Wie wird HRV gemessen?
Für eine Herzratenvariabilitätsanalyse reicht es nicht, nur den durchschnittlichen Puls zu kennen.
Entscheidend ist die möglichst genaue zeitliche Erfassung jedes einzelnen Herzschlags.
EKG und optische PPG-Sensoren erfassen dabei unterschiedliche physiologische Ereignisse –
und genau daraus können messbare Unterschiede zwischen HRV und Pulsratenvariabilität entstehen.
HRV entsteht aus den Zeitabständen zwischen einzelnen Herzschlägen
Beim EKG werden die elektrischen Herzaktionen und daraus die Abstände zwischen
aufeinanderfolgenden R-Zacken bestimmt. Nach Bereinigung von Extrasystolen und Artefakten entstehen
sogenannte NN-Intervalle. Sie bilden die klassische Grundlage der Herzratenvariabilität.
Beim PPG wird dagegen die ankommende periphere Pulswelle optisch erfasst.
Aus den Abständen zwischen den Pulswellen entsteht streng genommen eine
Pulsratenvariabilität (PRV). Unter stabilen Ruhebedingungen kann sie der
EKG-basierten HRV sehr ähnlich sein, ist aber physiologisch und messtechnisch nicht identisch.
EKG und PPG messen nicht dasselbe Signal
EKG: elektrische Herzaktivität
Das Elektrokardiogramm registriert elektrische Potentialänderungen des Herzens. Für die HRV
wird meist der Zeitpunkt der R-Zacke im QRS-Komplex bestimmt. Der Abstand zwischen zwei
aufeinanderfolgenden R-Zacken ergibt das RR-Intervall.
Für wissenschaftliche HRV-Messungen gilt das EKG als Referenzmethode, weil der Herzschlag
zeitlich direkt am elektrischen kardialen Ereignis erfasst wird.
PPG: optische Pulswellenerfassung
Die Photoplethysmographie nutzt Lichtquellen und Fotodetektoren, um pulsabhängige Änderungen
des Blutvolumens im Gewebe zu erfassen. Typische Messorte sind Finger, Handgelenk, Oberarm
oder Ohr.
Für die Variabilitätsanalyse werden definierte Punkte der Pulswelle – beispielsweise der
systolische Peak oder ein Punkt der ansteigenden Flanke – von Schlag zu Schlag bestimmt.
Pulswellen- und Drucksensorik
Auch mechanische oder druckbasierte Sensoren können das Eintreffen einer Pulswelle erfassen.
Messtechnisch gelten ähnliche Grundprinzipien wie bei PPG: Erfasst wird ein peripheres
mechanisch-hämodynamisches Ereignis und nicht die elektrische Erregung des Herzens selbst.
Deshalb können Gefäßtonus, Blutdruck, Messort, Sensorankopplung und Pulswellenlaufzeit die
gemessenen Schlagabstände beeinflussen.
Warum PPG und EKG unterschiedliche Schlagabstände liefern können
Nach der elektrischen Herzaktion vergeht Zeit, bis die Blutpulswelle einen peripheren Sensor erreicht.
Dieser zeitliche Versatz ist für das Verständnis von PPG-basierten Variabilitätsmessungen entscheidend.
Pulse Arrival Time (PAT)
Die Pulse Arrival Time beschreibt den zeitlichen Abstand zwischen einem elektrischen kardialen
Referenzpunkt – meist der R-Zacke im EKG – und dem Eintreffen eines definierten Pulswellenpunktes
am peripheren Sensor.
PAT enthält sowohl die elektromechanische Verzögerung vor dem Blutauswurf als auch die eigentliche
Laufzeit der Pulswelle durch das Gefäßsystem.
Pulse Transit Time (PTT)
Die Pulse Transit Time bezeichnet enger gefasst die Laufzeit einer Pulswelle zwischen zwei
Gefäßpositionen. Sie ist daher nicht automatisch identisch mit der Zeit vom EKG-R-Peak bis zum
peripheren PPG-Signal.
