Wie genau ist die VO₂Max bei WHOOP? Hintergründe zum Algorithmus und dessen Validierung

Die VO₂Max gibt an, wie viel Sauerstoff der Körper bei anhaltender intensiver körperlicher Betätigung verwerten kann. Sie ist einer der aussagekräftigsten unabhängigen Prädiktoren für Ausdauerleistung und langfristige Gesundheit. Die Messung der VO₂Max nach dem Goldstandard findet in einem Labor statt. Dabei wird auf einem Laufband oder Fahrradergometer bis zur absoluten Erschöpfung gelaufen bzw. gefahren und eine Atemmaske getragen. Mit WHOOP lässt sich die VO₂Max im Trainingsalltag auch ohne spezielles Laborequipment und ohne großen Aufwand in Erfahrung bringen.

Wir erklären, wie WHOOP den Wert schätzt, was interne Tests zeigen und worin sich der Ansatz von WHOOP von dem anderer Wearables unterscheidet.

Bedeutung der VO₂Max

Die VO₂Max bezeichnet die maximale Sauerstoffmenge, die der Körper bei maximaler Ausbelastung verwerten kann. Gemessen wird sie in Millilitern Sauerstoffverbrauch pro Kilogramm Körpergewicht pro Minute (ml/kg/min).

Das Besondere an diesem Wert ist, dass er die Leistungsfähigkeit des gesamten aeroben Systems widerspiegelt: Herz, Lunge und Blutgefäße transportieren Sauerstoff, die Skelettmuskeln nehmen ihn auf und verbrennen ihn zur Energiegewinnung. Die VO₂Max fasst all dies in einer einzigen Zahl zusammen, die in engem Zusammenhang sowohl mit der sportlichen Leistungsfähigkeit als auch mit der langfristigen Gesundheit steht.

Im Sport entspricht die VO₂Max der Leistungsfähigkeit des aeroben Stoffwechsels. Sportler mit einem leistungsfähigeren aeroben Stoffwechsel verfügen über mehr Reserven, sodass sie bei gleichem Tempo einen geringeren Anteil ihrer maximalen Leistungsfähigkeit beanspruchen und entsprechend länger ein höheres Tempo aufrechterhalten können.

Im Bereich der Gesundheit ist die VO₂Max einer der aussagekräftigsten Indikatoren dafür, wie lange – und wie gesund – jemand voraussichtlich leben wird. Die Leistungsfähigkeit des Herz-Kreislauf-Systems, das aus Herz, Lungen und Blutgefäßen als Transportsystem besteht, spiegelt sich ebenfalls in der VO₂Max wider. Eine höhere kardiorespiratorische Fitness geht folglich auch mit einem verringerten Risiko für Herzerkrankungen und Schlaganfälle sowie einer niedrigeren Gesamtmortalität einher. So wurde in einer richtungweisenden Studie der Stanford University ein moderater Anstieg der VO₂Max um 3,5 ml/kg/min – etwa das nach ein paar Monaten Training zu erwartende Ergebnis – mit einer um ca. 12 % höheren Überlebensrate in Verbindung gebracht. Diese Ergebnisse wurden 2022 anhand von Daten von fast einer Million Menschen bestätigt. Nicht zuletzt empfiehlt auch die American Heart Association, die kardiorespiratorische Fitness als klinisches Vitalzeichen zu betrachten, das ebenso überwacht werden sollte wie Blutdruck- und Cholesterinwerte.

Der stärkste Rückgang des Mortalitätsrisikos tritt beim Übergang von einer sehr geringen zu einer mäßigen Fitness auf – dabei sinkt das Mortalitätsrisiko um fast die Hälfte. Schon kleine Verbesserungen können also einen Unterschied bewirken. Ob sich solche Fortschritte einstellen, lässt sich leicht herausfinden, indem man die Entwicklung der eigenen VO₂Max im Laufe der Zeit verfolgt: Ein nach oben zeigender Trend deutet auf eine verbesserte Herz-Kreislauf- und Stoffwechselgesundheit hin. Geht der Trend hingegen nach unten, kann dies ein Indikator für einen Fitnessverlust oder eine Erkrankung sein.

