Atem-Wearables im Ausdauersport: was die Evidenz zeigt

Atem-Wearables sind Brustgurte oder Westen, die deine Atmung im Training aufzeichnen. Die Atemfrequenz erfassen gute Geräte im Feld mit wenigen Prozent Fehler. Sie folgt der Anstrengung schneller als der Puls. Atemvolumen, Ventilation und Schwellen schätzen sie ungenauer. Ob Training nach Atemdaten schneller macht, ist nach unserer Recherche nicht untersucht.

Was Atem-Wearables messen und was sie schätzen

Dienstagabend, Rolle, zehnmal 30 Sekunden hart, 30 Sekunden locker. Nach der dritten Wiederholung zeigt der Brustgurt 150, nach der achten 168. In den Pausen fällt der Puls kaum noch. Deine Atmung macht etwas anderes. Sie springt mit jedem Antritt hoch und wird in jeder Pause hörbar ruhiger.

Diesen Unterschied wollen Atem-Wearables sichtbar machen. Die meisten sind ein elastischer Gurt oder ein eng sitzendes Shirt mit einem Dehnungssensor um den unteren Brustkorb. Jeder Atemzug weitet den Brustkorb, der Sensor zählt die Dehnungen. Eine Arbeitsgruppe aus Chile nutzt stattdessen kleine Temperaturfühler an Nase und Mund, die den warmen Ausatemstrom erkennen (Contreras-Briceño 2024).

Beworben werden die Geräte mit drei Versprechen: Schwellen ohne Labor, Trainingszonen aus der Atmung und eine Anstrengungsanzeige, die ehrlicher sein soll als der Puls. Um die zu prüfen, hilft eine Unterscheidung, die in den Apps meist verschwimmt. Manches messen die Sensoren fast direkt, anderes rechnen sie aus.

• Die Atemfrequenz ist die Zahl der Atemzüge pro Minute. Sie ergibt sich aus der Zahl der Dehnungszyklen und liegt damit am nächsten an einer echten Messung.
• Das Atemzugvolumen beschreibt, wie viel Luft ein Atemzug bewegt. Aus der Dehnung lässt es sich nur schätzen. Monaco und Stefanini (2021) haben 36 Validierungsstudien zu tragbaren Volumenmessungen gesichtet, von Bewegungssensoren über Dehnstreifen bis zu Mikrofonen.
• Das Atemminutenvolumen, also die Ventilation in Litern pro Minute, ist Frequenz mal Zugvolumen. Es erbt den Fehler des Volumens.
• Die Schwellen VT1 und VT2 berechnet ein Algorithmus aus dem Verlauf dieser Werte im Stufentest.

Je weiter ein Wert vom Sensor entfernt ist, desto mehr Rechnerei steckt in ihm. Das zieht sich durch alle Studien, die wir gefunden haben.

Warum ausgerechnet die Atemfrequenz

Nicolò und Kollegen (2020) ließen zwölf Fußballer zwei Shuttle-Intervallprogramme laufen, einmal 15 Sekunden Belastung auf 30 Sekunden Pause, einmal umgekehrt. Puls und Sauerstoffaufnahme glätteten den Wechsel. Die Atemfrequenz zeichnete ihn nach, auch bei Tempi über dem Bereich der maximalen Sauerstoffaufnahme. Mit dem Anstrengungsempfinden korrelierte sie in beiden Programmen eng, mit r = 0,87 beziehungsweise 0,85.

Woran liegt das? Nicolò und Sacchetti (2023) erklären es in einem Review mit einer Arbeitsteilung. Die Atemfrequenz hängt vor allem an der zentralen Ansteuerung, also an dem Signal aus dem Gehirn, das auch die Muskeln antreibt, bei moderatem Tempo zusätzlich an Rückmeldungen aus der arbeitenden Muskulatur. Das Atemzugvolumen folgt eher dem Stoffwechsel. Die Frequenz zeigt damit, wie sehr du dich anstrengst, das Volumen eher, was im Stoffwechsel passiert.

