Wie medizinische Wearables und Fitness-Tracker unsere Gesundheit verändern

Wearables: Definition und Funktion

Wearables sind technologische Hilfsmittel, die so kompakt sind, dass wir sie einfach am Körper tragen können. Die Computer im Miniformat erzeugen mit verschiedenen Sensoren eine Vielzahl von Messdaten und lassen sich anhand ihres Nutzens in medizinische und nichtmedizinische Wearables unterscheiden. Medizinische Wearables haben einen klaren Auftrag: Sie unterstützen bei der Behandlung von Krankheiten und können die Lebensqualität insbesondere von Menschen mit chronischen Erkrankungen verbessern. Nichtmedizinische Wearables wie Fitnessarmbänder oder Smartwatches können wir dagegen auch ohne medizinische Notwendigkeit aus reinem Interesse an unseren Vitalfunktionen sowie zur digitalen Kommunikation verwenden.

Seit sie den Massenmarkt erreicht haben, werden Wearables zunehmend kleiner, vielseitiger und vernetzter. Die meisten Wearables lassen sich über Bluetooth mit dem Smartphone verbinden, um die gemessenen Daten darauf zu übertragen und dort auszuwerten. Dadurch wird ein bluetoothfähiges Wearable zum Teil des sogenannten “Internet of Things” (IoT), dem Internet der Dinge: eine Technologie, durch die Geräte und ihre Daten miteinander über das Internet (oder internetähnliche Netzwerke) verbunden sind.Da die meisten Wearable-Anbieter die erfassten Daten nicht nur auf dem Gerät selbst, sondern auch auf verschiedenen, über das Internet verbundenen Servern (die sogenannte “Cloud”) speichern, sind auch immer mehr Gesundheitsdaten über das Internet abrufbar. [1]

2. Arten von Wearables

Während Fitness- und Lifestyle-Wearables meist zur Einschätzung und Dokumentation der persönlichen Gesundheit und Fitness genutzt werden, ermöglichen medizinische Wearables kranken und älteren Menschen ein Leben mit weniger Einschränkungen. Medizinische Wearables benötigen eine behördliche Zulassung, wohingegen Fitness-Wearables, sofern sie rein äußerlich angewendet werden, meistens frei verkäuflich sind.Aufgrund des technologischen Fortschritts sowie der gestiegenen Ansprüche der Nutzer wird die Grenze zwischen Fitness und Medizin immer fließender: Früher konnten Fitness-Wearables, wenn überhaupt, nur wenige medizinisch relevante Daten erheben. Heute warnen einige Produkte bereits vor möglichen Risikofaktoren eines Herzinfarktes. Umgekehrt werden vormals als reine Lifestyle- und Fitness-Wearables ausgelegte Geräte auch für medizinische Zwecke weiterentwickelt.

3. Wearables in der Medizin

Lebenswichtige, körperliche Funktionen unterstützen, Patienten mehr Freiheiten bieten und Ärzten und Forschern neue Erkenntnisse ermöglichen – medizinische Wearables übernehmen entscheidende, gesundheitsbezogene Aufgaben.Dafür müssen sie zunächst ihre Wirksamkeit und ihre einwandfreie Funktion in Studien und Tests unter Beweis stellen. Zugelassen werden nur Geräte, die einen echten Mehrwert bieten, sicher sind und verlässliche Daten hervorbringen. [2] Dazu gehören sowohl speziell durch medizinische Forschung entwickelte Wearables als auch Smartwatches und Tracker, die ursprünglich aus dem Lifestyle- und Fitness-Bereich stammen und nun medizinische Zwecke erfüllen sollen.Viele moderne, medizinische Wearables lassen sich äußerlich anwenden. Meist ersetzen sie ältere und unhandliche Messinstrumente oder ermöglichen zusätzliche Messungen, die mehr Sicherheit und einen besseren Überblick zu den relevanten Daten bieten. [3]

3.1 Tracker zur Blutzuckermessung

Gesundheitstracker vereinfachen die Kontrolle der Messwerte bei Patienten mit chronischen Krankheiten. Im medizinischen Bereich sind sensorbasierte Blutzuckertracker heutzutage verbreitet. Früher mussten sich Diabetiker mehrmals täglich in den Finger stechen, und das Blut von einem Messgerät analysieren lassen. Heute überwacht ein wenige Millimeter großer Sensor an der Rückseite des Oberarms dauerhaft den Blutzuckerspiegel. Alle 60 Sekunden liefert ein Fühler den Zuckerwert der Zwischenzellflüssigkeit. Das zugehörige Messgerät kann den Wert jederzeit ablesen – auch durch die Kleidung. Dank der durchgehenden Messung kann das Gerät eine Prognose abgeben, ob der Blutzucker steigt oder sinkt. Diese Trends visualisiert eine entsprechende App in einem übersichtlichen Diagramm. [4]