Im Alltag werden PAT, PTT und „Pulswellenlaufzeit“ teilweise vermischt. Für eine präzise
messtechnische Beschreibung sollten die Begriffe getrennt werden.
Pulsintervall ≈ RR-Intervall + Änderung der Pulse Arrival Time.
Bleibt die Pulsankunftszeit konstant, ähneln sich PPG- und EKG-Intervalle stark.
Ändert sich die Pulsankunftszeit von Schlag zu Schlag, enthält die PPG-basierte Variabilität
zusätzlich Gefäß- und Laufzeiteinflüsse.
Solche Veränderungen können unter anderem mit Gefäßtonus, Blutdruck, Temperatur, peripherer
Durchblutung, Körperlage und autonomen Reaktionen zusammenhängen. Deshalb ist eine PPG-basierte
Pulsratenvariabilität physiologisch nicht in jeder Situation mit einer EKG-basierten HRV austauschbar.
Wie groß können die Abweichungen zwischen EKG und PPG sein?
Es gibt keinen universellen Prozentwert für die Abweichung. Die Differenz hängt unter anderem von
Messbedingungen, Körperhaltung, Messort, Samplingrate, Bewegung, Gefäßzustand und Algorithmus ab.
Studien zeigen jedoch ein klares Muster: In kontrollierter Ruhe kann PPG sehr nahe am EKG liegen;
unter Bewegung und veränderten hämodynamischen Bedingungen nimmt die Austauschbarkeit ab.
| Messsituation / Studie | Beobachtung | Messtechnische Bedeutung |
|---|---|---|
| Gesunde Erwachsene, Rückenlage; PPG Polar OH1 vs. EKG Polar H10 | Sehr hohe Übereinstimmung: ICC 0,955 für RMSSD und 0,980 für SDNN. | Unter standardisierten Ruhebedingungen können ausgewählte PPG-Werte dem EKG sehr nahe kommen. |
| Gleiche Untersuchung, sitzende Position | ICC 0,834 für RMSSD und 0,921 für SDNN; mittlere Bias-Werte insgesamt etwa −2,1 bis −8,1 ms. | Schon Körperhaltung und Kreislaufbedingungen können die Übereinstimmung verändern. |
| PPG an verschiedenen Messorten, hohe Referenz-Samplingrate | Bei 1000 Hz lagen PRV-Kenngrößen im Mittel ungefähr 1–8 % über EKG-basierten HRV-Werten. | Selbst bei sehr guter Zeitauflösung bleiben physiologische Unterschiede zwischen PRV und HRV möglich. |
| Einfluss der PPG-Samplingrate | Etwa 100–200 Hz waren in einer Untersuchung erforderlich, um PRV-Bias unter 2 % zu erreichen; bei ca. 40–50 Hz lag der Bias noch unter 20 %. | Für Beat-to-Beat-Analysen ist eine ausreichend hohe Zeitauflösung wesentlich wichtiger als für eine reine Pulsmessung. |
| Aktuelle Meta-Analyse 2026, 43 Studien | Unter ausgewählten Ruhe-/Kontrollbedingungen insgesamt kleine bis moderate Fehler für RMSSD und SDNN; keine Evidenz für generelle Austauschbarkeit. | Gute Gruppenübereinstimmung bedeutet nicht, dass jedes PPG-System in jeder Situation dieselben Werte wie ein EKG liefert. |
| Bewegung / ambulante Bedingungen | Mehrere Untersuchungen berichten deutlich schlechtere Übereinstimmung als in Ruhe. | Bewegungsartefakte und wechselnde periphere Perfusion sind zentrale Fehlerquellen von PPG. |
Zwei Systeme können Veränderungen ähnlich verfolgen und trotzdem unterschiedliche absolute RMSSD-,
SDNN- oder Spektralwerte ausgeben. Für Verlaufsbeobachtungen sollte deshalb möglichst mit
demselben Sensor, derselben Messposition und demselben Auswerteverfahren gearbeitet werden.
Wo entstehen Unterschiede in einer HRV-Messung?
