sp02 на фитнес браслете что это такое
Что такое SpO2 и как часы измеряют уровень кислорода в крови
Ваш фитнес-трекер способен отслеживать самые странные и необычные вещи. Проблема в том, что не все это знают и не понимают, как именно этим пользоваться. SpO2 — лишь один пример не самого понятного показателя, который может дать представление о вашем здоровье. Вы, наверное, видели это на панели инструментов своего приложения для мониторинга здоровья, но что это означает и что вы должны делать с этой информацией? Мы точно разберем, что измеряет SpO2, как выглядят хорошие уровни SpO2 и многое другое. Это важно не только для тех, кто занимается спортом, но и для тех, кто просто хочет быть в курсе своего здоровья. Не стоит недооценивать этот показатель.
Измерение показателей здоровья уже перестало быть уделом гиков. Теперь это массовое явление.
Что такое SpO2
Если совсем просто, то SpO2 — это показатель насыщения крови кислородом. Чем больше кислорода в крови, тем выше будет уровень SpO2. Видя, что нашему телу для выживания нужен кислород, мы можем в целом сказать, что более высокий уровень SpO2 — это хорошо. Напротив, низкий уровень кислорода в крови может привести к появлению симптомов, известных как гипоксемия. Нормальное значение этого показателя составляет от 95% до 99%.
Такие устройства, как Apple Watch Series 6, Fitbit Versa 3, Xiaomi Mi Band 5 и многие другие, предлагают эту функцию. Но насколько они точны и что делать с информацией?
В Facebook знают, как сделать идеальные смарт-часы. Что же они придумали
Если говорить более подробно, то датчик измерения кислорода следит не за ним самим, а за гемоглобином. Это «красные кровяные тельца», которые содержат кислород и переносят его по всему телу. Организм восполняет запасы кислорода естественным путем за счет регулярного дыхания. Он поступает через рот и нос, а затем проходит через крошечные мешочки и кровеносные сосуды в легких (называемых альвеолами и капиллярами) в кровоток.
Когда нужно контролировать кислород в крови
Когда мы бегаем, поднимаем тяжести или тренируемся иным образом, наша потребность в кислороде существенно возрастает. Таким образом, наше дыхание и частота сердечных сокращений увеличиваются, чтобы удовлетворить возросшие потребности организма.
Измерение кислорода нужно не только спортсменам.
Фитнес-трекеры и другие устройства, называемые «пульсоксиметрами», могут измерять уровень SpO2. Тут надо разделить слова на части. «Пульсо-метр» измеряет только пульс, а «пульс-окси-метр» работает с пульсом и кислородом. По частям слово становится более понятным.
Последние работают так же, как и пульсометры, которые носятся на запястье, путем пропускания через кожу света определенной длины волны. Обычно она находится в инфракрасном спектре. Благодаря этому высокочувствительный фоторедактор может «увидеть» гемоглобин в крови.
Какой измеритель кислорода купить
Основное различие между фитнес-трекером, измеряющим SpO2, и пульсоксиметром заключается в том, что последний размещается на кончике пальца. Это идеальное место для считывания показаний, что делает эти специализированные устройства более точными. А заодно они и более удобные, ведь прицепить прищепку на палец можно и в обычной жизни для разового измерения, и во время занятий некоторыми видами спорта, и во время хирургической операции.
Такие измерители иногда оказываются более полезными и более точными, чем встроенные в часы.
На самом деле на 100% точным нельзя считать ни один из этих способов контроля, так как на показатели в некоторой мере влияют внешнее освещение, степень подвижности человека в момент измерения и даже оттенок кожи. Но некоторые измерители собирают больше сопутствующих данных, чтобы показатели были более точными. Сюда могут относиться данные о движении с акселерометра, данные об освещенности с внешнего датчика света и тому подобное. Дальше в дело включаются специальные алгоритмы.
По этим причинам производители всегда стараются указать, что их устройства не должны использоваться для медицинской диагностики. На презентации это обходится стороной, но в документации и на сайте эта информация всегда есть. Лишь немногие носимые устройства сертифицированы как медицинские устройства для измерения SpO2, но стоят они существенно дороже.
