Maximale Herzfrequenz-Formel Forschung: 220 minus Alter vs. Tanaka, Nes und Gulati

Fast jedes Fitness-Wearable an deinem Handgelenk setzt stillschweigend eine Zahl voraus. Maximale Herzfrequenz. Aus dieser einzigen Schläge-pro-Minute-Obergrenze leitet die Uhr jede Zone, jeden Erholungs-Score und jede "Du befindest dich in der Fettverbrennung"-Benachrichtigung ab. Und seit einem halben Jahrhundert kommt die Standardzahl aus derselben Kurzformel. 220 minus dein Alter.

Diese Formel steckt in Lehrbüchern, auf Laufband-Plakaten im Fitnessstudio und in der Firmware von Garmin, Apple Watch, Whoop und Polar. Sie wurde auch still und leise von den Sportphysiologen pensioniert, die sie untersuchen. Die Gründe sind wenig schmeichelhaft. Die Gleichung wurde nie aus einer sauberen Studie abgeleitet. Ihre Standardabweichung ist weit genug, um eine leichte Fahrt fälschlicherweise als Schwellentraining einzustufen. Und Frauen, ältere Erwachsene und gut trainierte Athleten werden systematisch falsch eingeschätzt.

Bessere Gleichungen existieren. Tanaka, Nes und Gulati führten jeweils große Studien durch und veröffentlichten sauberere Zahlen. Keine ist perfekt. Aber zu wissen, woher 220 minus Alter kommt, was die Alternativen besagen und wann welche nützlich ist, ist der Unterschied zwischen dem Training auf eine Zahl, die etwas bedeutet, und dem Training auf eine erfundene Zahl. Gehen wir die Forschung durch.

Die Forschung: Was Studien zeigen

Vier Arbeiten leisten die meiste Arbeit im Gespräch über maximale Herzfrequenz. Sie umspannen eine Generation der Sportphysiologie und beantworten unterschiedliche Fragen: Woher kam 220 minus Alter, wie sieht eine echte Vorhersagegleichung aus, was ändert sich, wenn man Frauen beprobt, und wie genau ist das alles auf individueller Ebene?

Robergs und Landwehr 2002: Woher 220 minus Alter stammt

Die klarste Widerlegung ist die einfachste zu lesen. Robergs und Landwehr (2002), im Journal of Exercise Physiology Online, gingen auf die Suche nach dem ursprünglichen Ursprung von 220 minus Alter. Sie fanden keinen. Die Formel lässt sich bis zu einem Kapitel von 1971 von Fox, Naughton und Haskell zurückverfolgen, das eine von Hand gezeichnete Regressionslinie durch Daten aus 11 zusammengestellten Studien plottete. Die Linie war eine Beobachtung, kein getestetes Vorhersagemodell. Fox selbst hat nie behauptet, dass es klinisch-gradwertig sei.

Robergs und Landwehr bündelten dann die verfügbare Forschung, um den tatsächlichen Fehler zu schätzen. Die Standardabweichung der 220-minus-Alter-Schätzung liegt je nach Stichprobe zwischen 7 und 12 Schlägen pro Minute. Eine Standardabweichung von 10 bedeutet, dass etwa ein Drittel der gesunden Erwachsenen eine wahre maximale Herzfrequenz von mehr als 10 Schlägen über oder unter der Schätzung hat. Manche liegen 20 daneben. Für eine 40-jährige Person ist das der Unterschied zwischen Zone-2-Training und Training an der Laktatschwelle, während man dieselbe Zahl beobachtet.

Ihr Fazit war deutlich. Die Formel hat begrenzte wissenschaftliche Gültigkeit. Sie ist geblieben, weil sie leicht zu merken ist, nicht weil sie funktioniert.

Tanaka, Monahan und Seals 2001: Die bessere allgemeine Gleichung

Die am häufigsten zitierte Ersatzformel erschien ein Jahr vor der Robergs-Kritik. Tanaka, Monahan und Seals (2001) im Journal of the American College of Cardiology bündelten 351 Studien mit 18.712 Probanden und führten eine separate Labor-Validierung an 514 gesunden Erwachsenen durch. Sie erstellten eine saubere lineare Gleichung. 208 minus 0,7 mal Alter.