Früher brauchte es zur Ermittlung der VO₂Max ein sportphysiologisches oder klinisches Labor und ausgebildetes Fachpersonal. Ähnlich aufwendig gestaltete sich einst die Messung von nächtlicher Ruheherzfrequenz, Herzfrequenzvariabilität und Schlafphasen. Doch was einst nur im klinischen Umfeld möglich war, hat WHOOP inzwischen auch für den Alltag nutzbar gemacht.

Wie WHOOP die VO₂Max schätzt

WHOOP nutzt drei algorithmusbasierte Modelle, die jedem Mitglied eine Schätzung des VO₂Max-Werts liefern. Durch optionalen weiteren Input lässt sich die Genauigkeit weiter verbessern.

Passives Modell (Standard): Für Mitglieder, die ihr Wearable regelmäßig tragen, wird die VO₂Max automatisch geschätzt. Dabei kombiniert dieses Modell vier Kategorien von Signalen:

• Indikatoren der Ruhephysiologie, die während des Schlafs gemessen werden, wenn äußere Einflüsse auf ein Minimum reduziert sind
• Umfang und Intensität körperlicher Aktivität, die mithilfe einer proprietären Aktivitätserkennung erfasst werden
• Schlafgewohnheiten, die Erholung und kardiovaskuläre Anpassung widerspiegeln
• Demografische Variablen (biologisches Geschlecht, Alter, Größe, Gewicht), die zur Festlegung von Ausgangswerten und zur individuellen Anpassung der Schätzung herangezogen werden

Ein Modell für maschinelles Lernen kombiniert diese Signale und berücksichtigt individuelle Unterschiede darin, wie Menschen auf körperliche Betätigung und Erholung reagieren. Die VO₂Max wird geschätzt, wenn in den jeweils letzten 21 Tagen mindestens 14 nächtliche Erholungsphasen aufgezeichnet wurden.

GPS-gestütztes Modell: Hat ein Mitglied in den letzten 90 Tagen einen Lauf im Freien mit GPS-Tracking aufgezeichnet, berücksichtigt WHOOP bei der VO₂Max-Schätzung das Tempo dieses Laufs und die Veränderung der Herzfrequenz als Reaktion darauf. Der Zusammenhang zwischen der Laufgeschwindigkeit und der Belastung des Herzens beim jeweiligen Tempo ist ein gut dokumentierter Prädiktor für die VO₂Max. Werden diese Informationen mit Daten aus dem passiven Modell kombiniert, ist eine genauere Schätzung möglich.

Modell mit Kalibrierung anhand von Referenzwerten: Mitglieder, die einen VO₂Max-Test im Labor mittels Gasaustauschanalyse absolviert haben, können das Ergebnis in der App eintragen. Diesen Laborwert nutzt WHOOP als Referenz für zukünftige Schätzungen, die auf Grundlage von Veränderungen in den WHOOP Daten angepasst werden. Wer maximale Präzision wünscht, kann also die Messung nach dem Goldstandard nutzen und mit WHOOP anschließend Veränderungen im Auge behalten.

Dieser mehrstufige Ansatz wurde bewusst gewählt, um unterschiedliche Voraussetzungen und Bedürfnisse abzudecken: Wer nie im Freien läuft, erhält eine passive Schätzung. Wer dagegen die Laufschuhe schnürt, sieht in der App eine genauere Schätzung. Und wer bei einem Labortest war, kann die Ergebnisse übernehmen und als Grundlage für künftige Schätzungen verwenden. Bei den meisten Wearables kommt nur eines dieser Modelle zum Einsatz – bei WHOOP sind es alle drei.

Was interne Tests zeigen

Der Datensatz im Überblick: 248 Testteilnehmer · Laufbandtests mit stufenweiser Erhöhung der Belastung bis zur gewollten Erschöpfung · Stoffwechselmessgerät Parvomedics TrueOne 2400 · Gasaustauschanalyse in 30-Sekunden-Intervallen · Bestätigung bei jedem Test anhand von INTERLIVE-konformen Kriterien, dass das tatsächliche physiologische Maximum erreicht wurde

Zur Entwicklung und Evaluierung des Algorithmus wurden in den WHOOP Labs VO₂Max-Daten nach dem Goldstandard erfasst. Der für den aktuellen Algorithmus verwendete Datensatz umfasst die Ergebnisse von 248 Testteilnehmern, die einen Laufbandtest bis zur gewollten Erschöpfung auf einem Parvomedics TrueOne 2400 absolvierten. Dabei handelt es sich um ein in der Sportphysiologie übliches Stoffwechselmessgerät. Der Gasaustausch wurde in 30-Sekunden-Intervallen gemessen, um den Sauerstoffverbrauch direkt zu berechnen.