Почему нужно следить за уровнем кислорода в крови
Конечно, в первую очередь отслеживать уровень кислорода нужно двум категориям людей. К первой относятся спортсмены, тренировки которых требуют от них тщательного контроля SpO2 (например, дайверы и альпинисты, тренирующиеся на больших высотах или глубине). К второй категории можно отнести людей с заболеваниями легких или влияющими на их способность дышать. Наверное, сюда же можно отнести тех, кто называют себя биохакерами и пытаются найти способ полнее использоваться возможности своего организма.
Следить нужно не только за кислородом, но и за остальными показателями организма.
Что такое апноэ
Для обычных людей, контроль SpO2 может быть полезным индикатором апноэ во сне. Это состояние, при котором человек периодически просыпается ночью из-за затрудненного дыхания. Такое может происходить из-за физических блокировок, затрудняющих дыхание, или из-за блокировки сигналов мозга, которые тот дает в процессе дыхания.
Люди с таким недугом часто просыпаются, чувствуя себя уже уставшими. Разбитость в течение целого дня, несобранность, безразличность — все это симптомы апноэ. Только не надо путать это с недосыпом. Если вы постоянно спите по 5 часов и меньше или у вас пусть и долгий, но нерегулярный сон без привязки к конкретному времени, то усталость у вас не из-за апноэ.
Чем нас удивил новый Xiaomi Mi Band 6 кроме безрамочного экрана
Устройства, которые измеряют уровень кислорода и отслеживают движение во время сна, потенциально могут предупредить хозяина о наличии у него проблем. Некоторые из современных носимых устройств с функцией SpO2 позволяют проводить выборочные проверки только в течение дня, в то время, как другие работают и в ночное время. Пусть мониторинг SpO2 в течение ночи значительно сокращает время автономной работы носимого устройства, но дополнительная зарядка ничто в сравнении с пользой, которую вы можете получить.
Иногда измерители кислорода выглядят как что-то из космоса.
Как диагностировать у себя COVID-19
Никак! При подозрении надо обращаться к врачам. Но иногда контроль кислорода в крови применяется для выявления ранних симптомов или для анализа хода лечения.
COVID-19 — это заболевание, поражающее легкие, а это означает, что затрудненное дыхание может быть индикатором вируса. Когда человек уже переболел, его легкие работают не так хорошо, как до этого. Кислорода в кровь поступает меньше, а значит, его уровень падает. То, насколько он упал, и является важным показателем для врачей при пневмонии. Даже если она не вызвана COVID-19.
Дыхательная гимнастика с часами
Биохакеры используют различные техники дыхания, чтобы изменить свою физиологию. Некоторые даже утверждают, что такие упражнения могут улучшить иммунитет, повысить уровень энергии и дать другие преимущества.
Обычно техники чередуют в себе различные типы вдохов и выходов. Есть и более простые способы, например, в течение минуты или чуть больше дышать глубоко и равномерно. Часто часы даже сами предлагают сделать такое. Многие пользователи после таких дыхательных пауз сразу начинают чувствовать себя лучше. Но надо понимать, что чудес ждать просто так не стоит.
Функция измерения уровня кислорода в крови предлагается даже самыми недорогими устройствами.
Все равно сделать это не будет лишним, так как кровь насытится кислородом, а вы буквально сразу почувствуете небольшой прилив сил. И для организма это будет полезно в нашем полном сидячего образа жизни мире.
Мы разобрали, как работает SpO2 и что с ним можно делать. Для большинства из нас это полезная функция для отслеживания сна и, возможно, для получения небольшого представления о том, как наше тело справляется с тренировками. Для тех, кто хочет улучшить свою физиологию или тренироваться на высоте, это может иметь несколько других преимуществ. Но кислород — это «наше все», поэтому не стоит пренебрегать им. Если у вас есть выбор, какие часы купить, лучше берите те, что с измерением SpO2. Может быть вы даже не забудете пользоваться этой функцией.
Что такое SpO2 в смарт часах и для чего его измеряют?
