Измерение кислорода в крови умными часами: как это работает и можно ли доверять результатам
Могут ли умные часы заменить специальные приборы для измерения кислорода?
В 2020 году нас всех стала волновать сатурация и оксигенация, а пульсооксиметр — аппарат для измерения уровня кислорода в крови — теперь один из самых модных домашних медицинских приборов.
Насыщенность крови кислородом, или сатурацию, начали проверять так часто из-за коронавируса. При поражении зловредным ковидом тканей легких заметно падает уровень насыщения кислородом крови, даже если человек чувствует себя при этом довольно сносно. А показатели ниже нормы могут стать основанием для госпитализации и подключения к ИВЛ.
Раньше можно было только измерить уровень кислорода в крови на пальце и только пульсооксиметром. Это достаточно простой прибор, который надевается на палец, как прищепка, и показывает сатурацию — так называется измерение кислорода, а также пульс пациента.
Нормой для здорового человека считается 94% и выше, и падение уровня крови в крови ниже этого порога — признак дыхательной недостаточности. А если показатель меньше 90%, нужно срочно обратиться к врачу.
Но теперь измерять кислород в крови научились умные часы и фитнес-браслеты В 2020 году практически все крупные производители носимых устройств добавили в них функцию измерения SPO2 — то есть уровня насыщения крови кислородом. Измерять сатурацию умеют, например, умные часы Apple и Samsung 2020 года, фитнес-браслеты Honor Band 5 и так далее.
В чем принцип действия медицинских аппаратов на палец для измерения кислорода и чем отличаются от них умные часы с функцией SPO2
 |
Кислород в крови связывается с гемоглобином во время прохождения крови через легкие. Чем более насыщен кровью гемоглобин, тем более яркой становится кровь. Этим, кстати, и объясняется разница в цвете артериальной и венозной крови.
На определении уровня яркости крови и построена работа пульсооксиметра. Для этого в нем есть специальный датчик, который состоит из двух частей: светоизлучающих диодов с одной стороны и детектора света (называемого фотодетектором) — с другой. Излучаемый датчиком свет поглощают кровь и ткани, а фотодетектор на другой стороне улавливает свет, прошедший через ткани. На основе того, какое количество света поглощено, прибор рассчитывает уровень сатурации (SpO2).
 |
Одновременно пульсооксиметр измеряет пульс. Некоторые приборы при этом отображают изменение пульса как волнообразную кривую. Это позволяет лучше понять, насколько хорошо снабжаются ткани кислородом.
Почитать подробнее о том, как измеряют кислород в крови врачи, можно в специальном руководстве ВОЗ по пульсооксиметрии.
В умных часах измерение уровня кислорода в крови производится по тому же принципу: светодиоды излучают свет, а фотодетектор измеряет количество света, только не поглощенного, а отраженного, и вычисляет сатурацию.
Еще одно важное отличие умных часов от пульсооксиметров — место крепления. Если медицинские приборы для измерения кислорода надеваются преимущественно на палец и реже — на стопу или мочку уха, то умные часы измеряют кислород там, где находятся — то есть на запястье.
Согласно исследованиям ученых, показания прибора для измерения кислорода на запястье являются менее достоверными, так как область исследования тут ограничена, и на их точность существенно влияют такие факторы, как освещенность, давление, а также правильность расположения на запястье.
Как измеряют уровень кислорода в крови умные часы разных производителей?
Часов и фитнес-браслетов с функцией измерения SpO2 сейчас продается великое множество, и не всегда им можно доверять. Поэтому мы взяли часы трех солидных производителей — Apple Watch шестого поколения, Samsung Galaxy Watch 3 и Honor Watch ES.
Мы протестировали, как умные часы измеряют уровень кислорода в крови в разных условиях, по методике, предложенной корейскими медиками — при обычном дыхании, в условиях нехватки кислорода после задержки дыхания, а также мы добавили еще один показатель — дыхание сразу после интенсивных физических упражнений. И вот что мы выяснили.