Die Tanaka-Formel stimmt besser mit dem tatsächlichen im Labor gemessenen Maximum überein als 220 minus Alter über die gesamte Lebensspanne. Bei einer 25-jährigen Person stimmen die beiden Gleichungen eng überein. Mit 40 sagt Tanaka 180 voraus gegenüber 180 für 220 minus Alter. Mit 60 sagt Tanaka 166, während 220 minus Alter 160 sagt. Mit 75 sagt Tanaka 155,5 gegenüber 145. Diese Lücke im späten Leben ist bedeutsam. Die 220-minus-Alter-Formel unterschätzt ältere Erwachsene systematisch, was zu zu niedrig vorgeschriebenen Trainingsintensitäten für die Bevölkerungsgruppe führen kann, die aerobe Zugewinne am meisten braucht.

Tanaka fand auch etwas Nützliches über Geschlecht. Dieselbe Gleichung funktionierte für Männer und Frauen innerhalb der Grenzen ihrer gebündelten Stichprobe ohne statistisch signifikante Wechselwirkung nach Geschlecht. Dieser Befund ist echt, aber er lebte innerhalb einer Stichprobe, die zu Männern und gesunden Erwachsenen tendierte. Die Geschichte wird komplizierter, wenn man Frauen spezifisch beprobt.

Gulati 2010: Eine frauenspezifische Zahl

Das St. James Women Take Heart Project ist eine der größten jemals zusammengestellten Belastungstest-Kohorten von Frauen. Gulati und Kollegen (2010) in Circulation verfolgten 5.437 asymptomatische Frauen durch symptombegrenzte Laufbandtests und verfolgten sie auf kardiovaskuläre Ergebnisse. Die Spitzenherzfrequenz, die sie beim Test erreichten, als Funktion des Alters, gab ihnen eine saubere weibliche Regression. 206 minus 0,88 mal Alter.

Die Steigung ist bedeutsam. Die maximale Herzfrequenz von Frauen sinkt mit dem Alter etwas schneller als die allgemeine Tanaka-Steigung, und der Achsenabschnitt ist niedriger. Bei einer 50-jährigen Frau sagt 220 minus Alter 170 voraus. Tanaka sagt 173 voraus. Gulati sagt 162 voraus. Das ist eine Lücke von 8 bis 11 Schlägen gegenüber den männlich verankerten Formeln. Die falsche verwenden, und man denkt, man könne "Zone 2" bei einer Herzfrequenz aufrechterhalten, die eigentlich näher am Schwellentraining ist.

Gulatis Daten flossen auch in Sterblichkeitsvorhersagen ein. Frauen, deren Spitzenherzfrequenz weit unter der Formelvorhersage lag (ein Zustand namens chronotrope Inkompetenz), hatten im Verlauf ein höheres Gesamtmortalitätsrisiko. Die neue Gleichung war also nicht nur kosmetisch. Sie veränderte, welche Frauen für weitere kardiologische Abklärung markiert wurden. Das ist eine echte klinische Konsequenz der Verwendung der richtigen Ausgangsbasis.

Nes 2013: Das HUNT-Fitness-Update

Die vierte häufig zitierte Gleichung kam aus Norwegen. Nes und Kollegen (2013) in der Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports maßen die maximale Herzfrequenz bei 3.320 gesunden Erwachsenen aus der HUNT-Fitness-Studie (einer Teilmenge der viel größeren Nord-Trøndelag-Gesundheitsstudie). Ihre Gleichung war 211 minus 0,64 mal Alter. Sie liegt zwischen Tanaka und der älteren Fox-Linie und wurde speziell für eine freizeitsportlich aktive Stichprobe erstellt.