Наружные гаджеты: смарт-часы или фитнес-браслеты, имеют много полезных встроенных опций, помогающих повысить эффективность спортивных тренировок и дающих развернутую информацию о состоянии здоровья. Очень актуальной и полезной в условиях мировой пандемии коронавируса является функция измерения уровня кислорода в крови. В медицине для этого используется особый прибор — пульсоксиметр, а в наручных часах этот параметр определяется опцией SpO2. Можно ли доверять показаниям наручных гаджетов, по сути не являющимися медицинскими приборами? Попробуем разобраться в этом вопросе вместе.
Что такое SpO2?
Насыщение клеток кислородом — важный показатель жизнедеятельности нашего организма. SpO2 — это сатурация крови кислородом, в идеале этот показатель не должен опускаться ниже 95-98%. При инфицировании организма новым коронавирусом, частым симптомом является падение уровня насыщения кислородом. Даже при относительно хорошем самочувствии резкое снижение сатурации может привести к тяжелым последствиям, вплоть до летального исхода.
Клетки крови насыщаются кислородом в момент прохождения через легкие, попутно освобождаясь от отработанных веществ. Процент соотношения молекул гемоглобина, насыщенных кислородом (оксигемоглобина) и «пустых» кровяных телец называется сатурацией.
Показатель сатурации может изменяться в зависимости от внешних условий: физической нагрузки, пребывания на свежем воздухе или тесном помещении, питания и общего самочувствия. Нормой считается сатурация в пределах 96-99%, при снижении уровня на непродолжительное время это может пройти совершенно незаметно для человека. Резкое или сильное снижение сатурации приводит к гипоксемии (ниже 90%) или гипоксии (менее 85%), последующим тяжелым состояниям.
Для чего измерять уровень кислорода в крови?
Многие хронические заболевания требуют постоянного контроля сатурации. В частности это бронхиальная астма, при которой уровень кислорода в крови ниже 90% является показанием к срочной госпитализации. Воспалительные процессы в легких и бронхах также протекают с риском снижения насыщения крови кислородом. Мировая пандемия коронавирусной болезни показала, что крайне важно всегда иметь под рукой возможность контролировать содержание О2 в крови, для чего многие покупают домашние приборы измерения сатурации.
Симптомы нехватки кислорода в крови:
Подобные признаки могут быть симптомами и других патологий, которые также требуют врачебного контроля. При возникновении негативных симптомов в течение длительного времени обязательно стоит пройти обследование. Домашние трекеры, имеющие функцию измерения уровня насыщения крови кислородом, помогут своевременно выявить подобные негативные состояния.
Какая норма SpO2?
Насторожить должны показания менее 96% в течение нескольких замеров. Обычно пациент при состоянии нехватки кислорода ощущает и другие негативные симптомы, но зачастую состояние может не ухудшаться до критических пометок. Особенно часто снижение кислорода в крови появляется у людей, перенесших оперативное вмешательство, а также при вирусном или бактериальном поражении дыхательной системы. При снижении уровня сатурации до 92% и ниже, пациента часто переводят на ИВЛ — искусственную вентиляцию легких, при которой насыщение О2 происходит в принудительном порядке.
Точность показателей в фитнес-браслетах и смарт-часах
Измерения сатурации крови проводиться пульсоксиметром, датчик которого закрепляется на пальце. Принцип работы такого прибора — просвещение тканей инфракрасным светом, после чего по интенсивности поглощения света делается вывод о насыщении крови кислородом. В смарт-часах подобную технологию применить технически сложней (инфракрасный излучатель и датчик находятся рядом друг с другом), к тому же устройство крепиться на запястье, толщина которого превышает палец.
Несмотря на технические сложности в применении технологии, современные наручные гаджеты неплохо справляются с этой функцией. Показания медицинского прибора и смарт-часов отличаются незначительно, примерно на 3-5%. Этого вполне достаточно для проведения домашнего мониторинга, особенно при имеющихся медицинских показаниях.
Отклонения от показателей пульсоксиметра будут зависеть от марки и функционала электронных часов (браслета). Разумеется, специализированные приборы, призванные следить за состоянием человека, имеют большую точность.
