Radfahren in Schritte Umrechnen: Die Formel hinter Garmin

Sportuhren, Smartwatches, Fitness-Tracker und neuerdings smarte Ringe werden immer populärer. Einfache Produkte kommen zum Einsatz, um sich selbst zu motivieren und aus kleinen Fortschritten einen nachhaltigen Trend zu machen. Sieht man Tag für Tag, dass die Zahl der Schritte oder der Trainingseinheiten wächst und gleichzeitig das Gewicht schwindet, kann das eine schöne Bestätigung sein.

Viele Nutzer von Fitness-Trackern stellen sich die Frage, wie diese Geräte die gesammelten Daten in nützliche Informationen umwandeln. Am Beispiel des Herstellers GARMIN versuchen wir in diesem Blog die ein oder andere Unklarheit zu beseitigen.

Wie funktionieren Fitness Tracker?

Im Artikel zur Funktionsweise von Fitness Trackern und den unterschiedlichen Sensoren wurde bereits beschrieben, dass Fitness Tracker in erster Linie Bewegungen in ihren einzelnen Bestandteilen, z.B. Beschleunigung und Rotation erfassen. Aus den Messwerten werden dann Rückschlüsse auf die Form der Bewegung gezogen. Als Grundlage für die folgenden Beschreibungen wird angenommen, dass jeder Fitness Tracker in der Lage ist, eine Bewegung als Schritt zu erkennen. Die Anzahl der Schritte ist somit Basis für die weiteren Berechnungen.

Berechnung der zurückgelegten Distanz

Wenn ein Fitness Tracker das erste Mal in Betrieb genommen oder eingerichtet wird, dann werden z.B. über eine Smartphone App Daten zur Person abgefragt. Das sind in den allermeisten Fällen Angaben zu:

• Geschlecht
• Geburtsdatum / Alter
• Größe
• Gewicht

Mit Hilfe dieser Daten (hier spielt vor allem die Körpergröße eine Rolle) kann in Datenbanken nachgeschlagen werden, welche Schrittweite bei solchen Körpermaßen Mittelwert ist. Die Werte werden z.B. bei Reihenuntersuchung erhoben und unter Anwendung statistischer Regeln bereinigt.

Wenn die mittlere Schrittweite für eine Person dieser Körpergröße ermittelt wurde, dann kann man aus der Anzahl der Schritte und der mittleren Schrittweite die zurückgelegte Distanz berechnen.

Es gibt Fitness Tracker der Mittel- und Oberklasse, die das Kalibrieren (d.h. das Einmessen) der Schrittweite erlauben. Dazu wird der Nutzer aufgefordert, eine bestimmte Strecke (z.B. eine 400-Meter-Bahn) abzulaufen und das Ende der Strecke dem Tracker kenntlich zu machen (z.B. per Knopfdruck). Aus der dann fixen Distanz und der gemessenen Anzahl an Schritten kann der Fitness Tracker die Schrittweite für diese Person genau festlegen.

Berechnung des Kalorienverbrauchs

Die Berechnung des Kalorienverbrauchs funktioniert ein bisschen anders, bedient sich im Grundsatz aber des selben Ansatzes - der Zuhilfenahme von Durchschnittswerten und darauf aufbauender Berechnungen. Während für die Berechnung der zurückgelegten Distanz die Körpergröße (zur Ermittlung der Schrittweite) entscheidend war, kommen bei der Berechnungs des Kalorienverbrauchs die anderen Angaben zur Person (Geschlecht, Alter und Gewicht) noch hinzu. Mit diesen Daten kann der Grundumsatz eines Menschen berechnet werden.

Der menschliche Organismus verbrennt zu jeder Zeit Kalorien, auch wenn er ruht. Vor diesem Hintergrund beschreibt der Grundumsatz die Menge an Energie, die ein Mensch bei völliger Ruhe und nüchternem Zustand (d.h. mit leerem Magen) bei einer Temperatur von 28 Grad Celsius zur Aufrechterhaltung der Körperfunktionen verbraucht. Die Angabe erfolgt in Kalorien (oder kcal). Für den Grundumsatz gibt es verschiedene Berechnungsansätze, so dass auch die Ergebnisse ein wenig voneinander abweichen. Obgleich der Grundumsatz, also die Menge benötigter Energie für einen ganzen Tag angegeben wird, lässt sich der Verbrauch pro Stunde einfach durch Division berechnen. Das funktioniert, weil angenommen wird, dass beim Nichtstun der Energieumsatz stets gleich hoch ist.

Metabolisches Äquivalent (MET)

In der Regel möchte ein Besitzer eines Fitness Trackers jedoch nicht wissen, wie viel Energie (in Form von Kalorien) er im völligen Ruhezustand verbrennt, sondern die Anzahl der zusätzlich verbrannten Kalorien durch sein Mehr an Aktivität. Nun ist bekannt, dass beim Sport mehr Kalorien verbrannt werden, als beim Spazieren. Um unterschiedliche Aktivitäten in Hinblick auf den Energieverbrauch zu vergleichen, bedient man sich des metabolischen Äquivalents (engl. metabolic equivalent of task; MET). Die in MET angegeben Werte beziehen sich immer auf den Grundumsatz, so dass die Berechnung des Kalorienverbrauchs leicht ermittelbar ist. Ein MET von z.B. 2 gibt an, dass eine Aktivität zweimal mehr Kalorien verbrennt, als im völligen Ruhezustand.