1. Ereignisdetektion
Beim EKG muss die R-Zacke korrekt erkannt werden. Beim PPG muss ein definierter Punkt der
Pulswelle zuverlässig gefunden werden. Schon wenige Millisekunden Timingfehler können
insbesondere kurzfristige HRV-Kennwerte beeinflussen.
2. Samplingrate
Je niedriger die Abtastrate, desto gröber die Zeitauflösung. Für HRV ist das kritischer als für
den Durchschnittspuls, weil die Schlag-zu-Schlag-Abstände selbst die Messgröße darstellen.
3. Bewegung und Sensorankopplung
PPG reagiert stark auf Bewegung, wechselnden Hautkontakt und Veränderungen der lokalen
Durchblutung. Auch ein EKG kann Artefakte enthalten, ist hinsichtlich der Pulswellenbewegung
jedoch prinzipbedingt weniger abhängig von der peripheren Perfusion.
4. Gefäßphysiologie
PPG enthält zusätzlich Informationen aus dem Gefäßsystem. Veränderungen von Gefäßtonus,
Blutdruck und Pulswellenlaufzeit können deshalb die Pulsintervalle verändern, ohne dass sich
das elektrische RR-Intervall im gleichen Maß verändert.
5. Artefaktkorrektur
Fehlende, zusätzliche oder falsch erkannte Schläge müssen erkannt und behandelt werden.
Unterschiedliche Filter- und Korrekturalgorithmen können aus demselben Rohsignal
unterschiedliche HRV-Ergebnisse erzeugen.
6. Messdauer und Messbedingungen
HRV-Kennwerte hängen von Messdauer, Körperhaltung, Atmung, Tageszeit und Aktivitätszustand ab.
Ergebnisse sind deshalb nur sinnvoll vergleichbar, wenn die Bedingungen ausreichend
standardisiert sind.
Was braucht eine belastbare HRV-Messung?
Für eine aussagekräftige HRV-Analyse ist die Qualität der Beat-to-Beat-Zeitreihe wichtiger als
eine bloße Pulsmessung. Methodische Leitlinien empfehlen für EKG-basierte HRV eine hohe
zeitliche Auflösung; eine aktuelle arbeitsmedizinische Leitlinie nennt idealerweise
1000 Hz und mindestens 250 Hz für EKG-basierte Beat-to-Beat-Aufzeichnungen.
- präzise Erkennung jedes einzelnen Herz- bzw. Pulsschlags
- ausreichende Samplingrate und stabile Zeitsynchronisation
- Kontrolle von Artefakten, Extrasystolen und Fehltriggern
- Dokumentation von Messdauer, Körperposition und Atmung
- möglichst identische Bedingungen bei Verlaufsmessungen
- transparente Angabe, ob die Daten aus EKG-HRV oder PPG-PRV stammen
genau erfassen und trotzdem für eine hochwertige HRV-Analyse ungeeignet sein. HRV benötigt eine
präzise zeitliche Lokalisierung jedes einzelnen Beats.
Welches Messverfahren ist für HRV am besten?
Für Referenz- und Forschungsanwendungen
EKG-basierte Beat-to-Beat-Messungen bleiben die Referenz, wenn absolute zeitliche Präzision,
reproduzierbare RR-/NN-Intervalle oder die Beurteilung der Signalqualität im Vordergrund stehen.
Für komfortable Ruhe- und Langzeitmessungen
Validierte PPG-Systeme können insbesondere unter ruhigen, standardisierten Bedingungen
nützliche und gut reproduzierbare Variabilitätsdaten liefern. Diese sollten fachlich korrekt
als PPG-/PRV-basierte Werte verstanden werden.
Für Verlaufsmessungen
Entscheidend ist Konsistenz: möglichst dasselbe Gerät, derselbe Messort, dieselbe Körperposition,
vergleichbare Tageszeit und dasselbe Auswerteverfahren verwenden.
