Что такое SPO2 на фитнес браслете и зачем его нужно измерять?
С появлением новых девайсов и программного обеспечения в Сети часто встречается вопрос поводу назначения SPO2 на фитнес браслете что это — показатель, отображающий отношение гемоглобина с кислородом к общему числу гемоглобина в крови. По полученному параметру можно делать вывод о состоянии организма и даже диагностировать некоторые заболевания на ранней стадии.
Что это, в чем особенности
SPO2 в фитнес браслете — это специальная опция, по которой можно определить уровень кислорода в крови. Данные выдаются в процентном соотношении и позволяют судить об общем здоровье организма и насыщенности крови кислородом. Аббревиатура расшифровывается следующим образом:
Так что означает SPO2 на смарт браслете? Это замеры и расчеты процента наполняемости кислорода гемоглобином при измерении пульса с помощью датчиков ИК и красного света.
Полученный после измерений показатель называется SPO2, а сама процедура носит название пульсоксиметрия (Pulse Ox). Измерение насыщения крови называют пятым параметром, по которому можно судить о жизнедеятельности организма. Он идет следом за пульсом, температурой, давлением и частотой дыхания. Эти параметры важны людям с болезнями, пожилым, а также спортсменам, нуждающимся в контроле дыхательных процессов. Не удивительно, что SPO2 появился у Huawei, Honor и в других устройствах.
Измерение SPO2 может проводиться не только с помощью фитнес браслета и пульсоксиметрии. Можно использовать альтернативные варианты — зажим на пальце, проба крови и другие.
Норма
Много вопросов касается значения SPO2 и нормы у взрослых. Оптимальным считается показатель от 96% и выше. Он свидетельствует о достаточности гемоглобина, переносящего кислород. Важно учесть, что уровень СПО2 (даже при измерении с помощью фитнес браслета) может немного падать.
В случае применения смарт девайса необходимо уметь расшифровывать SPO2 на фитнес браслете, и понимать, что показывает девайс. Для удобства уровень насыщения крови кислородом распределяется на несколько параметров:
Важно учесть, что при некоторых болезнях показатель SPO2 при измерении с помощью фитнес браслета может быть снижен. Такие ситуации часто наблюдаются при бронхиальной астме.
Как измеряется
Выше мы рассмотрели, что такое SPO2 на фитнес браслете Xiaomi Mi band и других совместимых устройствах. Но главный вопрос многих касается принципа действия такого девайса. Здесь используется тот же подход, где используется датчик пульсоксиметрический SPO2. Общий принцип имеет следующий вид:
Объем поглощения напрямую зависит от уровня кислорода в крови. После получения результата фитнес браслет SPO2 выдает его на экран.
В каких браслетах имеется такая функция, в чем ее польза, нужна ли она
С ростом спроса на измерение уровня кислорода в крови все больше производителей добавляют эту опцию в свои устройства. Так, измерение SPO2 предусмотрено в фитнес браслете Хонор Бэнд 5 и 5i. Также опцию можно найти и в моделях Хуавей — Бэнд 4, Бэнд 4 Про. В эту категорию входит и Ксиаоми Ми Бэнд 5. Также функция поддерживается и в умных часах, таких как Honor Magic Watch 2 или Huawei Watch GT2.
Метод измерения SPO2 на фитнес браслете отличается простотой, доступностью и относительной точностью. Благодаря применению современных алгоритмов, уровень погрешности составляет в среднем 2 %. Периодическое уточнение этого показателя позволяет вовремя выявить гипоксемию.
Не забывайте следить за своей активностью. Для этого устанавливайте метки поведения на Mi Band.
Измерение SPO2 с помощью фитнес-браслета будет полезно представителям следующих профессий:
SPO2 на фитнес браслете может также помочь людям с определенными трудностями со здоровьем. К основным можно отнести:
Последнее время ведется много дискуссий о пользе SPO2 на фитнес браслете при коронавирусе. С помощью измерения уровня кислорода можно обнаружить проблемы с легкими, вовремя сделать КТ и обнаружить воспаления. Важно учесть, что фитнес браслеты предоставляют сведения только для ознакомления, а получение более точных выводов требует применения профессионального оборудования и консультации с врачами.