3.2 Medizinische Patches

Ein Patch ist ein spezielles Silikonpflaster, das Sensoren auf die Haut am Oberkörper aufbringt. Die Sensoren ermitteln Vitaldaten, wie beispielsweise die Herzfrequenz, das Bewegungs-, das Sitz- und Schlafverhalten. Diese Daten sendet das Patch an das Pflegepersonal. Über eine entsprechende App können Pfleger und Ärzte schnell erkennen, ob die Patienten beispielsweise ihre Liegeposition ausreichend häufig verändert haben, um einem Wundliegen effektiv vorzubeugen. [5]

3.2.1 Patches für postoperatives Monitoring

Patches mit Bewegungssensoren können auch für ein postoperatives Monitoring bei Knievollprothesen und zur Überwachung des Fortschritts im Rahmen einer Rehabilitation genutzt werden. Regelmäßige Arztbesuche macht das Patch überflüssig – schließlich können die Daten über das Internet auch aus der Ferne überwacht und ausgewertet werden. [6] Bevor derartige Patches flächendeckend genutzt werden können, muss jedoch die Kostenübernahme durch die Krankenkassen geklärt werden.

3.2.2 Patches zur Fötus-Überwachung

Für werdende Mütter hat ein Start-up eine Art Patch entwickelt: Die Nutzerin klebt das wenige Zentimeter große und 15 Gramm schwere Gerät mit einem Silikon-Gel-Sticker auf ihren Bauch. Von dort überwacht das Fötus-Überwachungs-Patch die Herztöne des heranwachsenden Kindes. Daraus kann die Nutzerin ableiten, wie weit sie sich beispielsweise sportlich belasten darf. Durch das fortwährende Monitoring durch die Bauchdecke soll die werdende Mutter rechtzeitig auf Unregelmäßigkeit und eventuelle Komplikationen während der Schwangerschaft aufmerksam werden. [7]

3.3 Smartwatches für die ambulante Überwachung und Nachsorge

Schlaganfälle sind in Deutschland die dritthäufigste Todesursache. [8] Dem sollen künftig, so hoffen die Hersteller, Smartwatches entgegenwirken. Mittels Miniatur-EKG-Geräten für das Handgelenk können gefährdete Menschen selbst Elektrokardiogramme erstellen, um einem eventuellen Vorhofflimmern mit erhöhtem Risiko eines Schlaganfalls auf die Spur zu kommen. Welches Gerät zum jeweiligen Patienten passt, hängt vor allem von dessen Symptomen ab. In der Regel setzen die Ärzte je eine Sonde in die Hauptkammer des Herzens und eine in die Vorkammer ein. Diese Sonden geben, von einem neben dem Herzen implantierten elektronischen Schrittmacher gesteuert, in regelmäßigen Abständen elektrische Impulse an den Herzmuskel ab. Geräte der neuesten Generation sind derart klein, dass sie direkt in die Herzkammer implantiert werden können. Sonden sind dadurch überflüssig. Ein Herzschrittmacher kann zudem den Herzrhythmus aufzeichnen und Aufschluss über die Art der Herzrhythmusstörungen geben. [9]

4. Fitness- und Lifestyle-Wearables

Selbstvermessung fürs Handgelenk: Längst haben sich Wearables als schickes Accessoire bei technikaffinen Konsumenten und gesundheitsorientierten Freizeitsportlern etabliert. Ihre Genauigkeit nimmt mit dem technologischen Fortschritt immer weiter zu, bleibt aber noch verbesserungsfähig. Trotzdem liefern die erhobenen Daten einen Indikator für das persönliche Gesundheitsverhalten: Sie sollen uns bewusst machen, wie viel oder wenig wir uns bewegen und uns dazu motivieren, unseren privaten Alltag aktiver und gesünder zu gestalten.

