Warum Spikee?

von Prof. Dr. Johannes Maucher Okt. 29, 2016 HRV , Technik

Spikee berechnet mit modernen Verfahren der künstlichen Intelligenz aus individuellen Daten individuelle Indikatoren für Erholung, Belastung, Fitness und Leistungsentwicklung. Dafür braucht es keine spezielle Hard- oder Software. Gemessen wird mit handelsüblichen Sportuhren und Brustgurten. Die Spikee Analysen werden im Webbrowser des PCs, Tablets oder Smartphones ausgeführt. In diesem Beitrag wird die Notwendigkeit individueller HRV-Modelle aufgezeigt.


Geschichte der Herzfrequenzmessung im Sport - aus persönlicher Sicht

Meine erster Erfahrung der Grenze körperlicher Leistungsfähigkeit?
 
Das war in der Fußball D-Jugend des SV Tannheim. Nicht etwa während eines Fußballspiels selbst, sondern während der allgemein gefürchteten Saisonvorbereitung. In dieser Phase standen Dauerläufe und Bergsprints auf dem Programm. Zur Klarstellung: In der Zeit, über die ich gerade schreibe, wurde mit Dauerlauf jeder Lauf länger als eine Sportplatzrunde bezeichnet. Wörter wie Tempolauf oder Jogging gab es damals noch nicht - zumindest nicht auf dem Land. Die besagten Dauerläufe und Bergsprints gingen immer an die Kotzgrenze. Wer knapp unter der Grenze blieb, musste seinen Puls messen. Also zwei Finger an die Innenseite des Handgelenks legen und nach dem Startsignal des Trainers schnell die Schläge mitzählen. Völlig außer Atem in 15 Sekunden 50 Herzschläge zu zählen war gar nicht so einfach. Wer einen Puls von 240 errechnete wurde als Mathe-Depp bezeichnet - weil der maximale Puls nicht höher als 220-Lebensalter sein könnte - so die Theorie.
 
Was dieses Beispiel zeigt: Schon vor 40 Jahren wußte man - auch auf dem Land - dass der Puls ein Indikator für Trainingsintensität ist. Und schon damals gab es Modelle - in diesem Fall für den Maximalpuls - die man für die Interpretation der Messwerte heranzog.
 
Etwa 10 Jahre nach den D-Jugend Bergsprints sah man die ersten Läufer, die sich enge Gurte um die Brust spannten. Damit konnte der Puls genau gemessen und auf der angeschlossenen Uhr komfortabel abgelesen werden - der zweite Meilenstein in meiner kleinen Geschichte der Herzfrequenz im Sport war gelegt. Mir selbst waren diese Geräte zunächst zu teuer und nachdem mir ein Freund seines für ein paar Tage auslieh, wusste ich auch schnell, dass ich so etwas nie brauchen würde. Mit dem Gurt fühlte ich mich wie zugeschnürt. Außerdem sprang der auf der Uhr angezeigte Puls öfters mal auf 240 - Mathe-Depp. Der entscheidende No-Go-Faktor war aber: Es hieß während Dauerläufen sollte der Puls bei ca. 140 liegen. Genau einmal versuchte ich mich an diese Vorgabe zu halten. Ich kam mir dabei langsam wie ein Wanderer vor. Es konnte irgendwie nicht sein, dass das Puls-140-Tempolimit auch für mich galt.
Die Uhr und das herzfrequenzgesteuerte Training ordnete ich nach dieser kurzen Erfahrung in die Schublade Warmduschertraining ein. Die einzig akzeptable Grenze blieb für mich weiterhin die oben schon erwähnte Kotzgrenze.
 
Nochmal gut 15 Jahre vergingen bis zum nächsten Meilenstein: Die ursprünglich teuren Pulsuhren gab es inzwischen beim Aldi für 29.95. Die Uhren der Markenhersteller hingegen wurden eher teurer. Warum teurer? Vordergründig ging es in diesem dritten Meilenstein meiner Geschichte nicht um die Verbesserung der Messung, sondern um die Verbesserung der Modelle. Zum Beispiel versprach die Polar OwnZone eine individuelle Berechnung der Herzfrequenzbereiche für die unterschiedlichen Belastungsstufen. Danach hatte ich ja gesucht: Die OwnZone könnte mir vielleicht erlauben, was mir die pauschale Durchschnittsgrenze verbat: Dauerläufe bei einem Puls von mindestens 150. Weiterhin versprach der Polar OwnIndex die Indikation der eigenen Leistungsfähigkeit - der OwnIndex ist eine Schätzung der VO2max aus den HRV-Daten. Für die Berechnung dieser vermeintlich individuellen Parameter waren in der Uhr komplexe Modelle implementiert. Diese statistischen Modelle wurden irgendwann in den 90er Jahren aus den Daten von relativ wenig Testpersonen erstellt. Das in der Uhr implementierte Modell berechnet nach Eingabe individueller Daten und aus der während eines kurzen Belastungstests aufgenommenen HRV-Daten vermeindlich individuelle Bereiche. Ein interessanter Ansatz. Dafür war ich bereit gut 200.- Euro zu zahlen. Ich maß und testete und maß und testete ....doch das erhoffte Resultat stellte sich nicht ein. Die errechneten OwnZone Bereiche konnten irgendwie nicht stimmen. Auch sie legten mir ein sinnloses Tempolimit auf. Meinen Lauffreunden erging es durch die Bank ähnlich. Nach einigen Wochen verwarfen wir die neuen Konzepte und orientierten uns wie zuvor an der altbewährten Grenze.
 
