SpO2 - что это такое в фитнес-браслетах и смарт-часах

В этой статье: показать

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%. Аббревиатура расшифровывается следующим образом:

S — сатурация, а именно определения уровня насыщенности кислородом артериальной крови;
Р — пульс (частота биений сердца);
О2 — кислород

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.

Каким образом в клетки попадает кислород

Наша кровь – это 40% клеток и 60% плазмы (светлая жидкость, в состав которой входит вода, соли и минералы). Основная часть клеток в крови – это эритроциты или красные тельца, примерное их количество достигает 25 миллиардов или 99% всех кровяных клеток.

Все эритроциты включают в себя множество молекул гемоглобина, которые и связываются с кислородом, перенося его по всему организму. То есть, гемоглобин в данном круговороте играет роль «таксиста». Его задача – перевезти кислород, и обогатить им все ткани. В момент перемещения крови по легким, гемоглобин забирает оттуда кислород и переносит на другие участки, забирая оттуда углекислый газ и оставляя его в легких для выдоха.

При этом не все молекулы гемоглобина добросовестно выполняют свою задачу. Некоторые могут просто не брать нового «пассажира» и не перевозить кислород, а просто кататься по всему маршруту в пустую. SpO2 демонстрирует нам соотношение гемоглобина с кислородом к общему числу молекул гемоглобина в крови.

Почему показатель SpO2 важен

Пульсоксиметрию с измерением SpO2 применяют для быстрой оценки раннего предупреждения и мониторинга гипоксии.

При интенсивной физической активности происходит сокращение количества кислорода в гемоглобине, и, следовательно, наступает упадок уровня кислорода в крови. В связи с этим, чтобы восполнить его объем в организме, учащается ритм дыхания и повышается частота сердцебиения. Этот процесс помогает получить мышцам необходимое количество О2, способствуя их нормальной работе.

SpO2 норма у взрослых и подростков

Нормы SpO2 полноценного взрослого человека — 95-99%. Показатели ниже 90% свидетельствует об ухудшении здоровья. Если часы показывают такие данные необходимо обратиться к врачу. Обратите внимание на такие показатели:

91% – 100% – норма сатурации;
85% – 90 % – средняя тяжесть болезни;
меньше 84% – критические цифры для здоровья человека.

Норма для активных людей, которые ежедневно занимаются спортом – не ниже 92%. В противном случае организм будет изнашиваться, внутренние ресурсы истощаться. Смарт-часы необходимы для предотвращения критической ситуации.

Как фитнес-трекеры измеряют процент кислорода в крови

Современные гаджеты и аксессуары способны контролировать сон и физическую активность, строить диаграммы, генерировать советы. Все это благодаря искусственному интеллекту и прочим фишкам. С каждым годом на рынке появляются все новые и новые технологии, основанные на AI. Тенденции 2020-го стали особо специфическими. В этом году пульсоксиметры стремительно выросли в популярности. Уже практически нет людей, которым бы не было интересно, поступает ли кислород в их кровь в нужных количествах.

Хороший пульсоксиметр или гаджет, дополнительно измеряющий артериальное давление, подойдет любителям спорта и людям, у которых проблемы с сердцем и кровообращением. Для большинства спортсменов датчик SpO2 — не игрушка. Когда артериальное давление критическое, а частота пульса превышает нормальные пределы, такой датчик всегда сигнализирует. В ситуации с низкой сатурацией своевременное определение проблемы поможет предотвратить более серьезные последствия.

Оценкой SpO₂ занимаются фитнес-трекеры и узкоспециализированные устройства под названием пульсоксиметры. Процесс измерения происходит примерно так же, как и подсчет сердечных сокращений, то есть посредством волн определенной длины (обычно инфракрасных). Дальше в дело вступает высокочувствительный фотодатчик, который видит наполненность кровеносных сосудов гемоглобином.

Пульсоксиметр отличается от фитнес-трекера тем, что размещается не на запястье пользователя, а на кончике пальца. Это оптимальное место для снятия точных показаний SpO₂.

Но и эта точность не бывает наивысшей. На измерение количества гемоглобина влияет целый набор факторов – цвет кожи, окружающее освещение и физическая активность пользователя. У фитнес-браслетов есть программные алгоритмы, направленные на устранение погрешностей за счет данных с акселерометра и гироскопа, но и они не дают абсолютной точности.

По этой причине производители фитнес-трекеров подчеркивают, что их устройства не предназначены для медицинской диагностики. Лишь малое количество носимых устройств сертифицированы как медицинские приборы для измерения SpO₂ (Withings ScanWatch как раз из таких).