Измерение кислорода в Apple Watch 6
Для измерения кислорода в Apple Watch шестого поколения предназначен отдельный апп на часах, а результаты заносятся в приложение «Здоровье».
Перед началом измерения часы дают несколько советов, как измерить кислород в крови правильно: где расположить часы, как затянуть ремешок — очень расплывчато и показывают это на картинках — довольно схематично. Приводятся и данные о предыдущем измерении.
Часы измеряют сатурацию в течение 15 секунд, выводя при этом не график, а абстрактную красно-голубую картинку. Если при этом вы сдвигаете руку, измерение будет признано неудачным, а его результаты не зафиксируются.
После окончания замера показывается только насыщенность крови кислородом, но не пульс. Если провести подряд несколько измерений, показатели меняются в пределах двух процентов.
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?
Сатурация при коронавирусе
Сатурация (англ. saturation — «насыщенность») крови кислородом показывает, сколько этого жизненно важного для органов газа на данный момент содержится и циркулирует в крови. Показатель выражается в процентах. Низкая сатурация, в том числе при коронавирусе, указывает на гипоксемию, которая требует срочных действий. Необходимо поднять уровень кислорода в легких и крови, чтобы предотвратить осложнения, а иногда и сохранить пациенту жизнь.
Сатурация крови кислородом измеряется специальным прибором — пульсоксиметром. С помощью этого экспресс-анализа врачи скорой помощи могут получить объективную информацию о состоянии дыхательной и кровеносной системы больного, а также оперативно принять решение о госпитализации и кислородной поддержке. Быстро сделать КТ легких не всегда представляется возможным. Если при COVID-19 у пациента явно снижена сатурация, это с наибольшей вероятностью говорит о вирусном поражении легких — пневмонии.
Измерение сатурации крови кислородом прибором пульсоксиметром позволяет бригадам скорой помощи определить тяжело больных пациентов с вероятно обширным поражением легких, вызванных COVID-19, а также оперативно принять решение о госпитализации и необходимой дополнительной кислородной поддержке.
Если у больного коронавирусом есть такой прибор дома, то он может проводить мониторинг самостоятельно, однако важно понимать, что пульсоксиметрия (измерение сатурации) не заменит визуальной оценки состояния легких (КТ легких), а неправильная интерпретация этого показателя может только напугать пациента, ввести в заблуждение бригаду скорой помощи или стоить больному жизни.
Пациенту с новой коронавирусной инфекцией и медикам нельзя ориентироваться исключительно на показатель сатурации — результат измерения сильно зависит от ряда сторонних факторов: чувствительности прибора, освещения, цвета кожи больного. Между тем, если опираться на этот показатель как на основной (без спирометрии и КТ) велика вероятность неадекватной оценки здоровья человека — при тяжелой пневмонии сатурация может некоторое время держаться в норме, а потом резко упасть. В ночное же время сатурация снижается даже у здорового человека.
В этом материале мы разберем основные вопросы, связанные с сатурацией при коронавирусе.
Что такое сатурация?
Под сатурацией понимается показатель насыщенности крови кислородом, который поступает из легочных альвеол. Вместе с кровью кислород транспортируется к органам и тканям. Снижение сатурации при COVID-19 говорит о гипоксемии, вероятной причиной которой является вирусно-инфекционное поражение легких. Гипотеза может быть подтверждена или опровергнута на компьютерной томографии — в ходе визуальной оценки легких.
Какая норма сатурации у здорового человека?
