Это не магия: как умные часы измеряют
кислород, сон и стресс

Умные часы и приложения для отслеживания здоровья измеряют и анализируют множество метрик, среди них — пульс, кислород в крови, сон, стресс, физическая активность и восстановление. Всё это выглядит впечатляюще, ведь основные данные устройство считывает в фоновом режиме, просто находясь на запястье. Например, пульс и кислород в крови девайс оценивает с помощью отраженного от кожи света. Рассказываем, как конкретно это работает.

Кислород в крови обозначают как SpO₂ — примерную насыщенность гемоглобина кислородом. Гемоглобин — белок в красных кровяных тельцах, который переносит кислород от легких к тканям. Если упрощать, то SpO₂ показывает, какая часть гемоглобина загружена кислородом.

Носимое устройство оценивает этот показатель с помощью света. Датчик направляет на кожу волны красного (около 660 нм) и инфракрасного (около 940 нм) света, а фотодетектор смотрит, сколько света вернулось обратно. Нюанс в том, что гемоглобин с кислородом и гемоглобин без кислорода поглощают свет по-разному. По этому отраженному сигналу алгоритм может примерно оценить, сколько в крови кислорода.

На практике пользователь видит только готовую цифру, например в приложении здоровья Samsung Health. Перед этим устройство собирает серию оптических сигналов с запястья, отсекает помехи и анализирует, как менялось отражение света. Если рука двигалась, часы сидели неплотно или кожа была холодной, результат может быть менее точным.

В исследовании журнала Sleep Health измерение SpO₂ на носимом устройстве Samsung Galaxy Watch сравнили с медицинским пульсоксиметром. Средняя ошибка составила всего 2,3%. Это хороший пример того, как можно относиться к данным носимого устройства: они полезны для наблюдения за трендами понимания общей картины, но не могут стать единственным инструментом самодиагностики.

Носимому устройству сложно напрямую определить, что человек спит, — для этого ему не хватает источников информации. В лаборатории для этого используют полисомнографию. На голову, лицо, грудь и другие участки тела человека прикрепляют несколько датчиков. Во время исследования они одновременно записывают активность мозга, движения глаз, мышечный тонус, дыхание, пульс и другие показатели. Часы же оценивают сон по косвенным признакам — движениям, пульсу, вариабельности сердечного ритма, дыхательным паттернам и другим данным с запястья.

Если человек долго находится без движения, пульс становится ниже, а сигналы тела похожи на сон, алгоритм предполагает, что человек спит. Если движения учащаются, пульс меняется, а тело становится активнее, часы могут определить пробуждение. Поэтому иногда в приложении появляются короткие пробуждения, которых человек не помнит. Это нормально: за ночь человек может ненадолго просыпаться несколько раз, например между циклами сна, а утром не помнить об этом. В одном исследовании здоровые взрослые в среднем просыпались около 5 раз за ночь.

Помимо кислорода, сна и стресса, носимое устройство помогает следить за физической активностью, нагрузкой и восстановлением. Для этого оно сопоставляет несколько источников данных: пульс, движения руки, продолжительность активности, темп, а в некоторых режимах — данные систем навигации, таких как Глонасс и GPS.

Например, во время тренировки часы оценивают интенсивность нагрузки по зонам пульса. Это диапазон, в котором сердце работает с определенной нагрузкой: от легкой разминки до более интенсивной тренировки. Если пульс невысокий и движения спокойные, устройство видит легкую активность. Если пульс растет, шаги становятся чаще, а рука двигается ритмично, алгоритм понимает, что нагрузка выше.

Активность в течение дня часы оценивают не только по пульсу. Акселерометр и гироскоп помогают понять, двигается ли человек: идет, бежит, стоит, сидит или делает резкие движения рукой. Поэтому устройство может считать шаги, замечать периоды активности и напоминать, что пора размяться, если человек долго не двигается. В этой статье наша читательница — медицинский шеф-редактор и невролог — рассказывает, как ей удалось ввести активность в привычку, начать ходить 10 тысяч шагов и за 2 месяца похудеть на 10 кг с помощью Samsung Galaxy Watch.

Еще один показатель — состав тела. Его оценивает сенсор биоэлектрического импедансного анализа. Во время измерения через тело проходит слабый электрический сигнал, а устройство смотрит, как ткани проводят его. Мышцы, жир и вода проводят электрический сигнал по-разному, поэтому алгоритм может примерно оценить соотношение жировой и мышечной массы, воды в организме и другие параметры состава тела.

Носимое устройство не работает в идеальных лабораторных условиях. Человек постоянно двигается, рука может замерзать, ремешок — ослабнуть, датчик — съехать во сне или во время активной тренировки. Всё это влияет на качество сигнала. Поэтому отклонение от привычной вам нормы не стоит воспринимать как точный факт изменений.

Лучше проверить, как устройство закреплено, протереть датчик, повторить измерение в спокойном состоянии и посмотреть, дублируется ли результат. И даже в этом случае надо делать скидку на погрешность: умные часы — это не медицинский прибор. Он показывает приблизительные значения и может ошибаться.

Данные носимого устройства обычно полезны, чтобы замечать закономерности и отслеживать изменения на определенном отрезке времени, а не в моменте. Оценивать сон каждый день или следить за параметрами в течение всей тренировки, как правило, смысла нет. Мало того, это может быть вредно: в медицине даже появился термин ортосомния — тревожная зацикленность на правильном сне и идеальных показателях трекера. В статье, опубликованной в издании Journal of Clinical Sleep Medicine, авторы описали случаи, когда особое внимание к данным умных часов усиливало тревогу, в том числе из-за стремления добиться идеального графика.

Чтобы умные часы работали на вас и помогали поддерживать здоровый образ жизни, на показатели лучше смотреть как на дневник наблюдений, который помогает увидеть общую картину. Например, определить, какие параметры изменились в последнее время, из-за чего и как это влияет на самочувствие.

Можно провести мини-эксперимент на неделю: ложиться и вставать примерно в одно время, не пить кофеин во второй половине дня, убирать экран за 30–60 минут до сна, носить часы каждую ночь, а утром сравнивать показатели с самочувствием — без мгновенных решений что-либо изменить. В конце недели будет понятнее, какие привычки лучше всего помогают быстрее засыпать, спокойнее просыпаться и восстанавливаться после нагрузок. Еще 5 простых советов, которые помогут вам следить за показателями тела без тревоги, собрали в этом материале.