Für Intervalle ist das ein starkes Argument. Ein Puls, der nach 30 Sekunden noch steigt, sagt wenig über den Antritt, der gerade vorbei ist.

Allerdings hört die Atemfrequenz nicht nur auf die Beine. Girardi und Kollegen (2021) ließen zehn Radfahrer mit einer Trittfrequenz fahren, die gleichmäßig von 55 bis 115 Umdrehungen pendelte. Bei passivem Pedalieren, also ohne eigene Muskelarbeit, schwankte die Atemfrequenz um 3,9 Atemzüge pro Minute mit. Bei moderater Belastung waren es 2,6, bei harter 1,8. Wer locker von 70 auf 100 Umdrehungen wechselt, atmet also schneller, ohne härter zu arbeiten. Dieselbe Arbeitsgruppe zählt in ihrer Übersicht von 2020 weitere Einflüsse auf: Hitze, Kälte, emotionalen Stress und geistige Belastung.

Für Intervalle auf der Rolle oder im Teamsport ist die Atemfrequenz deshalb eine sinnvolle Zusatzanzeige. Als alleiniger Steuerwert für lockere Grundlage taugt sie weniger, weil zu viel anderes sie mitbewegt.

Wie genau messen die Geräte?

Die größte Datenbasis kommt aus der Klinik. Chan und Kollegen (2022) haben in einer Meta-Analyse 84 Studien zu neuen Geräten für Vitalwerte ausgewertet, 56 davon zu Wearables, alle an Menschen im Krankenhaus. Bei der Atemfrequenz lagen die Wearables im Mittel 0,68 Atemzüge pro Minute daneben. Die Grenzen, in denen 95 Prozent der Einzelwerte lagen, reichten von minus 5,7 bis plus 6,9. Die Autoren nennen die meisten Studien klein und methodisch schwach.

Für Sport heißt das wenig. Im Krankenhausbett sprintet niemand.

Auf dem Fußballplatz wird es schwieriger. Dort haben Innocenti und Kollegen (2024) gemessen. 15 Spieler absolvierten ein 30-minütiges Protokoll mit fußballtypischen Bewegungen, mit einer Atemmaske als Referenz. Getestet wurden drei kommerzielle Geräte: eine Weste von ComfTech, ein Bioharness-Gurt und eine Weste von Tyme Wear. Atemzug für Atemzug lag der mittlere absolute Fehler bei 7,0, 14,6 und 8,7 Prozent. Über 30-Sekunden-Fenster gemittelt sank er auf 1,9, 7,3 und 3,3 Prozent.

Für ein Szenario mit Antritten und Zweikampfhaltung ist das ein gutes Ergebnis. Bei 40 Atemzügen pro Minute sind 3 Prozent gut ein Atemzug. Ein Haken bleibt: Die Forschenden haben die Atemfrequenz mit eigenen Algorithmen aus dem Rohsignal berechnet. Was die App des Herstellers daraus macht, war nicht Teil der Studie.

Am deutlichsten zeigt das eine Studie aus Neuseeland. Das Team um Elliot (2019) ließ zehn Elite-Radfahrer zweimal einen Rampentest bis zur Erschöpfung fahren. Die Fahrer trugen eine Hexoskin-Weste, Referenz war ein mobiler Atemgasanalysator. Bei der Atemfrequenz lag der typische Fehler der Weste bei 1,3 bis 6,2 Prozent. Beim Atemminutenvolumen waren es 9,5 bis 19,6 Prozent. Die Autoren halten die Frequenz für brauchbar. Die Ventilation der Weste solle man bei hoher Belastung mit Vorsicht lesen.

Ein zweites Gerät zeigt dasselbe Muster. Eine Mailänder Gruppe um Antonelli (2020) verglich einen Atemgurt mit einem Laborgerät an 21 Gesunden in Ruhe und auf dem Ergometer. Die Atemfrequenz traf er gut. Die Ventilation unterschätzte er umso stärker, je höher die Belastung stieg.