Bei allen Teilnehmern wurde bestätigt, dass sie ihr tatsächliches physiologisches Maximum erreicht hatten. Dazu wurden bei jedem Test vier Standardkriterien überprüft: ein Plateau der Sauerstoffaufnahme, eine wahrgenommene Anstrengung von über 17 (auf einer Skala von 6 bis 20), eine Herzfrequenz innerhalb von 10 % des altersabhängigen Maximums sowie ein respiratorischer Quotient von mindestens 1,10. Testergebnisse, die diese Kriterien nicht erfüllten, wurden nicht zum Training des Algorithmus herangezogen.

WHOOP kann die VO₂Max zuverlässiger schätzen als andere Wearables, die oftmals submaximale Testverfahren oder Stichproben als Datengrundlage nutzen, bei denen keine maximale Anstrengung nachgewiesen wird. In diesem Zusammenhang zeigte eine systematische Untersuchung des INTERLIVE-Konsortiums – einem internationalen Netzwerk von Forschenden, die sich mit der Messung körperlicher Aktivität durch Wearables befassen – aus dem Jahr 2022, dass unterschiedliche Methoden zur Bestätigung maximaler Anstrengung ein ungelöstes Problem bleiben. WHOOP nutzte die vom INTERLIVE-Konsortium veröffentlichten Empfehlungen als Grundlage für die Datenerhebung.

Genauigkeit im Vergleich zu Labormessungen. Unsere internen Tests, die einer Kreuzvalidierung unterzogen wurden, ergaben Folgendes:

• Das passive Modell wies im Vergleich zum Laborwert einen mittleren absoluten Fehler von 3,7 ml/kg/min auf, bei einem mittleren absoluten prozentualen Fehler von 8,0 % und einer Pearson-Korrelation von 0,90.
• Beim GPS-gestützten Modell verbesserte sich dies auf einen mittleren absoluten Fehler von 3,3 ml/kg/min, einen mittleren absoluten prozentualen Fehler von 7,1 % und eine Pearson-Korrelation von 0,91.

Die VO₂Max-Schätzung von WHOOP entspricht nahezu den Laborwerten und wird wöchentlich aktualisiert, sodass Mitglieder verfolgen können, wie sich ihre kardiorespiratorische Fitness entwickelt.

Keine Unterschiede zwischen Gruppen. Der mittlere absolute Fehler blieb beim GPS-gestützten Modell bei allen Geschlechtern (männlich, weiblich), Altersgruppen (<30, 30–50, >50) und Bereichen der tatsächlichen VO₂Max unter 4 ml/kg/min. Das passive Modell wies in den Bereichen mit der niedrigsten und höchsten tatsächlichen VO₂Max einen etwas höheren Fehler auf. Die Stichprobe war hinsichtlich Geschlecht und Alter bereits breit gefächert. Im weiteren Verlauf der Auswertung soll jedoch die Repräsentativität auf zusätzliche Bevölkerungsgruppen ausgeweitet werden.

So kann WHOOP deine VO₂Max möglichst genau schätzen

1. WHOOP regelmäßig tragen: Damit der Algorithmus die nötigen Daten erhält, musst du dein Wearable im Alltag und vor allem beim Sport und beim Schlafen tragen. Die passive Schätzung der VO₂Max wird nach 14 aufgezeichneten nächtlichen Erholungsphasen innerhalb von 21 Tagen freigeschaltet.
2. Profil auf dem neuesten Stand halten: Neben Größe, Alter und biologischem Geschlecht fließt auch das Gewicht in die Berechnung ein – und ungenaue Angaben führen zu Fehlern. Wenn du ab- oder zunimmst, solltest du deshalb deine Gewichtsangabe aktualisieren (vernetzte Smart-Waagen können den Wert automatisch synchronisieren).
3. Läufe im Freien mit GPS-Tracking aufzeichnen: Wenn du einen mindestens 15-minütigen Lauf im Freien mit aktiviertem GPS aufzeichnest (indem du „Strecke tracken“ aktivierst), kommt das GPS-gestützte Modell zum Einsatz und die Schätzung wird genauer.
4. Im Labor gemessenen VO₂Max-Wert eintragen: Wenn du einen Labortest mit Gasaustauschanalyse gemacht hast, kannst du das Ergebnis in der Trendansicht deiner VO₂Max manuell hinzufügen. WHOOP verwendet diesen Wert dann künftig als Referenzwert.