Теперь вы знаете, что измеряет фитнес браслет, какую пользу дает информация об SPO2, и можно ли доверять полученному параметру. С совершенствованием ПО увеличивается и точность измерений. Но доверять изделию на 100% все-таки не стоит, ведь его функция является больше информационной. Поэтому при выборе фитнес браслета ориентируйтесь на более важные опции, а измерение SPO2 может выступать только в качестве вспомогательного бонуса.
Что такое SpO2 и можно ли использовать фитнес-браслеты для измерения уровня кислорода в крови?
Измерение кислорода в крови — далеко не новая функция, но сейчас к ней будет приковано всё внимание, так как Apple наконец-то добавила ее в свои часы Apple Watch 6. Можно по-разному относиться к этой компании, но шум вокруг своих продуктов она создавать умеет. А значит, все начнут измерять кислород, совершенно не понимая, что всё это значит и нужно ли оно кому-то в действительности.
Что же такое сатурация крови кислородом (SpO2)? Нужно ли измерять этот параметр и можно ли вообще доверять показаниям фитнес-браслета или смарт-часов, которые, по сути, не являются медицинскими приборами?
В данной статье мы подробно ответим на все поставленные выше вопросы и разберемся, не является ли модная «фишка» современных трекеров очередным маркетинговым трюком для подогрева интереса к своим устройствам.
Что такое SpO2 и зачем нам нужен кислород?
Клеткам организма нужна энергия для того, чтобы двигаться, синтезировать белок и создавать другие химические вещества. Это основа любой жизни.
Представьте свой организм в виде двигателя автомобиля, внутри которого сжигается бензин и происходит движение поршней. Для того, чтобы произошло возгорание требуется воздух, а точнее кислород, содержащийся в нем.
Такой «бензин» (питательные вещества) + кислород нужны и нашим клеткам для окисления и получения молекул АТФ (это основной источник энергии в организме).
Но каким образом в клетки попадает кислород?
Кровь на 40% состоит из клеток, остальные 60% — это плазма (светлая жидкость из воды, солей и минералов). Подавляющее большинство клеток — это эритроциты, называемые еще красными кровяными тельцами. Они составляют 99% всех клеток крови (примерно 20-25 млрд штук):
В каждом таком эритроците содержится более 250 млн молекул гемоглобина. Именно эта молекула и способна связываться с кислородом для переноса его во все ткани организма.
Другими словами, гемоглобин — это, своего рода, «такси» для перевозки кислорода по всему организму. Когда кровь протекает через легкие, гемоглобин «выхватывает» оттуда молекулы кислорода и доставляет их к тканям, а оттуда, на обратном пути, забирает «отработанный материал» — углекислый газ.
Теперь, когда кровь снова будет протекать через легкие, гемоглобин оставит там «отработку» и заберет новую порцию кислорода. А мы, в свою очередь, сделаем очередной выдох и вдох, чтобы очистить легкие от углекислого газа и набрать свежего материала из воздуха.
И здесь следует сделать маленькое уточнение. Не каждая молекула гемоглобина — примерный водитель. Кто-то может просто не взять «пассажира» и проехаться по всему пути без кислорода, «налегке».
SpO2 как раз и показывает соотношение гемоглобина, содержащего кислород, к общему количеству гемоглобина в крови
Какая норма SpO2 (сатурации крови кислородом)?
Нормой SpO2 для здорового человека считается 96-99% оксигемоглобина (так называется гемоглобин, содержащий кислород). Другими словами, практически весь гемоглобин должен содержать кислород.
Кстати, именно кислород придает крови характерный цвет. Чем больше кислорода в гемоглобине — тем ярче будет цвет. Поэтому артериальная кровь, которая несет кислород к тканям, имеет ярко-красный цвет, а венозная кровь (оттекающая от тканей) — темно-красная, так как содержит уже на треть меньше кислорода.
Важно отметить тот факт, что уровень SpO2 может слегка падать при физических нагрузках и это совершенно нормально.
Если сатурация падает ниже 90%, наступает гипоксемия (недостаток кислорода в крови), которая может привести к гипоксии (низкий уровень кислорода в тканях организма).
При некоторых болезнях насыщение гемоглобина кислородом также снижено. К примеру, обострение бронхиальной астмы может привести до падения SpO2 ниже 90%, что требует незамедлительной госпитализации.
Каким образом фитнес-браслеты измеряют уровень кислорода в крови? Можно ли этим показателям доверять?