Woher das kommt, erklärt der Scoping Review von Monaco und Stefanini. Schon im Sitzen lag der Volumenfehler tragbarer Lösungen typischerweise bei 10 Prozent oder mehr, in Bewegung wurde er größer. Naheliegend ist, dass die Erschütterung beim Laufen oder der gebeugte Oberkörper auf dem Rad den Brustkorb auch unabhängig vom Atmen verformen. Fachleute sprechen von einem Bewegungsartefakt.

Wer auf die Atemfrequenz schaut, bekommt also brauchbare Zahlen. Wer Liter pro Minute abliest, liest eine Schätzung.

VT1 und VT2 aus der Weste: Schwellen ohne Labor?

Im Labor bestimmt man die ventilatorischen Schwellen im Stufentest mit Atemmaske und Atemgasanalyse. Die erste Schwelle markiert den Übergang aus dem lockeren Bereich, die zweite den Punkt, ab dem du gegen die zunehmende Übersäuerung anatmest. Wie gut die Laborschwellen selbst zu Laktat und Dauerleistung passen, steht in unserem Artikel zu den ventilatorischen Schwellen VT1 und VT2.

Die einzige unabhängige Studie zur Tyme-Wear-Weste stammt von Gouw, Van Guilder, Cullen und Dalleck (2022). 15 Freizeitsportler (acht Männer, sieben Frauen) liefen im Abstand von sieben bis zehn Tagen zweimal einen Stufentest auf dem Laufband. Gemessen wurde auf 2.348 Metern Höhe in Colorado. Weste und Laborgerät liefen gleichzeitig.

Von Test zu Test war die Weste stabil. Für Zeitpunkt und Tempo der Schwellen lag die Wiederholbarkeit (Intraklassen-Korrelation) bei 0,91 bis 0,98. Das Laborgerät kam auf ähnliche Werte. Nur lag sie systematisch zu tief. An der zweiten Schwelle unterschätzte sie das Tempo im Mittel um 0,5 und 0,8 Meilen pro Stunde, umgerechnet 0,8 und 1,3 km/h, und den Puls um 5,3 und 8,2 Schläge. Vier besonders fitte Teilnehmende wichen durchgehend am stärksten ab.

Rechnen wir das in eine Laufpace um. Liegt deine zweite Schwelle bei 4:30 Minuten pro Kilometer, hätte die Weste nach diesen Mittelwerten 4:47 bis 4:59 angezeigt. Für Schwellenintervalle ist das ein anderes Training.

Die Autoren sehen das gelassener. Trotz der Unterschätzung liefere die Weste für die meisten Menschen eine angemessene Trainingslast, schreiben sie. Ihre eigenen Daten sprechen eher für Vorsicht: Die Einzelabweichungen streuten breit, gerade an der zweiten Schwelle. Wie die Weste die Schwellen berechnet, war den Forschenden nicht bekannt. Das Testprotokoll stammte vom Hersteller. Externe Fördermittel gab es laut den Autoren nicht, Interessenkonflikte geben sie keine an.

Ein anderer Ansatz kommt aus Chile. Das Team von Contreras-Briceño (2024) hat einen Temperatursensor an Nase und Mund an 17 Erwachsenen gegen das Labor geprüft. Bei der Atemfrequenz wich er im Mittel nur 0,3 Atemzüge ab, die Einzelwerte streuten um rund fünf in beide Richtungen. An der ersten Schwelle lag der Puls im Mittel 6,6 Schläge daneben, und die 95-Prozent-Grenzen reichten von 25 Schlägen darunter bis 12 darüber. Danach testete die Gruppe 107 Freizeitsportler zu Hause oder im Studio auf der Rolle, ohne Laborvergleich. Die Mittelwerte wirkten plausibel: rund 72 Prozent der maximalen Herzfrequenz an der ersten Schwelle, 88 Prozent an der zweiten. Zwei der Autoren sind an einem Start-up beteiligt, das sie mitgegründet haben. Einer ist zudem Erfinder auf einer zugehörigen Patentanmeldung.