Fazit

• Die VO₂Max gibt an, wie viel Sauerstoff der Körper bei anhaltender intensiver körperlicher Betätigung verwerten kann. Der Wert ist ein Indikator sowohl für die aktuelle körperliche Leistungsfähigkeit als auch für die langfristige Gesundheit.
• WHOOP nutzt zur Schätzung der VO₂Max drei algorithmusbasierte Modelle: passiv, GPS-gestützt und anhand von Referenzwerten kalibriert.
• Der Algorithmus wurde mithilfe von 248 im Labor durchgeführten Tests mit Gasaustauschanalyse entwickelt. Bei jedem einbezogenen Test wurde eine maximale Anstrengung bestätigt.
• In internen Tests wich die Schätzung von WHOOP lediglich um 3,3 bis 3,7 ml/kg/min vom Laborwert ab.

WHOOP schätzt deine VO₂Max jede Woche neu, um dir zu zeigen, wie sich deine Fitness entwickelt.

Häufig gestellte Fragen

Wie genau ist die VO₂Max bei WHOOP?

VO₂Max-Schätzungen von WHOOP weichen um 3,3 bis 3,7 ml/kg/min von im Labor gemessenen Werten ab. Eine höhere Genauigkeit lässt sich erzielen, wenn das Wearable regelmäßig getragen wird, Läufe im Freien mit GPS-Tracking aufgezeichnet werden oder Ergebnisse von Labortests als Referenzwerte eingetragen werden.

Wie berechnet WHOOP die VO₂Max?

Hierzu kommen drei algorithmusbasierte Modelle zum Einsatz: Das passive Modell, das verfügbar ist, sobald innerhalb von 21 Tagen mindestens 14 nächtliche Erholungsphasen aufgezeichnet wurden, stützt sich auf Daten zu Ruhephysiologie, Aktivität und Schlaf sowie auf demografische Merkmale. Ein GPS-gestütztes Modell ergänzt die Berechnung um Daten zu Tempo und Herzfrequenz bei Läufen im Freien. Beim dritten Modell werden Schätzungen anhand von Laborwerten kalibriert, die in der App eingetragen werden können und als Referenzwerte dienen.

Wie verhält sich die VO₂Max-Schätzung bei WHOOP zu im Labor ermittelten Werten?

Bei einem VO₂Max-Test im Labor wird auf einem Laufband oder Fahrradergometer der Sauerstoffverbrauch direkt gemessen, bis die Person den Punkt der Erschöpfung erreicht. Der Algorithmus von WHOOP wurde anhand von 248 solcher Tests trainiert, bei denen jeweils bestätigt wurde, dass das tatsächliche physiologische Maximum erreicht wurde.

Wie erhalte ich eine möglichst genaue Schätzung meiner VO₂Max?

Damit WHOOP deine VO₂Max möglichst genau schätzen kann, solltest du dein Wearable regelmäßig tragen und die Angaben in deinem Profil (Gewicht, Größe, Alter, biologisches Geschlecht) auf dem neuesten Stand halten. Für noch genauere Werte kannst du einen mindestens 15-minütigen Lauf im Freien mit GPS-Tracking aufzeichnen oder das Ergebnis eines VO₂Max-Tests im Labor mit Gasaustauschanalyse in der VO₂Max-Trendansicht eintragen.

Wie lange dauert es, bis WHOOP meine VO₂Max anzeigt?

Die VO₂Max wird geschätzt, wenn in den jeweils letzten 21 Tagen mindestens 14 nächtliche Erholungsphasen aufgezeichnet wurden. Du musst dein WHOOP also einige Wochen am Stück tragen.