Heutige Smartwatches nutzen eine Technik namens Photoplethysmographie, kurz PPG, um unsere Herzfrequenz zu überwachen. Die Funktionsweise ist ziemlich beeindruckend: Grüne LED-Lichter strahlen durch die Haut und erfassen winzige Schwankungen im Blutfluss innerhalb unserer Kapillaren. Anschließend werden diese in die BPM-Zahlen umgewandelt, die wir auf unserem Handgelenk sehen. Laut einer im vergangenen Jahr in Nature veröffentlichten Studie erreichen führende Marken eine Genauigkeit von etwa 95 %, wenn eine Person ruhig sitzt, dank cleverer Software, die PPG-Daten mit den Informationen des Beschleunigungssensors kombiniert und so Bewegungen herausfiltert, die die Messung stören könnten. Der große Vorteil dieser Technologie liegt darin, dass Nutzer ihre Ruhepulsfrequenz den ganzen Tag über verfolgen, die Intensität ihrer Workouts bestimmen und sogar Muster in der Erholungszeit ihres Körpers nach Belastung erkennen können.
Die meisten Herzfrequenzmessungen tagsüber liegen laut verschiedenen Studien bei etwa 90 % Genauigkeit, wobei die Messung jedoch bei intensiven Trainings schwierig wird, da die Werte dann aufgrund von Signalstörungen um etwa 15 bis 20 Sekunden verzögert angezeigt werden. Personen mit dunklerer Hautfarbe oder Handgelenkstätowierungen stellen oft fest, dass ihre Geräte Probleme haben, da die Sensoren Signale bei bestimmten Hauttypen einfach nicht zuverlässig erfassen. Für allgemeine Fitnesszwecke funktionieren diese PPG-Systeme im Verbrauchersegment akzeptabel, sind aber bei weitem nicht so genau wie medizinische Geräte. Nehmen wir die Erkennung von Vorhofflimmern – handelsübliche Wearables erkennen es nur in etwa 73 % der Fälle im Vergleich zu professionellen EKG-Geräten in Krankenhäusern. Deshalb betonen Unternehmen stets, dass ihre Produkte nicht zur Diagnose gedacht sind, sondern lediglich einen Hinweis geben sollen, wenn etwas mit dem Herzrhythmus nicht stimmt.
Eine aktuelle Studie untersuchte 400 Personen, die Smartwatches mit PPG-Technologie trugen. Diese Geräte erkannten bei korrekter Anwendung unregelmäßige Herzrhythmen, die auf eine Vorhofflimmern (AFib) hindeuten könnten, in etwa 84 % der Fälle. Wenn Nutzer Benachrichtigungen erhielten, ihren Herzrhythmus mittels EKG überprüfen zu lassen, stellten Ärzte 32 % weniger unbeachtete Fälle über einen Zeitraum von sechs Monaten fest. Der kombinierte Ansatz, bei dem Uhren zunächst eine Vorabprüfung durchführen und anschließend Nutzer zur ärztlichen Diagnose weiterleiten, hat sich bei tragbaren Geräten, die von der FDA zugelassen sind, etabliert. Er hilft, Probleme früher zu erkennen, erfordert jedoch weiterhin die Bestätigung durch medizinisches Fachpersonal und ersetzt nicht allein die Gerätemessungen.
Intelligente Systeme analysieren, wie der Herzschlag einer Person im Vergleich zu ihrem persönlichen Normalzustand ist, erkennen dann, wenn sich Abweichungen ergeben, und senden Warnungen aus. Eine aktuelle Studie des Ponemon Institute aus dem Jahr 2024 hat zudem etwas Interessantes ergeben: Etwa 58 Prozent der Personen, die solche Alarmmeldungen über ihre Smartphone-Apps erhielten, wandten sich innerhalb eines Tages an Ärzte. Die meisten modernen Geräte sind heute direkt mit Krankenhausdatenbanken verbunden, sodass Ärzte monatelange Herzrhythmusmuster einsehen können, ohne darauf angewiesen zu sein, dass Patienten sich daran erinnern, diese selbst aufzuschreiben.
Uhren mit integrierten EKG-Funktionen arbeiten, indem sie über Sensoren auf der Rückseite des Geräts und am oberen Knopf herum messen, was elektrisch im Inneren des Herzens vor sich geht. Wenn jemand diesen Knopf berührt, wird die Verbindung vervollständigt, die erforderlich ist, damit die Uhr die Herzrhythmusmuster erfassen kann. Die Food and Drug Administration hat diese Geräte zugelassen, nachdem sie strenge Prüfanforderungen bestanden haben. Eine letztes Jahr im Journal of Cardiac Electrophysiology veröffentlichte Studie ergab, dass diese Smartwatches, wenn Personen ruhig sitzen, bei der Erkennung unregelmäßiger Herzschläge, sogenannter Vorhofflimmern, in etwa 98 von 100 Fällen mit herkömmlichen Krankenhaus-EKG-Geräten übereinstimmen.