Grundlage für die Berechnung ist der MET der jeweiligen Aktivität:

Beispiel: Ein 35 Jahre alter Mann mit einer Körpergröße von 190 cm und einem Körpergewicht von 90 Kilogramm hat einen Grundumsatz von 2.012 kcal/Tag. Das entspricht einer benötigten Energie von ca. 84 kcal/Stunde.

• Gehen: 84 kcal/h * 3,0 = 252 kcal/h
• Dauerlauf: 84 kcal/h * 12,0 = 1008 kcal/h

Genauere Werte mit Herzfrequenzmessung?

Häufig wird die Frage gestellt, ob die Messung der Herzfrequenz beim Sport eine genauere Berechnung des Kalorienverbrauchs zulässt. Zunächst gibt es diesen Zusammenhang zwischen Herzfrequenz und Kalorienverbrauch tatsächlich, denn bei hoher Anstrengung benötigt der Körper mehr Energie. Die beim Energiestoffwechsel benötigte Stoffen müssen den Zellen vermehrt zugeführt werden; das Herz schlägt schneller. Um den Kalorienverbrauch genau zu bestimmen muss jedoch das Verhältnis Zwischen Herzfrequenz und Kalorienumsatz bekannt sein. Die genaue Bestimmung funktioniert jedoch nur bei aufwendigen sportmedizinischen Untersuchungen.

Die Rolle von Firstbeat Analytics und VO2max bei Garmin

In den GARMIN Computern ist eine Software der FIRSTBEAT ANALYTICS installiert. FIRSTBEAT ist ein finnisches Unternehmen, das sich seit zwei Jahrzehnten mit physiologischen Analysen im Sport beschäftigt. Im Fokus der Forschungsprojekte hierbei immer: Die Herzfrequenzvariabilität (HRV=Variation der zeitlichen Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Herzschlägen). Mit Hilfe der Auswertungen von mehrere Milliarden an Herzfrequenzen wird die gemessene HRV anhand mathematischer Modelle in personalisierte Informationen zu Training, Stress und Erholung umgewandelt. Die FIRSTBEAT ANALYTICS Software „untersucht“ dann zusätzlich während der Aktivität das Verhältnis von Bewegungsgeschwindigkeit und Intensität.

Nicht nur die Berechnung der VO2max, sondern aller Leistungsstatistiken erfolgen bei GARMIN nach diesem Prinzip. Zudem wird eine, an die Analysedaten gekoppelte KI (Künstliche Intelligenz) genutzt. Während der Trainingseinheit muss die Herzfrequenz mindestens über einen Zeitraum von 20 min bei 70% (oder höher) der max.

Die VO2max wird in der Trainingswissenschaft als Bruttokriterium der aeroben Ausdauerleistungsfähigkeit bezeichnet und als Messwert i.d.R. in Relation zum Körpergewicht angegeben -> Einheit: ml/min/kg.

Die Firstbeat Analytics-Engine filtert eingehende Signale automatisch, um sicherzustellen, dass nur repräsentative Daten für die Erkennung des VO2max-Fitnessniveaus der Benutzer verwendet werden.

VO2max und Laufprognosen

Der VO2max-Wert wird von der Uhr ja bloß ausgehend von den ermittelten Pulswerten und Geschwindigkeiten errechnet. Das ist, wenn man einigen Tests Glauben schenkt, häufig gar nicht mal so weit von der Realität entfernt. Vor längerer Zeit habe ich aus Neugier mal eine Leistungsdiagnostik mit Spiroergometrie gemacht und der gemessene VO2max Wert, der dabei herausgekommen ist, hat nahezu perfekt zu den geschätzten Wert der Garmin Uhr gepasst.

Aus den Werten ermittelt die Uhr eine Laufprognose. Die Laufprognosen sind bei mir jedenfalls gar nicht so weit von der Realität entfernt und könnten in etwa erreicht werden, wenn ich denn gezielt für die jeweilige Distanz trainieren würde.

Bei der Umrechnung von VO2max auf Laufzeitprognosen wird es dann schwieriger. Leider spielen da noch ein paar mehr Parameter als die Sauerstoffaufnahme rein (meist als "Laufökonomie" zusammengefasst). Daher ist die Genauigkeit der Prognosen wohl sehr individuell und bei den meisten Leuten sind sie eher zu optimistisch.

EPOC Wert

Der EPOC Wert (= Excess Post-Exercise Oxygen Consumption) soll laut GARMIN die Sauerstoffaufnahme nach Belastungsende messen können. Diese ist nach dem Sport erhöht, da der Körper versucht, nach körperlicher Aktivität die Homöostase - das physiologische Gleichgewicht - wiederherzustellen, das er vor Trainingsbeginn hatte. Der Sportler soll so mit dem EPOC Wert eine zusätzliche Information erhalten, welche körperlichen Auswirkungen die Trainingseinheit hatte und wie der Erholungsbedarf aussehen sollte. Und bei der Berechnung des EPOC Wertes ist natürlich auch wieder FIRSTBEAT ANALYTICS am Start.

Verwandte Beiträge:

• Wadenkrämpfe beim Radfahren: Ursachen, Vorbeugung & Behandlung
• Schlafende Zehen beim Radfahren? Ursachen & Lösungen
• Ironman Radzeiten: Optimierung & Strategien für die perfekte Performance
• Radfahren auf Dugi Otok: Die schönsten Routen & Tipps
• Moped Führerschein mit 15: Kosten, Voraussetzungen & Ablauf
• Unschlagbare Motocross Kinder Bekleidung – Top Qualität & Style für kleine Racer!