Какие еще показатели можно контролировать при помощи гаджета:
Интересно, что многие смартфоны также снабжены функцией измерения сатурации крови. Для этого возле камеры на тыльной стороне устройства расположен инфракрасный датчик. При выборе соответствующей программы, пользователю достаточно приложить указательный палец к датчику и дождаться звукового сигнала. Полученные измерения сопоставляются и анализируются, после чего можно получить полезную информацию о содержании О2 в крови.
Электронные наручные гаджеты могут быть чрезвычайно полезными, помогая контролировать состояние во время спортивных тренировок, в период болезни, обычной жизни. Помимо опции контроля физической нагрузки, такие устройства дают информацию о пульсе, а также насыщению крови кислородом, проверяя сатурацию. Во время мировой пандемии эта опция становится практически приоритетной, ведь для этого заболевания характерно быстрое падение содержания кислорода в крови. Наш обзор поможет разобраться, что же представляет собой опция SpO2, нужна ли она в современных смарт-часах или фитнес-браслетах, а также можно ли доверять показаниям приборов или лучше купить специализированное медицинское оборудование — пульсоксиметр для домашнего применения.
Как работает пульсоксиметр на часах и фитнес-браслетах с функцией измерения SpO2?
В одной из своих заметок, я высказал простую мысль о том, как еще вчера казавшаяся нам бесполезной функция измерения SpO2 сегодня стала чуть ли не ключевым индикатором новой болезни.
Кто бы мог подумать (да, Билл Гейтс в 2015 году предупреждал…), что весь мир накроет эпидемия коронавируса — заболевания, одним из главных симптомов которого и станет падение уровня кислорода в крови (SpO2) ниже 93%?
Это, конечно, здорово, что фитнес-браслетам нашлось столь важное применение, но подождите-ка секундочку. Разве можно доверять показаниям этих безделушек? Ну в самом деле, как браслет может провести анализ крови и определить количество содержащегося в ней оксигемоглобина? Здравый смысл подсказывает, что одними лишь цветными лампочками здесь не обойтись.
Этот вопрос волнует многих пользователей фитнес-трекеров, поэтому сегодня я постараюсь подробно рассказать о том, как именно эти устройства измеряют уровень кислорода в крови и можно ли доверять таким показаниям.
Что вообще такое пульсоксиметр?
Пульсоксиметр — это прибор, показывающий пульс и количество кислорода в крови. Точнее, он показывает процент гемоглобина в крови, содержащего кислород.
Зачем нам нужен кислород, как он попадает в кровь, что с ним происходит дальше — все это не имеет прямого отношения к основной теме. Подробнее об этом вы можете почитать у нас здесь.
Главное понять одну простую вещь — гемоглобин служит для доставки кислорода по всему телу и в идеале каждая его молекула должна соединиться в легких с молекулами кислорода. Но в реальности так не происходит и часть гемоглобина отправляется в долгий путь по кровеносной системе без молекул кислорода на борту.
Получается, кровь, которая прошла через легкие, состоит из гемоглобина, который смог захватить кислород (называется он оксигемоглобин) и бесполезного гемоглобина, не сумевшего подхватить частичку кислорода. Такой «бесполезный» гемоглобин называется дезоксигемоглобин.
Если, например, у нас в организме всего 1000 молекул гемоглобина и 950 из них захватили кислород, став оксигемоглобином, а 50 молекул решили прокатиться по кровеносной системе «налегке», тогда сатурация крови кислородом (SpO2) будет составлять 95%.
Пульсоксиметры и показывают процентное соотношение оксигемоглобина к общему количеству гемоглобина.
Так вот, некоторые фитнес-браслеты, смарт-часы и даже смартфоны имеют встроенный пульсоксиметр, принцип работы которого практически не отличается от профессионального медицинского оборудования, установленного в палатах интенсивной терапии. Это ровно те же маленькие лампочки и никакого забора крови, никаких анализов и других сложных процедур.
Как работает пульсоксиметр?
Как уже было сказано выше, пульсоксиметры в медицинских учреждениях и датчики SpO2 на фитнес-браслетах работают по одному и тому же принципу. Но небольшая разница, все же, есть. И заключается она в расположении датчиков.
