Взгляд изнутри: трекинг физической активности

в 9:00, , рубрики: heart rate, биометрия, Биотехнологии, гаджеты, Здоровье гика, Лайфхаки для гиков, медицина, медицина будущего, Носимая электроника, пульс, пульсометры, сердечные мониторы, трекер, трекер физической активности, фитнес-трекеры
Взгляд изнутри: трекинг физической активности - 1

Источник

У учёных есть одна маленькая слабость – ставить эксперименты и анализировать полученные результаты. Пару экспериментов, посвящённых мониторингу физической активности в течение 24 часов, я поставил над собой. Подробности, методика измерений, сравнение результатов числа сердечных сокращений представлены под катом для двух дней с низким и высоким уровнем физической активности.

Вступительное слово

Фитнес-трекер в моей жизни появился относительно давно – почти два года назад. Это был обычный браслет, который считал количество шагов, потом уже был докуплен нагрудный ремень для измерения пульса. В то время казалось, что стоит только начать носить сие чудо научной и инженерной мысли, следовать советам бездушной программы на телефоне, которая беспристрастно следит за физической активностью и путь автомагистраль к здоровой жизни открыта. Однако жизнь расставила всё на свои места.

Даже на Хабре и GT есть уйма статей посвящённых светлому будущему телемедицины и «облачным» докторам, которые могут так – вжух и поставить диагноз по данным «человеческой телеметрии». Даже появляются сообщения, что фитнес-трекеры могут спасти человеку жизнь, распознав какие-либо сердечные заболевания или могут определить источник землетрясения не хуже геологической службы.

С другой стороны врачи до сих пор не знаю или «не уверены» в применимости данных с фитнес-трекеров для «персонализированного» подхода к медицине. Где хранить этот такой объём информации? Фитнес-трекер измеряет пульс каждые 5 секунд, выдавая более 10 000! точек за сутки, это около 0.5 МБ в двухколоночном CSV, 200 МБ в год. А ведь хочется ещё и статистику накопить, динамику в разрезе 5-10 лет увидеть. Как обрабатывать? Более 300 000! точек за месяц не каждая программа для построения графиков такое осилит. А главное, зачем?

Туда же можно добавить ещё некоторые вопросы: а насколько данные, полученные фитнес-трекерами реваленты? Какова погрешность и вероятность ошибки?

В общем, оказывается, что вопросов больше чем ответов, поэтому ниже я опишу натурный эксперимент и подведу некоторые итоги очевидные и не очень. Также постараюсь ответить на вопрос: кто они, фитнес-трекеры – бесполезная игрушка или ценный инструмент, позволяющий собирать грандиозный массив данных для персонализированной медицины?

Виды пульсометров

На сегодняшний день на рынке представлено две принципиально разные схемы для измерения пульса или частоты сердечных сокращений (ЧСС), или кратко HR (от heart rate).

Первая из них и самая популярная, пожалуй – зелёный лазер. От производителя к производителю и от модели к модели меняется лишь положение датчика и количество светодиодных лазеров вокруг него.

Принцип работы прост. В крови есть гем (гемоглобин), окрашивающий кровь в ярко красный цвет, этот гем интенсивно поглощает в зелёной части спектра. Кровь же даже в самых маленьких сосудах пульсирует с той же периодичностью, что и сердце, которое и обеспечивает кровоток. Направляем лазер на кожу и измеряем пульсацию отражённого зелёного света, откуда и рассчитываем пульс.

Взгляд изнутри: трекинг физической активности - 2

Принцип работы лазерного пульсометра. Источник

Другой тип пульсометров работает по принципу ЭКГ, с той лишь разницей, что вместо десятка электродов используется только два.

На груди фиксируется пара электродов (как показывает моя практика можно даже не смачивать). Разность потенциалов, которая соответствует сердечным сокращениям, фиксируется с помощью отдельного мини-компьютера, передающего по BlueTooth данные на внешние устройства.

NB: Интересно, что например некоторые тренажёры поддерживают функцию HR по BT-каналу, поэтому в ходе тренировки данные автоматически отображаются на дисплее. Ниже пример того, как это выглядит на тренажёрах для гребли Concept 2:

Взгляд изнутри: трекинг физической активности - 3

Источник

Читатель задаст вопрос, а что же лучше? Дать прямой и однозначный ответ затруднительно.
Если нет заболеваний сердечно-сосудистой системы и точные измерения нужны только во время физической нагрузки (спортсмены, например), то лучшим выбором будет связка просто браслета и датчика на грудь. Если стоит задача мониторить пульс круглосуточно (например, из-за проблем с сердцем), то выбирайте браслет со встроенным датчиком. Полное сравнение с разбором отдельных аспектов на английском языке приведено здесь.