Нормой для здорового человека считается SpO2 = 95-99 (или 100)%. Норма сатурации крови кислородом зависит от индивидуальных особенностей организма человека, например, от наличия или отсутствия анемии, апноэ, хронических заболеваний дыхательной и сердечно-сосудистой систем, вредных привычек, возраста. Ночью у каждого человека сатурация снижается, причем различия бывают существенными. Например у людей с хроническими заболеваниями дыхательной системе (ХОБЛ, апноэ), адаптировавшихся к постоянной нехватке кислорода, показатель может упасть до 90% (в глубокой фазе сна).*
По наблюдениям медиков, работающих в больницах с тяжелобольными пациентами, которые находятся «на кислороде», наиболее опасное время — с 3 до 7 часов ночи. В это время регистрируется наибольшее количество летальных исходов из-за снижения сатурации, точнее из-за кислородной гипоксемии.
R.E. Gries, L.J. Brooks, Normal oxyhemoglobin saturation during sleep. How low does it go? K. Szabó, F. Ihász, The effect of reduced oxygen saturation during sleep on depression, 2020
Почему при коронавирусе снижается сатурация?
Не у всех пациентов при COVID-19 снижается сатурация, а только при развитии осложнения — вирусной пневмонии. Снижение сатурации говорит о вероятной дыхательной недостаточности. Если коронавирусная инфекция проникла к легочной ткани, а иммунитет человека не может справиться с ней, в легких начинается деструктивный процесс — альвеолярные перегородки (и интерстиций) повреждаются и воспаляются, а сами альвеолы заполняются жидким экссудатом — в норме они заполнены воздухом и являются начальным пунктом транспортировки кислорода к органа, в том числе к сердцу и головному мозгу. Поскольку при коронавирусе повреждение бронхиального дерева не наблюдается, снижение сатурации у пациента может говорить о сокращении функциональных участков легочной ткани.
Если при коронавирусе сатурация ниже 95%, больного могут госпитализировать.
Зачем измеряют сатурацию при коронавирусе?
Сатурацию при коронавирусе измеряют, чтобы быстро выявить опасную для жизни гипоксемию. Таким образом определяют тяжесть заболевания и принимают решение о дальнейших действиях: госпитализация, кислородная поддержка, компьютерная томография.
В зарубежной литературе есть термин «тихая гипоксемия» (Silent Hypoxemia), который появился только недавно, в условиях пандемии COVID-19, когда стало ясно, что довольно большой процент пациентов поступает в больницу с острой нехваткой кислорода, непропорциональной симптомам. Выходит так, что больные могут дышать, не задыхаются, сильный кашель и температура отсутствуют, при этом легкие сильно поражены, сатурация критически низкая, и необходим дополнительный кислород.
Может ли пациент с симптомами коронавируса как-то заподозрить у себя нехватку кислорода в связи с пневмонией? Да.
Симптомы снижения сатурации
Что делать, если упала сатурация?
Не паникуйте из-за снижения сатурации — нормальные жизненные показатели можно быстро восстановить, и даже значение 70% в течение нескольких дней совместимо с жизнью, причем шансы могут быть даже выше, если у пациента, например, хроническая обструктивная болезнь легких, и к низкому уровню кислорода его организм уже адаптировался. Сатурация может падать несколько дней.
Тем не менее, если при коронавирусе сатурация упала до 95%, 93, 90…%, а все измерения произведены верно (важно проверить, чтобы у пульсоксиметра был адекватный уровень заряда батареи, а сам прибор был зарегистрирован как медицинское изделие, а не приобретен у сомнительного производителя) — необходимо вызвать скорую помощь.
Почему данные пульсоксиметрии могут вводить в заблуждение?
Важно понимать, что на результат пульсоксиметрии могут влиять: чувствительность прибора (в т.ч. заряд батареи), освещение, цвет кожи пациента (чем темнее, тем выше будет показатель, что не отражает реального положения дел).
Понятие «норма сатурации» очень условно. Бывает, что пациенты с признаками коронавирусной инфекции и мобильным неинвазивным аппаратом для измерения сатурации начинают паниковать и звонить в скорую, если кислород в крови опускается, например, до 93%. Для этого обратимся к данным таблицы условной нормы:
Когда нужна госпитализация и кислородная поддержка?
Снижение сатурации опасно прежде всего для этих групп пациентов.