Bedarfsgesteuerte EKG-Aufzeichnungen ermöglichen es Nutzern, proaktiv auf Herzrhythmusstörungen zu prüfen. Systeme markieren unregelmäßige Wellenformen, die mit Vorhofflimmern übereinstimmen, und fördern so eine zeitnahe ärztliche Konsultation. Die meisten Consumer-Geräte können jedoch komplexe Arrhythmien wie die ventrikuläre Tachykardie nicht zuverlässig erkennen. Daher eignen sie sich am besten als Screening-Hilfe und nicht als Ersatz für klinische Diagnosen.
Puls-Oximeter, die Reflektionstechnologie verwenden, funktionieren, indem sie rotes und infrarotes Licht durch die Kapillaren in unserer Haut leiten, um den Sauerstoffgehalt im Blut zu schätzen, bekannt als SpO2. Die meisten Menschen haben tagsüber Werte zwischen 95 % und 100 %, obwohl Verbrauchergeräte nicht immer exakt sind. Sie können sich von medizinischen Überwachungsgeräten um etwa 3 bis 5 Prozentpunkte unterscheiden, insbesondere wenn sich eine Person bewegt oder dunklere Hauttöne hat. Die neueste Gerätegeneration verfolgt tatsächlich sowohl Sauerstoffsättigungsmuster als auch Atemfrequenzen gemeinsam, was dabei hilft, Probleme wie Schlafapnoe oder niedrige Sauerstoffwerte in der Nacht zu erkennen.
Drei Hauptfaktoren beschränken die Zuverlässigkeit fortgeschrittener Messwerte:
Moderne Smartwatches wandeln biometrische Eingaben mithilfe von Schlafanalyse und Aktivitätsüberwachung in aussagekräftige Erkenntnisse zur Gesundheit um. Laut einer Studie aus dem Jahr 2023 Sleep Medicine Review gaben 72 % der Nutzer nach drei Monaten konsequenten Trackings eine verbesserte Schlafqualität an.
Smartwatches sind heutzutage ziemlich gut darin, unsere Schlafphasen zu erkennen. Wenn sie Messungen der Herzfrequenzvariabilität mit Bewegungsverfolgung von Beschleunigungssensoren kombinieren, können die meisten Modelle laut einer im vergangenen Jahr im Journal of Sleep Research veröffentlichten Studie im Vergleich zu den aufwendigen Labortests, sogenannten Polysomnographien, tatsächlich erraten, in welcher Schlafphase wir uns befinden, und zwar mit einer Genauigkeit von etwa 85 bis 92 Prozent. Die Funktionsweise dieser Uhren ist ebenfalls sehr interessant: Sie analysieren, wann sich unsere Herzfrequenz verlangsamt, und verfolgen winzige Bewegungen während der Nacht, um ein Bild unserer Schlafmuster zu erstellen. Dies hilft dabei, Probleme in den besonders tiefen Schlafphasen (sogenannte N3-Phase) und im REM-Schlaf zu erkennen, in denen unser Gehirn Erinnerungen verarbeitet – was entscheidend dafür ist, wie müde wir am nächsten Tag sind. Einige führende Hersteller fügen mittlerweile sogar Hautoberflächentemperatursensoren hinzu, wodurch die Schlafüberwachung noch besser wird. Diese zusätzliche Funktion ist besonders hilfreich für Personen, die unregelmäßige Arbeitszeiten haben oder regelmäßig durch Zeitzonen reisen, da sie ihnen hilft, den internen Körperuhr-Rhythmus besser zu verstehen.