Warum hat dieser vielversprechende Ansatz nicht funktioniert? 
Weil die Bereichs- und Leistungsindex-Berechnungen nur scheinbar individuell sind. Die Daten, die der User eingibt sind natürlich individuell, aber das Modell selbst wurde aus den Daten einer - aus der Sicht eines Statistikers - viel zu kleinen Gruppe von Testpersonen berechnet. Das feste Modell repräsentiert auch wieder Durchschnittsverhältnisse. Wie unten in diesem Beitrag belegt wird, sind die HRV-Parameter individuell derart verschieden - selbst bei Menschen die als ungefähr gleich fit gelten - dass Durchschnittswerte keine Aussagekraft besitzen. 
 
 
Die Lösung dieses Problems stellt den vierten Meilenstein unserer kleinen Geschichte dar: Auf der Basis individueller Daten erlernte Modelle berechnen individuelle Indikatoren. Die Lösung hat einen Namen: spikee.
Im Gegensatz zu vielen wissenschaftlich fragwürdigen Modellen, die auf der Basis von nicht individuellen HRV-Daten vorgeben individuelle Indikatoren für Leistungsfähigkeit, Erholungszeit oder gar die Laktatschwelle zu schätzen, werden in spikee aus individuellen Daten Modelle für das Verständnis und die Interpretation der eigenen HRV-Parameter berechnet. Damit lernt der Sportler seine eigene Belastungs-, Leistungs- und Erholungsfähigkeit besser kennen um sein Training sensibler und letztendlich effizienter zu gestalten.
 
 

HRV-Modelle müssen personenspezifisch erstellt werden

Was den meisten Sportlern hinsichtlich Herzfrequenz bekannt ist, tritt im Fall der HRV Parameter um ein vielfaches verstärkter auf: Die Werte können auch innerhalb einer Altersgruppe- und Leistungsklasse extrem variieren. Ein Beleg hierfür zeigen die beiden Bubblecharts in diesem Abschnitt. In den Charts ist jeweils auf der horizontalen Achse ein normierter LF-Wert (Leistung im Low-Frequency-Bereich / 100) und auf der vertikalen Achse der entsprechend normierte HF-Wert (Leistung im High-Frequency-Bereich / 100) aufgetragen. Der HF-Wert gilt als wissenschaftlich belegter Indikator für die parasympathische Aktivität. Je höher der HF-Wert umso höher die Erholungsfähigkeit. Im LF-Bereich schlägt sich die sympathische Aktivierung stärker nieder. Je höher der in Ruhe bestimmte LF-Wert umso höher die Leistungsfähigkeit. In einem guten Trainingszustand sollten die Werte sowohl im HF- als auch im LF-Bereich hoch sein. Messpunkte rechts oben im Plot sind also sehr gut - sie werden in Spikee grün angezeigt. Hingegen, deuten Messpunkte links unten (rot) auf starke Belastung, Krankheit oder schlechten Fitnesszustand hin.

Worin unterscheiden sich nun die unten dargestellten Charts? Die Charts zeigen die morgendlichen HRV-Messungen von zwei Ausdauersportlern. Beide Sportler sind etwa gleich alt und trainieren seit vielen Jahren täglich auf ungefähr gleich hohem Niveau. Trotzdem sind die HRV-Parameter der beiden Sportler sehr unterschiedlich: Die LF-Werte des Sportlers 2 sind ca. 4 mal, die HF-Werte gar 10 mal so hoch wie die von Sportler 1.

HRV-Ruhemessung von Sportler 1: Dargestellt sind die HRV-Parameter HF und LF in normierter Form

HRV-Ruhemessung von Sportler 2: Dargestellt sind die HRV-Parameter HF und LF in normierter Form

Die HRV-Parameterbereiche sind also von Person zu Person sehr unterschiedlich - trotz vergleichbarem Leistungsniveau. Daraus folgt:

  • Die gemessenen HRV-Parameter können immer nur relativ in Bezug zu anderen Messungen der selben Person interpretiert werden. Ein Vergleich der Werte zwischen verschiedenen Personen macht keinen Sinn.
  • Modelle, die auf HRV-Durchschnittswerten eines größeren Personenkreises basieren, wie z.B. die oben genannten Modelle für Trainingsbereiche (OwnZone) und Leistungsindizes (OwnIndex) sind aufgrund nur beschränkt aussagekräftig.

In folgenden Blogbeiträgen werden die in spikee berechneten Modelle und deren gewinnbringender Einsatz in der Trainingsanalyse und -Steuerung vorgestellt.