4.1 Sportuhren und Smartwatches

Ob beim Joggen, Fahrradfahren oder Schwimmen: Mit Sportuhren lassen sich die zurückgelegten Strecken aufzeichnen und die gesammelten GPS-Daten an entsprechende Apps und Plattformen übertragen. Neben einem Bewegungsmuster und der Anzahl der Schritte erfassen diese teilweise auch die Herzfrequenz der Sportler. So lassen sich Unterschiede zwischen Ruhe- und Belastungspuls ermitteln und die Intensität des Trainings gezielt überwachen. Früher setzten Pulsuhren dabei auf einen zusätzlichen Brustgurt.Heute messen Sportuhren die Herzfrequenz meist ohne zusätzliches Equipment mittels eines Sensors am Handgelenk. Bei der Herzfrequenzmessung am Handgelenk erfasst die sogenannte “Optische Herzfrequenz-Messung” (auch Optical Heart Rate Measurement, OHR) das Blutvolumen. Dafür senden LEDs ein helles, meist grünes Licht durch die Haut. Eine Fotodiode analysiert anschließend die Intensität des von der Haut reflektierten Lichts und damit das Volumen des Blutflusses. Je stärker der Blutfluss an den Arterien am Handgelenk ist, desto weniger Licht wird reflektiert. [10]Smartwatches hatten dagegen ursprünglich vor allem eine Aufgabe: Sie sollten uns die Kommunikation erleichtern. Die internetfähigen Uhren zeigen E-Mails, Kurznachrichten oder andere Informationen aus dem Netz an. Zunehmend verschmelzen Smartwatches und Sportuhren in ihren Funktionen: Sie bieten nicht nur Kommunikationsfunktionen, sondern messen auch den Puls, zählen zurückgelegte Schritte oder warnen bei Verdacht auf Herzrhythmusstörungen.Während des Sports helfen die auf dem Display angezeigten Daten oder Signaltöne den Trainierenden, ihre Vitalwerte, wie beispielsweise die Herzfrequenz, im Blick zu behalten und ihre Trainingsintensität daran anzupassen. Über spezielle Social-Media Plattformen können Leistungsdaten aus dem Training mit anderen geteilt sowie kommentiert und bewertet werden.

4.2 Fitnessarmbänder und -tracker

Viele Fitnessarmbänder, auch Fitnesstracker genannt, sind bewusst schlank gestaltet, damit sie im Alltag nicht stören. Am Handgelenk wirken sie meist eher wie Schmuck, während Sportuhren und Smartwatches oft wie Minicomputer aussehen. Einige Fitnessarmbänder verzichten sogar auf ein Display. Die Datenauswertung erfolgt bei ihnen allein über das Smartphone.
Die Tracker zählen meistens unsere Schritte, berechnen daraus den jeweiligen Kalorienbedarf für den Tag und erinnern uns daran, bei der Arbeit am Schreibtisch gelegentlich aufzustehen. Sie nutzen in der Regel eine Kombination aus zwei verschiedenen Sensoren: der eine misst die Beschleunigung, der andere die Rotation. Der Beschleunigungssensor bestimmt die Geschwindigkeit unserer Bewegungen, während der Drehungssensor die Richtung dieser Bewegungen erfasst.Auch in der Nacht können Fitnessarmbänder Daten sammeln, die Aufschluss über die jeweiligen Schlafphasen geben können. Der Bewegungssensor zeichnet die Bewegungsmuster, die Ruhephasen sowie die Anzahl und die Länge der Bewegungen im Schlaf auf. Daraus berechnet die zusätzlich benötigte Schlaftracker-App, wie wir geschlafen haben. Dies ermöglicht Rückschlüsse auf die jeweiligen Schlafphasen und somit auf die Schlafqualität, die für die Regeneration unseres Körpers und unseres Geistes entscheidend ist.

Welche Schlüsse aus diesen Daten zu ziehen sind, bleibt den Nutzenden bei vielen Trackern noch weitestgehend selbst überlassen. Der medizinischen Forschung könnten derartige Vitaldaten jedoch wertvolle Aufschlüsse liefern. Deshalb setzt die Wissenschaft große Hoffnung in das Konzept der “Datenspende”: Damit wäre es Wearable-Usern zukünftig möglich, ihre Daten anonymisiert oder pseudonymisiert der Forschung zur Verfügung zu stellen. Der Datenpool könnte dabei helfen, Erkrankungen besser zu verstehen, die Früherkennung von Krankheiten zu fördern und Therapieformen zu optimieren – um im besten Fall Menschenleben retten. [11]

5. Wachsender Datenpool mit Potential

Der Markt für medizinische Wearables und Fitness-Tracker wächst stetig. [12] Die Geräte werden immer erschwinglicher und lassen die Menge der erhobenen Gesundheitsdaten rasant ansteigen. Zur gleichen Zeit wächst auch die Zahl der Menschen, die an chronischen Erkrankungen leiden. Gesundheitsorganisationen, Forscher und Unternehmen hoffen, dass der Datenpool ihnen dabei hilft, Geräte und Behandlungen stetig weiterzuentwickeln und so auch die Kosten für das Gesundheitswesen zu reduzieren. Für die Gesundheitsforschung stellt der wachsende Datenpool ein riesiges Potential dar: Jedoch sind die Forscher darauf angewiesen, dass Menschen entsprechende Daten freiwillig bereitstellen bzw. ihre Daten “spenden”.