Ответ на второй вопрос будет кратким — да, доверять показателям фитнес-трекера можно.
Принцип измерения сатурации гемоглобина кислородом на фитнес-браслете ничем не отличается от принципа работы медицинского прибора пульсоксиметра и заключается в следующем:
Светодиод излучает свет, который проходит через ткани, отражается и попадает на фотодетектор. Определенное количество этого света поглощается кровью, а сколько именно — зависит от степени насыщения ее кислородом.
Если вам интересно подробнее узнать о том, как именно все это работает, почему не достаточно зеленых лампочек на браслете и обязательно нужен инфракрасный светодиод, что происходит со светом внутри запястья, как простой свет, пройдя через кровь, может сообщить о количестве кислорода, читайте наш новый увлекательный материал.
Типичный датчик, состоящий из фотодетектора и излучателей выглядит так:
Даже многие смартфоны умеют измерять SpO2 и делают это достаточно точно. К примеру, большинство флагманов от Samsung (серии Galaxy S и Galaxy Note) замеряют уровень кислорода в крови без каких-либо дополнительных приборов. Датчик SpO2 у них находится сзади, в районе камеры:
Для этого необходимо открыть приложение Samsung Health и выбрать измерение SpO2 или измерение уровня стресса:
В последних обновлениях Samsung Health не замеряет отдельно SpO2, а делает это в составе измерения уровня стресса.
А теперь попробуем ответить на главный вопрос.
Зачем измерять SpO2? В чем смысл этой функции на фитнес-браслетах?
Есть ситуации, при которых измерение SpO2 имеет критически важное значение для жизни человека. Но, к сожалению, фитнес-браслеты не имеют к этим ситуациям никакого отношения:
Но в текущей реализации, фитнес-браслеты не способны заменить специализированные устройства (подробнее об этом — в самом конце статьи). А вот для рядового пользователя измерять SpO2 особого смысла нет. Хотя, при желании, можно придумать несколько областей для применения такого «датчика кислорода»:
1. Профессиональный спорт
Как уже было сказано выше, уровень SpO2 падает при физических нагрузках. Отслеживая этот показатель во время интенсивных тренировок, можно узнать пределы своего организма и пытаться улучшить свои физические показатели.
С другой стороны, в профессиональном спорте более важен показатель VO2 max, который сегодня также пытаются измерять некоторые фитнес-трекеры и умные часы. Но это уже тема совершенно другого разговора.
2. Альпинизм
Как известно, воздух в горах разреженный, то есть, в нем содержится меньше кислорода. И при определенном снижении уровня кислорода, вы даже можете почувствовать себя лучше. Но если снижение продолжится, это может обернутся плохими последствиями.
Поэтому, контролируя SpO2 во время восхождения, можно снизить риск возникновения проблем и плохого самочувствия. К примеру, когда процент кислорода начнет сильно падать, необходимо снизить нагрузку — изменить скорость подъема, передохнуть или вообще пересмотреть свои планы.
Добавлено 06.04.2020: Как оказалось, фитнес-браслет с функцией измерения SpO2 стал отличным инструментом для диагностики коронавирусной инфекции COVID-19!
Опять-таки, для каждой из этих задач есть гораздо более удобные инструменты.
Главная проблема большинства фитнес-браслетов и умных часов на текущий момент заключается не в точности измерений, а в отсутствии режима непрерывного измерения SpO2.
Сегодня практически все браслеты делают разовые замеры в течение 15-30 секунд и не способны сигнализировать о падении уровня кислорода в крови. А это основная задача пульсоксиметров.
Какие фитнес-браслеты и часы умеют измерять уровень кислорода в крови (SpO2)?
Измерение SpO2 — это не только программная функция. Браслет должен быть оборудован инфракрасным и красным светодиодами. Если на браслете нет красного/инфракрасного светодиода, измерять уровень сатурации крови кислородом он не сможет. Обновлением программного обеспечения эту проблему не исправить.
На сегодняшний день следующие устройства умеют измерять SpO2:
Также измерять SpO2 умеют смартфоны от компании Samsung, начиная с Galaxy S6 и заканчивая Galaxy S10 включительно + линейка Galaxy Note вплоть до Galaxy Note 9 включительно. Все последующие флагманы от Samsung лишены этого датчика.
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?
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?