В классическом пульсоксиметре, светодиодные лампочки находятся с одной стороны, а фотодиод — с противоположной. Светодиоды излучают свет, который проходит сквозь палец и попадает на фотодиод, размещенный с обратной стороны:
Обычно такие пульсоксиметры надеваются на палец или мочку уха. То есть, на ту часть тела, которую можно легко просветить. Соответственно, для фитнес-трекеров и смарт-часов такой вариант не подходит, так как просветить запястье не получится.
В этом случае фотодиод размещается рядом со светодиодами и уже анализируется отраженный свет:
Во всем остальном — никакой разницы. Везде используется один и тот же принцип, только в медицине анализируется свет, пропущенный через ткани, а в трекерах — отраженный от тканей. Хотя, бывают и профессиональные медицинские пульсоксиметры, работающие по тому же принципу, что и на фитнес-браслетах.
С этим разобрались. Но остается главный вопрос — каким образом простой свет может вычислить количество оксигемоглобина в крови? И почему, кстати, на иллюстрациях показаны только два светодиода — красный и инфракрасный? А где же привычные зеленые лампочки, раздражающие ночью своим ярким светом? Отлично, что вы задали столько интересных вопросов! Давайте по порядку на них отвечать.
Есть несколько простых фактов. Во-первых, гемоглобин поглощает свет. А во-вторых, оксигемоглобин (тот, что с кислородом) и дезоксигемоглобин (тот, что без кислорода) по-разному поглощают световые волны разной длины.
Постоянные читатели Deep-Review хорошо понимают, что такое световые волны и почему они бывают разной длины. Мы говорили об этом множество раз в статьях о матрицах смартфонов, о вреде излучения и пр. Но для всех остальных, вкратце повторюсь.
Свет — это электромагнитная волна. Словно волны на море, свет распространяется в пространстве. Если свет падает на какой-то предмет, часть его волн поглощается, а часть отражается (ударяется о предмет и направляется к нам в глаза). Те волны, что дошли до нашего глаза интерпретируются мозгом как определенный цвет. А зависит это от длины волны:
Если к нам в глаз попали короткие волны, скажем, длиной 440 нанометров (1 нанометр — это одна миллиардная часть метра), тогда мозг говорит, что та точка, от которой эта волна отразилась, пусть будет синего цвета. А если от какой-то точки отразились волны, длиной 550 нм, мозг «раскрашивает» ее в зеленый цвет. Вот так мы и видим цвета окружающего мира.
Теперь посмотрите, как поглощается свет гемоглобином в зависимости от длины волны (то есть, цвета) и типа гемоглобина (окси- или дезоксигемоглобин):
Как видим, свет с длиной волны 650 нанометров практически не поглощается оксигемоглобином (с кислородом), но в то же время максимально поглощается дезоксигемоглобином (без кислорода). На рисунке, соответственно, синий график в этой точке (650 нм) достигает максимума, а другой — минимума.
И если волны длиной 650 нм очень хорошо поглощаются дезоксигемоглобином, то волны длиной 950 нм поглощаются им очень плохо.
Соответственно, в пульсоксиметре используется два светодиода. Первый излучает красный свет, длина волны которого равняется примерно 650 нм. А второй — инфракрасный, длина волны которого равняется 950 нм:
Еще раз, оксигемоглобин поглощает больше инфракрасного света, чем красного, а дезоксигемоглобин, наоборот, гораздо лучше поглощает красный, чем инфракрасный свет. Это хорошо видно на последнем графике.
Получается, чтобы определить уровень насыщения крови кислородом, нужно узнать, сколько инфракрасного и красного света было поглощено гемоглобином. Чтобы стало понятнее, как это происходит, давайте рассмотрим 3 простых примера.
Пример 1
Представим, что весь гемоглобин в данный момент переносит кислород. Соответственно, красный и инфракрасный свет будут поглощаться так, как на кривой поглощения света оксигемоглобином (см. график выше):
Когда отраженный свет попадет на фотодиод нашего фитнес-браслета, он вычислит, сколько красного и инфракрасного света было поглощено гемоглобином и решит, что SpO2 = 100%. То есть, весь гемоглобин переносит кислород.