Der jüngste systematische Review zu Wearables im Teamsport (Čokorilo 2026) fand unter elf Studien genau eine zur Atemfrequenz, mit guter Übereinstimmung im Labor. Die Evidenzbasis nennen die Autoren begrenzt.

Als grobe Orientierung, wo deine Schwellen ungefähr liegen, reicht eine Weste nach diesen Daten. Als Ersatz für einen Stufentest, an dem du Schwellenintervalle auf den Schlag genau ausrichtest, ist sie nicht belegt.

Was noch niemand weiß

Die größte Lücke zuerst. Wir haben keine Studie gefunden, in der eine Gruppe nach Atemdaten trainiert und eine nach Puls oder Watt, mit Rennzeit oder Leistung als Ergebnis. Alles, was oben steht, beschreibt Messgenauigkeit. Ob bessere Messung zu besserem Training führt, ist eine andere Frage. Gestellt hat sie bisher niemand.

Dazu kommt ein Methodenproblem. Vanegas und Kollegen (2020) haben in einem systematischen Review 198 Arbeiten zu Atemsensoren ausgewertet, 113 davon zu Wearables. Fast jede Gruppe baute ihren eigenen Validierungsversuch, mit eigenem Protokoll und eigener Referenz. Vergleichen lassen sich die Ergebnisse deshalb kaum. Einen gemeinsamen Prüfrahmen und Langzeittests fordern die Autoren ausdrücklich.

Weitere offene Punkte aus den Studien selbst:

• Die Algorithmen sind nicht offen. Gouw kannte die Schwellenberechnung der Weste nicht, Innocenti rechnete mit eigener Software. Was die App zeigt, ist damit nur teilweise geprüft.
• Die Gruppen sind klein. Zehn bis 21 Personen pro Vergleich, in den Sportstudien überwiegend Männer, einmal auf 2.348 Metern Höhe. Laufen im Gelände kommt kaum vor, Schwimmen gar nicht.
• Zwei Exemplare desselben Modells können unterschiedlich messen. Wie groß diese Streuung ist, weiß bisher niemand.
• Störgrößen sind kaum eingerechnet. Trittfrequenz, Hitze und Stress bewegen die Atemfrequenz mit, kein Gerät korrigiert das nach unserem Kenntnisstand nachweislich heraus.

Das ist kein Grund, die Geräte abzuschreiben. Es ist ein Grund, ihre Zahlen nicht wie Laborwerte zu behandeln.

Was die Evidenz für dein Training hergibt

Am besten passt die Studienlage zu allen, die viele kurze Intervalle fahren oder laufen und den Puls dabei als zu träge erleben. Im Teamsport und auf der Rolle zeigt die Atemfrequenz Belastungswechsel, die der Puls verschluckt. Das ist ihre stärkste Seite. Sie ist ordentlich belegt.

Wer mit Wattmesser und Brustgurt trainiert und seine Schwellen aus einem Test kennt, gewinnt nach heutigem Stand wenig dazu. Watt beschreiben die äußere Last und reagieren weder auf Hitze noch auf Stress. Ein Brustgurt misst den Puls zuverlässig. Wie groß der Unterschied zwischen Brustgurt und optischem Sensor ist, beschreibt unser Artikel zu optischer Pulsmessung und Brustgurt.

Eine Schwelle aus der Weste ist ein Startwert. Für Zonen, nach denen du monatelang trainierst, bleibt ein Stufentest mit Atemgasanalyse oder Laktat die Referenz. Das Muster kennst du vielleicht schon von der Uhr: Auch die VO2max-Schätzung der Sportuhr trifft den Gruppenschnitt besser als den Einzelfall.

Und wer sich mehr für die Atmung selbst interessiert als für ihre Messung, findet im Artikel zum Atemmuskeltraining, was ein Training der Atemmuskulatur laut Studien bringt.