Erkältung, Grippe, Covid-19 oder allgemein eine Infektion – sobald Viren oder Bakterien in den Körper gelangen, beeinflusst das zahlreiche seiner Abläufe. Der oder die Infizierte selbst bemerkt es erst durch Symptome wie Kopfscherzen, laufende Nase und Husten – manche Infekte bleiben auch symptomlos. Tatsächlich laufen aber schon einige Tage vorher im Körper erste Abwehrreaktionen auf den Erreger ab, deren Auswirkungen nahezu unbemerkt bleiben: Das Herz schlägt schneller als normal, man schläft länger, geht am Tag weniger Schritte, möglicherweise geht der Sauerstoffgehalt im Blut etwas hinunter und die Hautoberflächentemperatur etwas hinauf.

Die empfindlichen Sensoren moderner Smartwatches und Fitnessbänder registrieren relativ zuverlässig solche Abweichungen vom Normalwert dieser Parameter. Gut ein halbes Dutzend Universitäten forschen derzeit dazu. Auch Apple lässt für seine beliebte Smartwatch in einer Studie an der Washington University und der Seattle Flu Study untersuchen, ob der neue Sensor für Blutsauerstoff und Herzfrequenz die Grippe und Covid-19 erkennen könnte.

Der Mediziner Michael Snyder von der Universität Stanford beschäftigt sich seit Jahren intensiv mit der Frage, ob diese Geräte nicht schon vor Einsetzen der Symptome die Betroffenen über eine mögliche Infektion informieren könnten. So hätten sie die Möglichkeit, frühzeitig Maßnahmen zu ergreifen.

Covid-Infizierte erkennen

Erst im November berichtete Snyder im Fachblatt "Nature Biomedical Engineering" von seiner Beobachtung, dass sich zwei von drei Covid-19-Infizierten schon mehrere Tage vor Einsetzen der Symptome erkennen ließen, wenn sie eine Smartwatch trügen. Snyder beobachtete über Monate rund 5.300 Probandinnen und Probanden, ausgestattet mit einer Smartwatch von Fitbit und einer App der Universität. Mit Covid-19 Infizierte fielen dabei auf, da deren Ruheherzfrequenz (Resting Heart Rate, RHR) im Vergleich zu normal deutlich erhöht war. Die Infizierten legten im Schnitt auch 1.440 Schritte weniger am Tag zurück und schliefen 30 Minuten länger.

"Ich denke, wir können allein über ihren schnelleren Herzschlag sagen, wenn Personen krank werden", sagt Snyder. Am aussagekräftigsten zeigte sich dabei die Ruheherzfrequenz. "Es ist gut erkennbar, wann sie nach oben geht." Die Smartwatch misst die Ruheherzfrequenz, sobald sich der Nutzer oder die Nutzerin mehrere Minuten lang nicht bewegt. Bei der Mehrzahl der Infizierten entdeckten die Sensoren dadurch bereits mehrere Tage vor Symptombeginn einen deutlichen Anstieg. Erst am Tag 0 berichteten die Infizierten schließlich über Symptome, am Tag 1 erfolgte die Diagnose auf Covid-19. "So kann man sich frühzeitig selbst isolieren und testen lassen", sagt Snyder.

Um die Genauigkeit der App zu verfeinern, können seit Dezember rund zehn Millionen US-Amerikanerinnen und -Amerikaner mit einer Fitbit-Smartwatch an Snyders erweiterter Studie teilnehmen und die App herunterladen. Zwar signalisiert die App bei abweichenden Parametern kein Covid-19, alarmiert die Nutzer aber, dass da sehr wahrscheinlich gerade eine Abwehrreaktion gegen einen Erreger im Körper vor sich geht. "Die gemessenen Werte ersetzen keine Diagnose, aber sie geben erste Signale einer Erkrankung, ähnlich wie ein Fieberthermometer signalisiert, wenn man Fieber bekommt", sagt Snyder.

Einsatz im Spital

Am Mount-Sinai-Krankenhaus in New York nutzt man diese Erkenntnisse bereits seit April, um das medizinische Personal auf Covid-19 zu scannen. Die Forscherinnen und Forscher um Robert Hirten orientieren sich dabei allerdings an der vom vegetativen Nervensystem gesteuerten Herzfrequenzvariablität (Heart Rate Variability, HRV), also daran, wie variabel der Abstand zwischen den Herzschlägen ist. Gesunde besitzen eine große Variabilität. "Der Wert reagiert sehr sensibel auf Stress im vegetativen Nervensystem", erklärt Hirten. Dann wird der Wert kleiner.