Die HUNT-Formel neigt dazu, die maximale Herzfrequenz für fitte Erwachsene etwas höher vorherzusagen als Tanaka. Nes berichtete auch, dass Körperzusammensetzung, Geschlecht und selbstberichtete Fitness nur eine geringe zusätzliche Varianz über das Alter hinaus erklärten, was bedeutet, dass selbst datenreiche Modelle den Einzelnen nicht genau vorhersagen konnten. Ihre Einschätzung war dieselbe wie die aller anderen. Das Alter erklärt den dominanten Anteil der Varianz auf Bevölkerungsebene, aber plus-minus 10 Schläge pro Person ist ein Schwellenwert, den keine Formel überschritten hat.

Shookster 2020: Wie genau ist das eigentlich?

Die ehrlichste Zusammenfassung des Standes der Forschung kam von einem Kopf-an-Kopf-Genauigkeitstest. Shookster und Kollegen (2020) im International Journal of Exercise Science maßen die wahre maximale Herzfrequenz bei 99 gesunden Erwachsenen in einem Laufbandprotokoll, das bei willentlicher Erschöpfung endete, und verglichen die gemessene Zahl mit acht veröffentlichten Gleichungen, darunter Fox, Tanaka, Gellish, Gulati, Astrand, Nes, Arena und Fairbarn. Die mittlere Abweichung der Fox-Gleichung 220 minus Alter war in dieser Stichprobe am kleinsten, aber der individuelle Fehler blieb unabhängig von der verwendeten Formel bei etwa 10 Schlägen pro Minute.

Diese Nuance ist es wert, festgehalten zu werden. Auf Bevölkerungsebene geht es beim Wahl zwischen 220 minus Alter und Tanaka hauptsächlich darum, auf welcher Seite der wahren Linie man liegen möchte. Auf individueller Ebene liegen alle daneben um einen bedeutsamen Betrag. Die richtige Reaktion ist nicht, eine präzisere Gleichung zu jagen. Es ist, aufzuhören, diese Präzision allein vom Alter zu erwarten.

Warum das für dein Training wichtig ist

Der Grund, warum das alles wichtig ist, ist, dass fast jede Herzfrequenzzone, die du auf einem Wearable siehst, ein Prozentsatz deines Maximums ist. Zone 2 liegt typischerweise bei 60 bis 70 Prozent des Maximums. Schwellenarbeit bewegt sich um 88 bis 92 Prozent. Ein VO2max-Intervall landet über 95 Prozent. Ein Fehler von 10 Schlägen an der Spitze der Kurve wird also zu einem Fehler von 6 bis 7 Schlägen in jeder Zone darunter. Das reicht, um eine Zone-2-Einheit in ein moderates Schuften zu verwandeln oder ein echtes Intervalltraining in eines, das man "nicht hart genug gedrückt hat".

Es ist auch wichtig für die Menschen, die am ehesten eine Fitness-App-Zahl lesen und danach handeln. Ältere Erwachsene, Frauen und bisher sitzende Neueinsteiger sind die Bevölkerungsgruppen, die die 220-minus-Alter-Formel am schlechtesten trifft. Eine 65-jährige Frau, die zügig spaziert, wobei ihre Herzfrequenz bei 145 liegt, befindet sich möglicherweise am oberen Rand angenehmer aerober Arbeit, nicht in einer "gefährlichen" Zone, die die Uhr als zu hoch markiert. Solch eine Fehleinschätzung kann eine ganze Fitnessgewohnheit verderben.

Und es gibt einen Langlebigkeitsaspekt. Die aerobe Kapazität ist einer der stärksten Prädiktoren für Gesamtmortalität, eine Beziehung, die wir ausführlich in unserem Artikel zu VO2max und Langlebigkeit behandeln. Der schnellste Weg, diese Kapazität zu steigern, ist tatsächlich Zeit bei den richtigen Trainingsintensitäten zu verbringen. Diese Intensitäten auf eine Formel zu verankern, die dein Maximum um 10 Schläge verfehlt, kann monatelange Trainingszeit stillschweigend aushöhlen.