Буквально два слова о достоверности данных. На том же сайте Wareable.com есть интересная статья, посвящённая тестированию аккуратности получаемых данных разными датчиками. Оказывается, что лазерный датчик выдаёт «воспроизводимость» около 85% при ±5 уд/мин, тогда как нагрудный ремень позволяет достичь 91%.

От себя добавлю, что конкретно мой пульсометр измеряет пульс раз в 5 секунд, то есть если за 5 секунды было 5 ударов, то HR будет рассчитан, как 60 уд/мин. В расслабленном положении в ручную измеренный пульс был 60 уд/мин, а нагрудный ремень выдавал значения от 58 до 63 – вполне приемлемая точность.

Но вернёмся к нашим баранам…

Часть экспериментальная

Для мониторинга пульса я носил нагрудный пульсометр в связке с фитнес-браслетом в несколько заходов с перерывами на подзарядку и выгрузку данных: рабочий день + вечернее время дома и отдельно – ночь. Браслет с пульсометром синхронизируются по протоколу Bluetooth.

Чтобы не спойлерить и избежать обвинений в рекламе, конкретные модели приведу тут (кому надо – откроет и посмотрит).

Суперсекретная разработка DARPA

Связка Polar Loop с Polar H3 sensor. На Хабре даже обзор на них имеется.

Далее мы разберём на части отдельно обычный «офисный» день (спасибо диссертации, их было не мало) и сравним его с днём, когда значительную часть времени приходилось переносить «на ногах» (работа в лаборатории она такая). В качестве бонуса к данной статье будут пульсограммы с тренировки в спортзале и горный поход.

День «офисный»

Чтобы не томить, сразу дам общую картину, которая представлена на рисунке ниже. Фактически это 24-часовая пульсограмма типичного «офисного хомячка».

Взгляд изнутри: трекинг физической активности - 4

Забегая вперёд скажу, что любая физическая активность имеет длинный след «релаксации», когда пульс в течение 30-40 минут приходит «в норму». А «взлёты» пульса около 9-30 и 12-00 это две чашки кофе.

Но давайте взглянем на неё поближе…

Начнём мы с пробуждения около 7-30 и забега до поезда, на котором я обычно добираюсь до работы. После пробуждения пульс подскакивает от 60 (так сказать здоровый сон) до 80-90 уд/мин (сборы и перемещение по дому). Затем лёгкая пробежка трусцой до поезда и пульс уходит выше 120 уд/мин. Потом время отдыха в поезде, минут 40 – ничего не происходит и пульс возвращается обратно к 80 ударам (работа на компьютере, просмотр новостей в телефоне). И, конечно же, приезд и прогулка до работы относительно спокойным шагом, а все всплески – лестничные пролёты.

Взгляд изнутри: трекинг физической активности - 5

Далее первая половина треть рабочего дня и обед, пульс в спокойном состоянии держится между 70 и 80 уд/мин. Походы за чаем/кофе и к принтеру выглядят, как кратковременные всплески до 90-100 уд/мин. Примерно в 11-30 – 12-00 наступает время обеда и пульс несколько повышается до 90.

Взгляд изнутри: трекинг физической активности - 6

Вторая половина рабочего дня – без изменений, около 70-80, периодически браслет напоминает, что пора бы проявить некоторую физическую активность – приходится подчиниться бездумной железке на запястье и пройтись по офису.

Взгляд изнутри: трекинг физической активности - 7

Окончание рабочего дня. Необходимо дойти до поезда, пульс подскакивает опять до 90-100 уд/мин (обычно выхожу в самый последний момент). И вновь 40 минут сидячего режима. Затем долгий и затяжной подъём в гору, ужин и какие-то домашние дела.

Взгляд изнутри: трекинг физической активности - 8

Самое интересное происходит ночью. Как можно видеть на графике, представленном ниже, ночью пульс остаётся относительно стабильным – 60 уд/мин, иногда подскакивая до 70. Но на пульсограмме отчётливо видны «спайки» — резкое, но не продолжительное повышение пульса. По этим спайкам фактически можно отследить активность человека в ночной период и предугадать, когда его легче всего разбудить. Именно на этом принципе работают: а) браслеты с функцией пробуждения и б) приложения для сна.

Мнение дилетанта о сне и контроле над ним

В последнее время стал пользоваться таким приложением. Мобильник кладу на кровать, а ночью он замеряет активность по данным встроенного акселерометра. Просыпаться получается не всегда с первого раза, но после 7-8 часов сна – встать без проблем можно. Некоторые программы записывают ещё и звук, чтобы определить храп. Если храп обнаружен, они могут выдать либо звуковой, либо вибросигнал, чтобы остановить оный.

Взгляд изнутри: трекинг физической активности - 9

Мы разобрали основные этапы дневного цикла «офисного хомячка», давайте теперь обратимся к циклу работника, который проводит большую часть времени на ногах, в движении и работе руками.