Если у госпитализированного пациента сатурация низкая и не поднимается даже с кислородом, то согласно действующим рекомендациям врачей-реаниматологов, больному проводится интубация трахеи.
Можно ли самостоятельно быстро поднять сатурацию?
До приезда скорой помощи и оксигенотерапии больной может принять следующие меры:
1. Сделайте дыхательные упражнения
Сядьте прямо, опустите плечи, выпрямитесь и постарайтесь расслабиться.
Откройте окна и проветрите помещение.
Лежите до 30 минут на животе.
Важно! Пожилым пациентам ввиду индивидуальных анатомических особенностей лежать на животе нельзя — возможно сдавливание дыхательного органа.
Нет данных, что какие-либо медикаменты способны эффективно повысить у больного коронавирусом сатурацию. Однако при отсутствии индивидуальной непереносимости и наличии в домашней аптечке аспирина, допустимо использование этого препарата.
Прием антикоагулянта аспирина ассоциируется со снижением потребности в механической вентиляции легких и в переводе в отделение интенсивной терапии, а также со снижением смертности пациентов, госпитализированных с COVID-19.
В целом, врачи, работавшие с тяжелобольными пациентами, неоднократно отмечали, что оксигенотерапия, а точнее постоянное пребывание пациента «на кислороде» менее эффективно, чем дыхательные упражнения. Больной должен самостоятельно, под контролем медицинского персонала дышать, «разминая» и стимулируя легкие.
Важно!Выполнение популярного упражнения с «надуванием» воздушных шариков не допустимо при поражении легких КТ-2, КТ-3, КТ-4 и особенно у пожилых пациентов, поскольку поврежденный и перерастянутый легочный матрикс может просто не выдержать нагрузки.
Как поднять сатурацию после вирусной пневмонии?
Если и после перенесенного коронавируса сатурация немного снижена, то это нормально — легочной ткани требуется время на восстановление прежней жизненной емкости дыхательного органа. Крайне полезны дыхательная гимнастика (см. комплекс дыхательных упражнений Стрельниковой) и прогулки на свежем воздухе с умеренными физическими нагрузками.
Для предотвращения агрессивного спаечного процесса в легких пациентам с выраженными на КТ фиброзными изменениями; обычно при КТ-4, КТ-3, реже при КТ-2 и очень редко при КТ-1 назначается антиоксидантная терапия пневмофиброза, которая включает диету, обогащенную антиоксидантами, ацетилцистеин, витамины группы Е (если нет аллергии).
Для уточнения диагноза и причин сниженной сатурации, после коронавируса важен КТ-контроль.
Когда еще у человека снижена сатурация?
Как измеряют сатурацию?
Сатурацию измеряют пульсоксиметром. Мобильными приборами оснащены бригады скорой помощи. Приобрести его можно и для домашнего мониторинга. Прибор напоминает прищепку, которая крепится на палец.
В течение минуты датчик со светодиодами считывает данные, а именно цвет крови (гемоглобина), который меняется в зависимости от сатурации, а также специфический пульсирующий световой сигнал, меняющийся в зависимости от изменений артериального давления.
На дисплее пульсоксиметра отображаются две цифры — верхняя показывает процент кислорода в крови, нижняя — пульс.
Сатурацию измеряют в положении сидя или лежа, рука пациента должна лежать на поверхности, а не висеть в воздухе.
В больницах также используются инвазивные приборы, с помощью которых лаборанты определяют газовый состав крови. Для этого осуществляется ее забор из артерии или вены.
Ошибается ли пульсоксиметр?
Да, результат будет ложным или искаженным, если:
Текст подготовил
Котов Максим Анатольевич, главный врач центра КТ «Ами», кандидат медицинских наук, доцент. Стаж 19 лет
Если вы оставили ее с 8:00 до 22:00, мы перезвоним вам для уточнения деталей в течение 15 минут.
Если вы оставили заявку после 22:00, мы перезвоним вам после 8:00.