Herzfrequenzzonen in der Praxis nutzen

Die praktische Antwort kommt in drei Schichten, in der Reihenfolge der Genauigkeit. Die Formel als Platzhalter verwenden. Das vom Wearable erlernte Maximum als Upgrade nutzen. Einen echten Feldtest machen, wenn die Zahl wirklich wichtig ist.

Die Formel-Ebene (Gut genug für den Anfang)

Wenn du keine anderen Daten hast, verwende Tanaka für eine allgemeine Schätzung. 208 minus 0,7 mal Alter. Frauen können stattdessen Gulati (206 minus 0,88 mal Alter) verwenden. Ein freizeitsportlich aktiver Erwachsener, der mehrmals pro Woche läuft oder Fahrrad fährt, kann Nes (211 minus 0,64 mal Alter) ausprobieren und sehen, welche Vorhersage der Herzfrequenz entspricht, die er bei harten Anstrengungen tatsächlich erreicht. Sobald eine Zahl in deiner Uhr sitzt, leiten sich alle Zonen daraus ab.

Die Wearable-Ebene (Besser innerhalb von Wochen)

Die meisten modernen Uhren aktualisieren still und leise die maximale Herzfrequenz, die sie für dich annehmen. Garmin und Apple Watch verfolgen beide deine höchste aufgezeichnete Herzfrequenz während des Trainings und passen die Zahl nach oben an, wenn deine echte Obergrenze erscheint. Whoop, Polar und Coros tun dasselbe. Der einfachste Zug ist also, einige harte Einheiten zu machen, die Uhr deine tatsächlichen Spitzenwerte erlernen zu lassen, und zu prüfen, welches Maximum sie sich eingeprägt hat. Diese Zahl liegt in der Regel innerhalb weniger Schläge eines im Labor getesteten Maximums.

Die Feldtest-Ebene (Am genauesten)

Wenn du tatsächlich dein Maximum wissen musst, teste es. Ein verbreitetes Protokoll auf einem Laufband oder Fahrrad ist ein 15-minütiges leichtes Aufwärmen, dann ein 4- bis 5-minütiges Intervall im schnellsten haltbaren Tempo, zwei Minuten lockere Erholung, dann ein abschließender 30-Sekunden-Sprint mit allem. Die Spitzenherzfrequenz, die du während des Sprints siehst, ist ein vernünftiger Proxy für das wahre Maximum bei den meisten gesunden Erwachsenen. Einmal pro Woche oder so wiederholen, bis die Zahl aufhört zu steigen.

Ein Feldtest hat Grenzen. Er setzt voraus, dass du gesund genug bist, bis zur willentlichen Erschöpfung zu drücken, ohne kardiologisches Risiko. Er setzt auch voraus, dass deine Motivation dir erlaubt, ein echtes Spitzenniveau zu finden, was schwieriger ist als es klingt. Wenn beides fraglich ist, verwende die Formel und lass die Uhr dein Maximum im Laufe der Zeit erlernen. Beides ist ehrlicher als das Auswendiglernen einer 50 Jahre alten Kurzformel.

Häufige Missverständnisse

Missverständnis 1: "Es gibt eine wahre maximale Herzfrequenz-Formel, und der Rest ist falsch."

Die gibt es nicht. Jede Gleichung wurde auf einer anderen Stichprobe aufgebaut und beantwortet eine leicht andere Frage. Tanaka bündelte hauptsächlich gesunde Erwachsene aus vielen Studien. Gulati beproba spezifisch Frauen. Nes schöpfte aus einer norwegischen fitness-gescreenten Kohorte. Shooksters Kopf-an-Kopf-Test zeigte, dass die "beste" Gleichung davon abhängt, auf wessen Laufband man steht. Gewinner auf Bevölkerungsebene existieren. Gewinner auf individueller Ebene nicht.

Missverständnis 2: "Die Herzfrequenzzonen meiner Uhr sind exakt."