5.1. Datenspende

Die Funktionen von medizinischen Wearables und Fitness-Wearables werden immer vielfältiger, die Grenzen verschwimmen zusehends. Mittlerweile können Fitnessarmbänder auch medizinische Zwecke erfüllen: Sie können zum Beispiel darüber Aufschluss geben, ob der Nutzer an Grippe erkrankt ist – manchmal noch bevor der Träger des Wearables die Symptome selbst bemerkt. In einer Studie fanden Forscher einen Zusammenhang zwischen einem erhöhten Ruhepuls in der Nacht und dem Auftreten der Grippe. Für diese Studie verwendeten die Forscher Puls- und Bewegungsdaten, die ihre Probanden mit einfachen Fitnessarmbänder ermittelten, die die Probanden über zwei Jahre Tag und Nacht am Handgelenk trugen. [13]

Damit Studien wie diese medizinische Zusammenhänge erkennbar machen, benötigen die Forscher eine möglichst große Menge an Daten. Wearables könnten die Gesundheitsforschung unterstützen, indem die Träger ihre Daten selbstbestimmt entsprechenden Projekten und Studien bereitstellen, was auch unter dem Konzept der Datenspende bekannt ist.

5.2. Daten aus Wearables gegen die Coronavirus Pandemie

Auch zur Eindämmung des neuartigen Coronavirus könnten Daten aus Wearables wie Fitnesstrackern und Smartwatches eine wichtige Rolle spielen. Daten über Aktivität und Herzfrequenz der Nutzer, können wissenschaftlich ausgewertet werden und Erkenntnisse über bestimmte Symptome liefern, wie Fieber oder verändertes Schlafverhalten. Diese Symptome werden unter anderem auch in Verbindung mit einer COVID-19 Erkrankung gebracht. Die über Wearables erhobenen Gesundheitsdaten ersetzen keinen Corona-Test zur Diagnose, sie könnten aber, insbesondere bei Verfügbarkeit in großen Mengen und in Verbindung mit weiteren Datenpunkten, Rückschlüsse zum Beispiel über die Ausbreitung von Corona-Infektionen ermöglichen.Das Robert Koch-Institut (RKI) hat die Chancen und Möglichkeiten einer Datenspende von Wearable-Daten in diesem Zusammenhang erkannt und hat vor kurzem eine App zur freiwilligen Übermittlung von Gesundheitsdaten veröffentlicht. [14] Mit der Corona-Datenspende-App können Nutzer Daten von Fitnessarmbändern, Smartwatches und Gesundheitsapps an das RKI übermitteln. Das Institut erhofft sich auf diese Weise neue Erkenntnisse zu Verbreitung und Dunkelziffer von Corona-Infektionen in Deutschland zu gewinnen.Bei der weiteren Erforschung des Coronavirus und in der Medizin allgemein ist zu erwarten, dass Daten aus Wearables eine zunehmend bedeutende Rolle spielen werden. Nutzer könnten mit ihren Gesundheitsdaten aus Wearables einen maßgeblichen Beitrag zur medizinischen Forschung leisten. Bei allen Lösungen sollten Datenschutz und Persönlichkeitsrechte jederzeit gewährleistet sein [15]. Auch ohne Corona-Bezug ist dies ein wichtiger Grundsatz für andere Wearables und Apps im Umgang mit schützenswerten Gesundheitsdaten.

6. Die Grenzen von Wearables

Bei vielen Geräten, insbesondere bei Fitness-Wearables für den Consumer Bereich, bestehen noch funktionale und messtechnische Verbesserungsmöglichkeiten. Auch deren Anbindung an das Internet der Dinge wird äußerst kontrovers diskutiert – vor allem aus Gründen des Datenschutzes.

