Hartslag meten voor en na inspanning met smartphone

Niveauaanduiding: VMBO-T, leerjaar 2 — passend bij het onderdeel Bloedcirculatie (hart, hartslag, inspanning en rust).

Inleiding

Uw hart pompt elke dag zo'n 100 000 keer. In rust doet het dat circa 60 tot 80 keer per minuut. Tijdens inspanning stijgt dat aantal flink, omdat spieren meer zuurstof nodig hebben en het hart dat via het bloed moet aanvoeren. Na het stoppen met bewegen daalt de hartslag geleidelijk terug naar de rustwaarde.

In dit practicum meet u uw eigen hartslag in rust, direct na inspanning en tijdens herstel. U gebruikt daarvoor de camera en flitser van uw smartphone: door uw vinger op de lens te leggen, meten lichtveranderingen de bloedpulsatie in de vingertop.

Leerdoelen

Na afloop van dit practicum kunt u:

• de hartslag in rust en na inspanning meten en vergelijken;
• beschrijven waarom de hartslag stijgt bij lichamelijke inspanning;
• het herstelpatroon van de hartslag na inspanning beschrijven;
• een meting uitvoeren met de camera-PPG-methode van Phyphox.

Achtergrondinformatie

Het hart pompt bloed door het lichaam via samentrekkingen. Elke samentrekking stuwt een golf van verhoogde druk door de slagaders — dit is de pols. In de vingertop lopen kleine bloedvaatjes. Wanneer een drukgolf passeert, neemt de hoeveelheid bloed in de vingertop even toe, wat de lichtabsorptie verandert. De camera van de smartphone registreert dit als een kleine helderheidsverandering.

De Phyphox-module Camera (of een vergelijkbare pulsoximetrie-app) kan via de flitser en de camera deze helderheidsverandering registreren en er de hartslagfrequentie uit berekenen. De methode heet fotoplethysmografie (PPG).

De hartslag wordt uitgedrukt in slagen per minuut (bpm). Een rustwaarde van 60–80 bpm is normaal voor volwassenen. Getrainde sporters hebben vaak een lagere rusthartslag (50–60 bpm) doordat hun hart per slag meer bloed verpompt.

Benodigde laboratoriumapparatuur

• smartphone met camera, flitser en Phyphox-app;
• stopwatch (als alternatief voor handmatige polsmeting).

Veiligheid

Dit practicum heeft geen gevaren. Kijk niet direct in de ingeschakelde flitser. Leerlingen met een bekende hartaandoening voeren de inspanningstest alleen uit na overleg met de docent. De inspanning bestaat uit 30 squats of 1 minuut snel traplopen — dit is voor gezonde leerlingen veilig.

Werkwijze

Voorbereiding

1. Open Phyphox. Kies het experiment Camera (onder Optics) of zoek naar Heart Rate. Als uw toestel dit niet ondersteunt: gebruik een pulsoximeter-app of tel de pols handmatig gedurende 30 seconden en vermenigvuldig met 2.
2. Leg uw wijsvinger zachtjes over de achtercamera en de flitser. Oefen geen druk uit — het bloed moet vrij kunnen stromen.

Meting 1 — Rustwaarde

1. Zit rustig gedurende 5 minuten voordat u begint te meten.
2. Start de meting en houd uw vinger 30 seconden stil op de camera.
3. Noteer de gemeten hartslag in bpm. Herhaal twee keer en bereken het gemiddelde.

Meting 2 — Na inspanning

1. Voer 30 squats uit (of loop 1 minuut snel de trap op en neer).
2. Meet de hartslag onmiddellijk na de inspanning.
3. Meet daarna elke minuut de hartslag tot de waarde terug is op de rustwaarde. Noteer de tijd.

Verwerkingsvragen

1. Hoe hoog was uw rusthartslag? Valt die binnen het normale bereik van 60–80 bpm?
2. Hoeveel steeg de hartslag direct na de inspanning? Bereken het verschil in bpm.
3. Hoe lang duurde het voordat de hartslag terug was op de rustwaarde? Dit heet de hersteltijd.
4. Waarom stijgt de hartslag bij inspanning? Noem de stof die de spieren extra nodig hebben.
5. Vergelijk uw hersteltijd met die van klasgenoten. Wie heeft de kortste hersteltijd? Wat zegt dat over de conditie?

Uitwerkingen

1. Rustwaarde:
   Een rustwaarde van 60–80 bpm is normaal. Leerlingen die veel sporten kunnen een lagere rustwaarde hebben. Een waarde onder 60 bpm (bradycardie) of boven 100 bpm (tachycardie) in rust is reden om een arts te raadplegen.
2. Stijging na inspanning:
   Na 30 squats stijgt de hartslag bij de meeste tieners naar 100–140 bpm, een stijging van 30–70 bpm. Bij intensere inspanning kan dit oplopen tot 180–200 bpm.
3. Hersteltijd:
   Bij gezonde, gemiddeld fitte leerlingen bedraagt de hersteltijd 2–5 minuten. Sporters herstellen sneller doordat hun hart efficiënter pompt en hun lichaam sneller met zuurstofschuld omgaat.
4. Waarom stijgt de hartslag:
   Werkende spieren verbruiken meer zuurstof en produceren meer koolstofdioxide. Om de spieren van voldoende zuurstof te voorzien, moet het hart meer bloed per minuut rondpompen. Dit doet het door sneller te kloppen (hogere hartfrequentie) en harder samen te trekken (groter slagvolume).
5. Hersteltijd en conditie:
   Een kortere hersteltijd duidt op een betere cardiovasculaire conditie. Het hart en het autonome zenuwstelsel van getrainde personen kunnen de hartslag snel verlagen doordat de parasympathische activiteit (rustrespons) sneller toeneemt na het stoppen van de inspanning.

Achtergrond

De maximale hartslag neemt af met de leeftijd. Een veelgebruikte vuistregel is HF_max = 220 − leeftijd. Voor een 16-jarige is dat 204 bpm. Duurtraining verlaagt de rusthartslag doordat het hart een groter slagvolume ontwikkelt: per slag wordt meer bloed rondgepompt, zodat minder slagen per minuut nodig zijn om hetzelfde volume te bereiken. Dit heet de trainingsbradycardie.

De Phyphox-camera-PPG-methode is een vereenvoudigde versie van de pulsoximetrie die in ziekenhuizen wordt gebruikt. Klinische pulsoximeters gebruiken twee golflengtes (rood en infrarood) om zowel de hartslag als de zuurstofverzadiging van het bloed te meten. De smartphone-camera gebruikt slechts één golflengte en meet alleen de hartslag.

Benodigde laboratoriumapparatuur van Labvakhandel

Labvakhandel levert materialen voor in het laboratorium en practicum.

Bekijk het assortiment practicum artikelen of neem contact op voor advies.

Meer practicumopdrachten

Ontdek alle practica in de Labvakhandel kennisbank — voor biologie, scheikunde en natuurkunde.