Tragbare Geräte können frühe Anzeichen einer Schlafapnoe durch wiederholte Sauerstoffdesaturierungen (3 % pro Stunde) und ein Restless-Legs-Syndrom anhand erhöhter Bewegungshäufigkeit der Gliedmaßen erkennen und beschleunigen so klinische Überweisungen um 34 % (Wearable Tech Report, 2024). Durch die Korrelation von Schlafdaten mit der täglichen Aktivität bieten diese Geräte maßgeschneiderte Empfehlungen wie:
Hochwertige Modelle verwenden 9-Achsen-Trägheitsmesseinheiten (IMUs), die eine Schrittzählgeneuigkeit von 97 % auch bei nicht-linearen Aktivitäten wie Gartenarbeit oder Tanzen beibehalten ( IEEE Sensors Journal , 2023). Die Berechnung des Kalorienverbrauchs wird durch mehrere Eingabewerte verfeinert:
| Faktor | Einfluss auf die Berechnung |
|---|---|
| Armschwungamplitude | &Plusmn;12 % Aufwand |
| Höhenzunahme | +0,5 kcal pro Stockwerk |
| Kontinuierliche Herzfrequenzbereiche | Metabolische Äquivalente |
| Dieser mehrschichtige Ansatz unterstützt die SMART-gerechte Trainingsplanung – beispielsweise das Halten der Herzfrequenz in Zone 2 für wöchentlich 150 Minuten – zur Optimierung der kardiovaskulären Ausdauer und des Fettstoffwechsels. |
Neue Smartwatch-Technologie versucht, den Blutdruck zu bestimmen, ohne irgendwo Nadeln einzusetzen, hauptsächlich durch die Analyse von PPG- und EKG-Signalen. Eine Studie aus dem Jahr npj Digital Medicine im vergangenen Jahr ergab, dass diese frühen Prototypen Fehler von etwa 5 bis 8 mmHg aufwiesen, wenn sie mit herkömmlichen Klinikmanschetten verglichen wurden, und das auch nur, wenn die Personen stillsaßen. Die Situation wird unübersichtlich, sobald sich eine Person bewegt – allein beim Gehen steigt der Fehler auf bis zu 15 mmHg an. Ältere Menschen stellen eine weitere Herausforderung dar, da ihre Blutgefäße tendenziell steifer sind, was die Messungen zusätzlich verfälscht. Um dieses Problem anzugehen, arbeiten Ingenieure daran, verschiedene Sensortypen – optische und elektrische – zusammen mit fortschrittlicher KI-Technologie zu kombinieren, um genauere Ergebnisse für alle unabhängig vom Alter oder Aktivitätslevel zu kalibrieren.
Die besten tragbaren Geräte heutzutage erfassen Dinge wie nächtliche Hauttemperatur, Herzfrequenzvariabilität und Schlafgewohnheiten, um zu erraten, wann eine Person ovuliert. Klinische Tests zeigen, dass sie dies etwa in 70 bis möglicherweise 85 Prozent der Fälle richtig liegen. Eine Studie aus dem vergangenen Jahr ergab, dass die Kombination von Messungen der Basaltemperatur mit der Schlafqualität die Vorhersage der Phasen des Menstruationszyklus um etwa 22 Prozentpunkte verbessert im Vergleich zur alleinigen Nutzung eines Kalenders. Doch es gibt Grenzen. Bei Frauen mit unregelmäßigen Zyklen oder Erkrankungen wie dem polyzystischen Ovarialsyndrom funktionieren diese Geräte nicht so gut, was bedeutet, dass Ärzte weiterhin andere Instrumente für eine korrekte Diagnose benötigen.
Laut einer aktuellen Studie der Johns Hopkins University aus dem Jahr 2024 sind die meisten Smartwatches auf dem heutigen Markt für medizinische Diagnosezwecke tatsächlich nicht von der FDA zugelassen. Etwa 8 von 10 Gesundheitsfunktionen, die diese Geräte anbieten, haben keine ordnungsgemäße behördliche Genehmigung erhalten. Es gibt weiterhin Probleme hinsichtlich der Messgenauigkeit. Beispielsweise geraten Sauerstoffwerte im Blut bei intensiven Trainings oft durcheinander, und die Überwachung des Herzrhythmus verpasst häufig unregelmäßige Schläge bei Menschen mit dunklerer Hautfarbe. Langfristige Trends weisen jedoch vielversprechende Ergebnisse auf. Eine Untersuchung der Mayo Clinic aus dem vergangenen Jahr ergab, dass fast 70 % der Fälle mit hohem Blutdruck möglicherweise frühzeitig erkannt werden könnten, indem Pulsänderungen über mehrere Monate hinweg verfolgt werden. Auch wenn diese tragbaren Geräte Arztbesuche nicht ersetzen können, helfen sie dennoch dabei, potenzielle Probleme frühzeitig zu erkennen und fördern bessere Gespräche zwischen Patienten und ihren Gesundheitsdienstleistern darüber, was tagtäglich in ihrem Körper vor sich geht.
PPG, oder Photoplethysmographie, ist eine Technologie in Smartwatches, die LED-Lichter verwendet, um Schwankungen des Blutflusses durch die Haut zu messen und so eine kontinuierliche Überwachung der Herzfrequenz ermöglicht.
Smartwatches mit PPG-Technologie erkennen Vorhofflimmern mit einer Genauigkeit von etwa 73–84 % im Vergleich zu den im Krankenhaus verwendeten EKG-Geräten.
Obwohl Smartwatches wertvolle Gesundheitshinweise bieten, sind sie kein Ersatz für medizinische Diagnosegeräte und professionelle ärztliche Beratung.
Smartwatches verwenden Daten zur Herzfrequenzvariabilität und Bewegungsdaten von Beschleunigungssensoren, um die Schlafphasen mit einer Genauigkeit von 85–92 % im Vergleich zur Polysomnographie zu bestimmen.
Verbraucher-Wearables können in ihrer Genauigkeit variieren und weichen um etwa 3–5 % von klinischen Überwachungsgeräten ab.
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