6.1. Sicherheit der Daten

Fitnesstracker, Smartwatches und Sportuhren bringen viele praktische Funktionen mit, die meist erst in Verbindung mit einem Smartphone und einer entsprechenden Webplattform ausgewertet werden können. Die Datenschutzkonformität zwischen den einzelnden Anbietern variiert mitunter stark.Mit der Nutzung der Apps erklären sich die Anwender oft damit einverstanden, dass die Smartphone-App zahlreiche Nutzerdaten abfragt und die gemessenen Vitaldaten an den Anbieter sendet. Was mit den gesammelten Daten dort passiert, darüber informieren die Datenschutzerklärungen der kommerziellen Anbieter teilweise nur dürftig. [16]Neben den sensiblen Gesundheitsdaten senden drei Viertel der getesteten Apps auch Daten zum Nutzerverhalten an den Server des Anbieters. Bei fast allen Apps waren zudem Drittanbieter oder Drittländer an der Verwertung der Daten beteiligt. Nur wenige der Apps im Test verzichteten auf die Standortverfolgung des Nutzers. Datenschutzexperten bezweifeln, dass die Erhebung von Nutzerdaten für die Funktion der App notwendig ist. [17] [18]

6.2. Genauigkeit der Messwerte

Während eine Sportuhr bis auf einige Zentimeter genau die beim Joggen oder der letzten Golfpartie zurückgelegte Strecke aufzeichnen können, sind andere Messergebnisse deutlich umstrittener. Unzuverlässige Messdaten erscheinen Ärzten und Gesundheitsexperten nicht immer sinnvoll. Gerade bei Wearables, die für den gesunden Endverbraucher geschaffen wurden, geht es weniger um valide Gesundheitsdaten als vielmehr um den Abverkauf der technischen Endgeräte. Viele der Daten gerade der günstigeren Fitnessarmbänder scheinen zu ungenau, um aus ihnen medizinische Schlüsse ziehen zu können.So gilt etwa die Ermittlung des Pulses durch optische Sensoren als mäßig zuverlässig. Für andere Erhebungsverfahren, etwa für das Handgelenk-EKG, erscheint eine höhere Zahl von Sensoren wünschenswert. Auch wenn die Sensoren stetig verbessert werden, erreichen sie jedoch selten die Präzision medizinischer Geräte. [19][20]

6.3. Interpretation der Daten

Die Auswertung der medizinischen Wearables übernimmt in der Regel ein Arzt oder ein medizinisch geschulter Spezialist. Bei Lifestyle- und Fitness Wearables sieht das jedoch anders aus: So müssen die Trainierenden beispielsweise die Pulsdaten ihrer Sportuhren selbst auswerten. Die Plattformen, auf denen die Daten der Fitnesstracker zusammengeführt und ausgewertet werden, weisen teilweise deutliches Optimierungspotenzial auf: Die Nutzenden erhalten Messergebnisse und Auswertungen, mit deren Interpretation sie meist allein gelassen werden. Kaum eine App weist an prominenter Stelle darauf hin, dass die Daten eventuell fehlerhaft oder ungenau sein können – und wie sie zu interpretieren sind. Um eine Verunsicherung durch uneindeutige Messdaten oder eine falsche Auswertung durch medizinische Laien zu vermeiden, wünschen sich viele Mediziner hier einheitliche Standards. [21]

7. Auf einen Blick: Wearables zur Gesundheitsförderung

Der Markt an medizinischen und Fitness-Wearables ist sehr vielfältig und bietet zahlreiche Möglichkeiten, die eigene Gesundheit und Fitness zu verbessern. Die Geräte werden kontinuierlich weiterentwickelt und und immer kleiner, leistungsfähiger und multifunktionaler. Dabei verschwimmen die Grenzen zwischen medizinischen und Fitness-Wearables zunehmend.Fitnessarmbänder und Smartwatches können dazu beitragen, uns unseren Lebensstil bewusst zu machen und auf dieser Basis positiv zu verändern. Dennoch besteht neben zahlreichen Vorteilen auch einiges Verbesserungspotential vor allem in puncto Datenschutz. Medizinische Wearables können lebenswichtige, körperliche Analysen übernehmen, die zuvor nur mit invasiven Methoden möglich waren. Damit verhelfen sie insbesondere älteren oder chronisch kranken Menschen zu neuer Lebensqualität.Nicht zuletzt könnten Wearables die Gesundheitsforschung zukünftig unterstützen, indem die Trägerinnen und Träger einer Nutzung ihrer Vitaldaten für entsprechende Studien zustimmen. Mit Blick auf die aktuelle Forschung zu unserem mobilen Gesundheitsverhalten scheint eines klar: Die Zukunft ist tragbar.