HRV ist immer auch eine Frage der Messtechnik
Ein HRV-Wert entsteht nicht losgelöst vom Messsystem. Sensorprinzip, Zeitauflösung,
Signalqualität, Artefaktkorrektur und Messbedingungen bestimmen mit, welche Daten am Ende
interpretiert werden. Deshalb sollte vor jeder inhaltlichen Bewertung zuerst geklärt werden,
wie die Schlagabstände erfasst wurden.
Grundlagen zuerst lesen:
Was ist Herzratenvariabilität (HRV)?
Anwendung bei reviQuant:
reviQuant KonstANS
Häufige Fragen zur HRV-Messung
Wird HRV mit einem EKG oder mit einem Pulssensor gemessen?
Die klassische HRV wird aus RR- bzw. NN-Intervallen eines EKG berechnet. Optische Pulssensoren
erfassen dagegen Puls-zu-Puls-Intervalle. Diese werden als Pulsratenvariabilität (PRV) bezeichnet
und können unter stabilen Ruhebedingungen der EKG-basierten HRV sehr ähnlich sein.
Ist PPG genauso genau wie EKG?
Nicht grundsätzlich. Unter kontrollierten Ruhebedingungen können validierte PPG-Systeme eine
sehr hohe Übereinstimmung erreichen. Bewegung, veränderte Durchblutung, Körperlage,
Pulswellenlaufzeit, Sensorposition und Signalverarbeitung können die Abweichungen jedoch erhöhen.
Was ist die Pulswellenlaufzeit?
Die Pulswellenlaufzeit beschreibt die Zeit, die eine Druck- bzw. Pulswelle benötigt, um sich durch
einen Abschnitt des Gefäßsystems auszubreiten. Davon zu unterscheiden ist die Pulse Arrival Time,
die meist vom EKG-R-Peak bis zum Eintreffen der Pulswelle an einem peripheren Sensor gemessen wird
und zusätzlich eine elektromechanische Verzögerung enthält.
Warum können zwei HRV-Geräte unterschiedliche Werte anzeigen?
Unterschiede können aus Sensorprinzip, Samplingrate, Messort, Artefaktkorrektur, Filterung,
Messdauer und den verwendeten Algorithmen entstehen. Deshalb sollten absolute Werte verschiedener
Systeme nicht automatisch als direkt austauschbar betrachtet werden.
Welche Samplingrate ist für HRV sinnvoll?
Für EKG-basierte HRV empfehlen methodische Leitlinien hohe Abtastraten; eine aktuelle Leitlinie
nennt idealerweise 1000 Hz und mindestens 250 Hz. Bei PPG hängt die erforderliche Samplingrate
zusätzlich vom Signal, Messort und Algorithmus ab. Untersuchungen zeigen, dass höhere Raten die
zeitliche Genauigkeit der PRV deutlich verbessern können.
Literatur zur HRV-, EKG- und PPG-Messtechnik
Heart rate variability: standards of measurement, physiological interpretation and clinical use.
PubMed
Publication guidelines for human heart rate and heart rate variability studies in psychophysiology – Part 1:
physiological underpinnings and foundations of measurement.
PubMed
Guideline for the application of heart rate and heart rate variability in occupational medicine and occupational health science.
PMC
A Comparative Study Between ECG- and PPG-Based Heart Rate Sensors for Heart Rate Variability Measurements:
Influence of Body Position, Duration, Sex, and Age.
PubMed
Heart Rate Variability and Pulse Rate Variability: Do Anatomical Location and Sampling Rate Matter?
PubMed
Accuracy of Photoplethysmography-Derived Pulse Rate Variability Compared with Electrocardiography-Derived Heart Rate Variability.
PubMed
Hinweis: Die dargestellten Studien zeigen Unterschiede zwischen Messprinzipien und Geräten.
Ergebnisse einzelner Untersuchungen lassen sich nicht pauschal auf jedes EKG-, PPG- oder Wearable-System übertragen.
HRV verstehen – von der Messung bis zur Regulation
Lesen Sie als Grundlage, was Herzratenvariabilität bedeutet und warum einzelne HRV-Werte
immer im Kontext von Messmethode und Regulationsdynamik betrachtet werden sollten.