Sie sind so exakt wie die maximale Herzfrequenz, die sie annehmen. Wenn die Uhr auf einem Standard von 220 minus Alter sitzt, liegt jede Zone um den individuellen Fehler der Formel für deinen Körper daneben. Die meisten Uhren erlauben es, ein benutzerdefiniertes Maximum einzustellen, was es wert ist, sobald man entweder eine Feldtest-Zahl oder eine vom Wearable erlernte Obergrenze hat. Ansonsten sind die Zonen eine fundierte Vermutung, verkleidet in farbcodierten Balken.

Missverständnis 3: "Wenn ich eine Herzfrequenz über meinem vorhergesagten Maximum erreiche, stimmt etwas nicht."

Meistens bedeutet das, dass die Vorhersage zu niedrig war. Gesunde Erwachsene erreichen regelmäßig Zahlen, die 10 bis 15 Schläge über ihrer altersbasierten Schätzung liegen. Das "Maximum" in maximale Herzfrequenz ist eine durch die Physiologie gesetzte strukturelle Obergrenze, keine Gefahrenschwelle. Wenn du Symptome hast (Brustschmerzen, Schwindel, Herzrasen), hör auf und suche einen Arzt auf. Wenn du einfach unerwartet fit bist, nimm es als Daten und aktualisiere dein Maximum nach oben.

Was die Forschung für die Zukunft nahelegt

Das ehrliche Bild ist ruhig. Das Alter erklärt einen bedeutsamen Anteil der Variation der maximalen Herzfrequenz in der Bevölkerung. Es erklärt nicht die Variation in deinem Körper speziell. Bessere Gleichungen existieren, und die richtige hängt davon ab, ob man sie für eine allgemeine Schätzung (Tanaka), eine frauenspezifische Zahl (Gulati) oder einen freizeitsportlich trainierten Erwachsenen (Nes) verwendet. Alle sitzen auf einem unreduziblen individuellen Fehlerniveau von etwa 10 Schlägen pro Minute.

Das praktische Vorgehen ist also geschichtet. Mit Tanaka anfangen. Die Uhr deine echten Spitzenwerte erlernen lassen. Wenn die Zahl wirklich wichtig ist, für das Training, einen Feldtest durchführen. Und welche Zahl auch immer man landet, daran denken, dass es keine religiöse Wahrheit ist. Aktualisieren, wenn sich die Fitness ändert. Nochmals aktualisieren, wenn die Uhren-Firmware das tut. Die Biologie ist dauerhaft. Die Formel ist ein Werkzeug.

Die tiefere Erkenntnis ist die, die Menschen stört. Es gibt keine einzelne Zaubergleichung. Wearable-Unternehmen implizieren manchmal das Gegenteil, und die 220-minus-Alter-Formel hatte einen langen PR-Lauf für eine Zahl, die nie klinisch gemeint war. Die Forschungsgemeinschaft ist weitergegangen. Die Trainingsgemeinschaft holt auf.

Quellen

1. Tanaka H, Monahan KD, Seals DR. "Age-predicted maximal heart rate revisited." Journal of the American College of Cardiology 37.1 (2001): 153-156. doi:10.1016/S0735-1097(00)01054-8
2. Nes BM, Janszky I, Wisløff U, Støylen A, Karlsen T. "Age-predicted maximal heart rate in healthy subjects: The HUNT Fitness Study." Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports 23.6 (2013): 697-704. doi:10.1111/j.1600-0838.2012.01445.x
3. Gulati M, Shaw LJ, Thisted RA, Black HR, Bairey Merz CN, Arnsdorf MF. "Heart Rate Response to Exercise Stress Testing in Asymptomatic Women: The St. James Women Take Heart Project." Circulation 122.2 (2010): 130-137. doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.110.939249
4. Robergs RA, Landwehr R. "The surprising history of the HRmax=220-age equation." Journal of Exercise Physiology Online 5.2 (2002): 1-10. Open access PDF
5. Shookster D, Lindsey B, Cortes N, Martin JR. "Accuracy of Commonly Used Age-Predicted Maximal Heart Rate Equations." International Journal of Exercise Science 13.7 (2020): 1242-1250. PMC7523886