300 Personen des Klinikpersonals erhielten sechs Wochen lang die von Hirten entwickelte App für ihre Apple Watch, zusätzlich mussten sie täglich ihr Befinden protokollieren. Bei den 13 mit Covid-19 Infizierten wich die Herzfrequenzvariablität bis zu sieben Tage vor den ersten Symptomen deutlich von den Normalwerten ab, sodass die App bei diesen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern einen Covid-Test empfahl. "Der Benefit ist, infizierte Menschen frühzeitig zu erkennen, insbesondere bei Covid-19, da sie in dieser vorsymptomatischen Periode besonders ansteckend für andere sind", erklärt Hirten.

Stanford-Forscher Snyder rechnet damit, dass sich auch andere Infekte durch Beobachten der Ruheherzfrequenz und eventuell weiterer Körperparameter früher erkennen lassen. "Wahrscheinlich trifft das auf alle Atemwegserkrankungen und möglicherweise sogar alle Infekte zu", so Snyder. Schon 2017 erkannte er in einer Studie durch erhöhte Parameter Borreliose und andere Atemwegserkrankungen.

Auch Hirten erforscht andere Erkrankungen und Infekte durch Beobachten der Herzfrequenzvariablität. "Welcher Parameter oder welche Kombination aus Parametern letztendlich am aussagekräftigsten ist, das wird gerade aktiv erforscht", sagt Hirten. Das Profil verschiedener Parameter könnte dann auch einen konkreten Hinweis geben auf die Art des Infekts. Daran glaubt auch seine Kollegin Jennifer Radin, die am Scripps Research Translational Institute im kalifornischen La Jolla dazu forscht. "Wahrscheinlich ändert sich je nach Infektion auch die Stärke der Abweichung vom Normalwert und die Dauer der Abweichung", sagt Radin. Das wolle man jetzt genauer untersuchen.

Entsprechend reagieren

Eine Infektion zu erkennen, bevor Symptome auftreten, bringt mehrere Vorteile. Es gibt den Infizierten die Möglichkeit, zum Beispiel einen geplanten Besuch bei einer vulnerablen Person zu überdenken, mit einer bevorstehenden Impfung noch zuzuwarten, mit dem Training ein wenig langsamer zu machen oder die Hygienemaßnahmen im Büro und zu Hause zu verschärfen. Außerdem können Betroffene dadurch entzündliche Insektenstiche wie von einer Zecke oder einer Malariamücke eher entdecken, rechtzeitig Zink gegen eine Erkältung einnehmen, mehr trinken, sich etwas mehr ausruhen oder in den nächsten Stunden genauer auf den Körper hören.

Bis eine medizinisch validierte App auf den Markt kommt, die die Nutzer beim Auftreten einer Infektion warnt, wird noch einige Zeit vergehen. Aber jede und jeder kann sich in der Zwischenzeit behelfen. "Im Schnitt steigt die Ruheherzfrequenz bei einer Infektion um etwa sieben Schläge pro Minute", sagt Snyder. Besitzerinnen und Besitzer einer Smartwatch können sich den Verlauf in der Health-App ihres Smartphones grafisch anzeigen lassen. Zusätzlich könne man beobachten, ob die Zahl der täglich zurückgelegten Schritte zurückgehe und die Schlafdauer zunehme. Behilflich ist dabei zum Beispiel die kostenlose App Cardiogram (iOS, Android). Sie ermittelt die durchschnittliche Ruheherzfrequenz und Aktivität der letzten sieben Tage. Die Herzfrequenzvariablität eignet sich dagegen derzeit nicht als Parameter. "Smartwaches erheben diesen Wert nur spontan, daraus lässt sich kein zuverlässiger Verlauf ablesen", sagt Hirten. Daneben müsse aber immer bedacht werden, dass auch andere Faktoren wie Stress, Alkohol, Medikamente, Menstruation oder Fliegen die Parameter beeinflussen können.

Verbreitung kontrollieren

Die Apps sollen aber nicht nur den individuellen Smartwatch-Nutzern helfen. "Auf Bevölkerungsebene ist das frühzeitige Entdecken eines Infektionsausbruchs wie bei der Grippe hilfreich, um eine Verbreitungswelle zu kontrollieren", sagt Jennifer Radin. Die Scripps-Forscherin stellte im Februar 2020 im Fachblatt "The Lancet – Digital Health" mit über 47.000 Fitbit-Nutzern in fünf US-Staaten fest, dass auf eine mögliche Grippe hinweisende Abweichungen in deren Ruheherzfrequenz, Aktivität und Schlaf sich mit den wöchentlichen offiziellen Daten der US-Seuchenbehörde CDC nahezu deckten.

Würde man die Algorithmen noch weiter verfeinern, hätten die Behörden in Zukunft möglicherweise regional genauere Zahlen, und das zudem in Echtzeit: Schließlich würden die Smartwatch-Apps eine wahrscheinliche Infektion sofort melden, während die Behörden erst die Meldungen von den Ärzten bekommen, wenn die Infizierten mit ihren Symptomen bei ihnen zur Untersuchung waren. (Andreas Grote, 5.1.2021)