Пример 2
Вторым примером рассмотрим противоположную ситуацию, которой в жизни быть не может. Представим, что ни одна молекула гемоглобина не переносит кислород. То есть, насыщение крови кислородом не произошло. Соответственно, теперь степень поглощения красного и инфракрасного света будет в точности соответствовать кривой дезоксигемоглобина:
В сером квадратике мы видим совершенно другое соотношение красного и инфракрасного света. Выходит, SpO2 (уровень насыщения крови кислородом) = 0%.
Пример 3
В третьем примере рассмотрим ситуацию, когда уровень кислорода в крови составляет 50%. В этом случае, количество поглощенного красного и инфракрасного света будет чем-то средним между кривыми окси- и дезоксигемоглобина:
В сером квадратике на картинке мы снова видим другое соотношение красного и инфракрасного света, соответствующее SpO2 = 50%.
Довольно просто, не так ли? Светодиоды загораются на несколько миллисекунд, свет проходит через ткани и артерии, отражается (в основном от кости) и возвращается на фотодиод. Затем браслет сравнивает количество света, излученного светодиодами с количеством отраженного света и определяет степень поглощения в красном и инфракрасном спектре.
Так гладко получается только «на бумаге»…
Конечно же, это очень упрощенная модель, рассчитанная на идеальные условия, которые не могут быть достигнуты даже теоретически. На ум сразу же приходят множество потенциальных проблем, которые нужно как-то решать.
Например, понятно, что далеко не весь свет будет поглощаться гемоглобином, а остальной — возвращаться на фотодиод. Очень много света будет рассеиваться внутри тканей нашего тела. И пульсоксиметру нужно как-то понять, какая часть света была поглощена в крови, а какая — просто рассеялась.
Решается эта проблема специальной калибровкой при производстве устройства. И состоит она в том, что уровень кислорода измеряется пульсоксиметром и специальным лабораторным оборудованием. Человек должен понижать количество кислорода в крови и показатели сравниваются. Затем создается специальный калибровочный график, который используется в дальнейшем при измерениях браслетом.
Есть и другая, более сложная проблема. Все мы люди разные. Одно дело проводить измерение на худощавом запястье, где артерии видны невооруженным глазом и совсем другое — на запястье человека, страдающего лишним весом. Чем толще кожа или жировая ткань, тем больше света будет поглощено внутри тканей и это не имеет никакого отношения к уровню кислорода в крови.
Решение этой сложной проблемы оказалось довольно простым. Нужно всего лишь игнорировать поглощение света тканями и анализировать только поглощение света артериальной кровью! Но как это сделать?
Во время измерения, все ткани, кроме артерий, будут поглощать свет одинаково. Дело в том, что артериальная кровь постоянно пульсирует и это будет влиять на количество поглощенного света. Ведь, чем больше крови в артерии, тем больше материала, поглощающего свет. Получается, при измерении датчик будет постоянно видеть периодические «изменения SpO2», причем меняться значения могут каждые пол секунды (в зависимости от пульса).
Соответственно, показания будут состоять из двух наборов данных: той части, что остается неизменной, и той, что меняется в такт пульса. Первый набор данных бесполезен — он сообщает лишь о количестве света, поглощенного в тканях, а вот второй «пульсирующий» набор данных и сообщает нам о сатурации крови кислородом.
Если по какой-то причине браслет не сможет поймать такт, то есть, точно определить пульс, он не сможет и точно определить SpO2 (уровень кислорода в крови).
И это далеко не все проблемы. Но, к счастью, все они решаются и, как показывает практика, современные фитнес-трекеры могут очень точно определять уровень сатурации крови кислородом. Правда, лучше всего у них это получается, когда пользователь находится в состоянии покоя. Так как любые движения создают серьезные помехи в сигнале.
Последнее, что хотелось бы добавить. Как мы увидели, весь принцип работы пульсоксиметра основан на одном простом принципе — красный и инфракрасный свет по-разному поглощается кровью. Соответственно, если фитнес-трекер или умные часы не оборудованы красным и инфракрасным светодиодами, они не смогут измерять уровень SpO2. Зеленые лампочки для этого не подходят.
Алексей, главный редактор Deep-Review (alexeysalo@gmail.com)
P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!
Как бы вы оценили эту статью?
Нажмите на звездочку для оценки
Внизу страницы есть комментарии.
Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!
Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?