День «лабораторный»

Понятно, что ночью кардинальных отличий не будет, но вот в течение дня – всё совершенно иначе. Из-за того, что постоянно приходится двигаться, что-то делать руками, ходить из одного помещения в другое, средний пульс на 10-15-20 уд/мин выше, чем при сидячем образе жизни.

Взгляд изнутри: трекинг физической активности - 10

Чтобы было чуть более наглядно, давай построим оба графика в одних координатах:

Взгляд изнутри: трекинг физической активности - 11

Взгляд изнутри: трекинг физической активности - 12

Тот же график, если добавить усреднение
Главный вывод, самый очевидный, конечно же: двигайтесь больше на работе, даже если работа сидячая, то надо просто придумать занятие, которое будет заставлять ходить каждый час или полтора.

О, спорт, ты – мир!

Первое, о чём бы я хотел рассказать, это, конечно же, качалка или фитнес – кому как нравится. На пульсограмме ниже представлена моя типичная тренировка примерно на 1.5 часа. В начале – разминка, какие-то простые упражнения, которые помогают привести мышцы в тонус, затем гребной тренажёр, чтобы как следует прогреться, небольшой отдых и где-то 30-40 минут стандартных упражнений со свободными весами и/или на других тренажёрах.

Стоит отметить, что конкретно эта тренировка «потребляет» около 1050 ккал, что эквивалентно примерно всего-навсего 2-3 Сникерсам 50 гр. Тут можно написать целый трактат о зонах ЧСС и так далее, но не буду, просто оставлю скриншот из программы.

Взгляд изнутри: трекинг физической активности - 13

Ещё мы с друзьями и коллегами любим ходить в горы, поэтому ниже представлена пульсограмма и карта одного из таких походов. Интересно, что постоянный подъём вверх поднимает нижнюю планку пульса до примерно 95-100 уд/мин, а средняя ЧСС за весь маршрут составляет около 125 уд/мин, что очень хорошо для сжигания лишних каллорий.

Взгляд изнутри: трекинг физической активности - 14

Пульсограмма при горном походе. Легко угадывается обед и фото-привал

Взгляд изнутри: трекинг физической активности - 15

Карта, скорость и перепад высот для наглядности. Почему-то не отображается шкала высоты: максимальная отметка составила 2380 м, минимальная – 1130м

Взгляд изнутри: трекинг физической активности - 16

И небольшое саммари

Заключение и выводы

Во-первых, двигаться нужно больше и чаще, как бы ни банально это звучало. Многим нужен веский аргумент, чтобы начать заниматься собой, ходить в спортзал, отдыхать на природе и просто больше двигаться. Надеюсь, в этой статье мне удалось наглядно продемонстрировать, что даже обычная прогулка по офису за стаканом воды или чашкой кофе заставляет сердце биться быстрее как минимум на треть ещё 20-30-40 минут после возвращения в удобное кресло. Чем больше и чаще оно сокращается, тем больше калорий сжигается в организме.

Во-вторых, человек современной «сахарной» цивилизации потребляет слишком много калорий с пищей. Отсюда растут ноги у множества проблема: начиная сахарным диабетом и заканчивая сердечными заболеваниями. При этом отказаться от продуктов с содержанием сахара даже в 10-15 гр на 100 гр уже практически невозможно (читайте мелкий шрифт на упаковках). Остаётся только один выход – сжигать калории самому. На мой взгляд, мозолящая глаза надпись на запястье – “it’s time to move!” – отличный повод ещё раз вспомнить о съеденном за все перекусы в течение дня и пойти в фитнес-центр.

В-третьих, фитнес-трекер с возможностью измерения пульса – это отличный инструмент для врачей мониторить здоровья пациента и предугадывать «проблемые» события. На сегодняшний день основная трудность заключается в том, как накопить и обработать автоматически такой массив данных, предоставив врачу лишь выжимку/преддиагноз.

В-четвёртых, к сожалению, проблемы с безопасностью являются оборотной стороной достоинств фитнес-трекеров. Фактически, как я показал в статье по пульсограмме можно отследить очень много информации о человеке: продолжительность и характер сна, распорядок дня, стиль работы («офисный хомячок» и человек «в полях») и многое другое. Фактически, это скрытый шпионский агент на запястье.

Но вернёмся к вопросу, поставленному в начале статьи: так кто ж они фитнес-трекеры?
На мой взгляд, фитнес-трекеры определённо полезный инструмент мониторинга своего если и не здоровья, то дневной активности, которая опосредованно отражается на здоровье. Если бы они умели собирать данные об уровнях сахара и кислорода в крови, то стали незаменимой «лошадкой» персонализированной медицины и спортивных достижений.

PS: Не забудьте подписаться на блог: Вам не сложно – мне приятно!
И да, о замеченных в тексте недочётах просьба писать в ЛС.

PPS:

Пользуясь случаем, с удовольствием делюсь записью лекцией своей диссертации

Автор: Tiberius

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля