Werte mit etablierten Normbereichen oder Studienergebnissen abgleichen will, braucht EKG-Qualität.

Kurze Messintervalle sind möglich. Eine aussagekräftige HRV-Messung dauert mit EKG bereits 2–5 Minuten (z. B. morgens nach dem Aufstehen). PPG-Sensoren benötigen deutlich längere Zeitfenster, um Schwankungen statistisch zu glätten.

Hochfrequente HRV-Parameter werden erst nutzbar. Frequenzbandanalysen (LF/HF-Ratio, RMSSD) reagieren sehr empfindlich auf Messrauschen. Schon eine Abweichung von wenigen Millisekunden verändert diese Kennzahlen spürbar. Für Trainingssteuerung oder Erholungsdiagnostik, wo es auf Veränderungen von Tag zu Tag ankommt, ist die Signalqualität entscheidend.

Kein Algorithmus-Blackbox-Problem. Sportuhren-Hersteller verarbeiten die PPG-Rohdaten mit proprietären Algorithmen, die nicht offengelegt werden. EKG-Sensoren liefern RR-Intervalle, die man selbst weiterverarbeiten oder mit standardisierten Tools auswerten kann.

Zuverlässig auch unter Belastung. Gerade bei intensivem Training, wo die HRV besonders relevant ist, versagt PPG häufig durch Bewegungsartefakte. Der Brustgurt sitzt stabil und liefert auch bei hoher Herzfrequenz zuverlässige Daten.

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