Повысить точность измерений SpO₂ на фитнес-браслете можно с помощью простого приема: прикрыть устройство напульсником или длинным рукавом, желательно черного цвета.

Принцип работы

Модуль браслета издает специальный безопасный свет, проникающий в ткани организма, после отражается на фотодетекторе.
Определенное количество света будет поглощено кровью, данное количество и покажет уровень насыщения кислородом.

Данный способ используется во всех подобных девайсах.

Точность измерения сатурации умными часами и фитнес-браслетами

Ни один прибор не может обеспечить 100% гарантию точности измерения, поэтому производители гаджетов указывают, что устройства не рекомендуется использовать для медицинской диагностики.

На точность могут повлиять такие факторы, как освещенность, подвижность человека и даже оттенок его кожи, но в некоторых устройствах собираются и другие сопутствующие показатели, чтобы результат был более точным. Это данные акселерометра, освещенность внешнего датчика и многие другие, а после этого идет обработка полученной информации.

Поэтому, чтобы измерить показатель насыщения крови кислородом и получить наиболее точный результат, необходимо сидеть неподвижно во время измерения, носить девайс под рукавом кофты и отдавать предпочтение темным ремешкам, чтобы избежать лишнего света, влияющего на датчик.

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.

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.

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:

Контролировать SpO2 требуется, главным образом, при анестезии во время операции. Это одна из основных задач анестезиолога.
Также бывает важно следить за уровнем кислорода в период восстановления после серьезных операций или перенесенных проблем со здоровьем, таких как инфаркт.

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»:

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.

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.

При физических нагрузках на высоте извлекать кислород из воздуха становится труднее. Уровень кислорода на уровне моря обычно составляет около 21%, но на высоте более 3000м он может упасть до 15%.

Тренировки на высоте могут вызывать у спортсмена адаптацию к недостатку кислорода, чтобы использовать кислород максимально эффективно. Через несколько недель таких тренировок организм начинает производить больше эритроцитов и изменяется способ удержания кислорода этими эритроцитами. Пока эти изменения не произойдут, спортсмен будет чувствовать себя вялым, поскольку к мышцам поступает меньше кислорода. Датчик SpO2 поможет человеку безопасно тренироваться и наглядно видеть преимущества этой тренировки.

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.

Но…

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.

Показатели во время физических упражнений

Высокий процент указывает на то, что организм будет транспортировать кислород по всему телу с большей скоростью, что, в свою очередь, сделает тренировки эффективными и интенсивными
Низкий уровень кислорода в крови означает, что организм транспортирует кислород к мышцам в более медленном темпе, что вызовет усталость и сделает тренировку менее эффективной

Таким образом, эти показатели определяют качество здоровья сердца и легких.

Хотя СПО2 дает представление об уровне кислорода в крови, он не является полным и всеобъемлющим измерением здоровья человека. Измерение SPO2 с помощью датчика или монитора просто указывают на необходимость диагностического тестирования или других методов лечения.

Апноэ во сне

SpO2 может быть полезным индикатором апноэ во сне. Апноэ во сне — это состояние, при котором человек периодически просыпается ночью из-за затрудненного дыхания. Различают два вида апноэ во сне: обструктивное апноэ, которое происходит из-за сужения верхних дыхательных путей и центральное апноэ, которое происходит из-за нарушения функционирования центральных механизмов регуляции дыхания.

При апноэ человек просыпается ночью, чтобы набрать воздух ртом и часто не осознает, что происходит. В результате люди часто просыпаются, а в течение дня чувствуют себя уставшими и разбитыми, теряют концентрацию и даже не понимают в чем может быть проблема.

Устройство, которое измеряет SpO2, может предупредить о данной проблеме, чтобы принять меры. Важно, чтобы фитнес-трекер отслеживал уровень кислорода в крови в ночное время. Обычно мониторинг SpO2 в течение ночи значительно сокращает автономность носимого устройства. В любом случае, если вы подозреваете у себя подобную проблему, лучше обратиться к специалисту.

SpO2 при коронавирусе

Важен ли тест SpO2 при коронавирусе? С приходом в наш мир пандемии COVID-19 увеличился спрос на пульсоксиметры, которые могут определить низкий уровень кислорода в крови, что указывает на то, что легкие больше не выталкивают достаточное количество кислорода в кровоток.

Подобный метод с профессиональным медоборудованием может использоваться для проверки того, нуждается ли кто-либо в поддержке дыхания с помощью вентилятора.

Фитнес-браслеты и смартфоны с функцией SpO2 могут измерять сатурацию кислорода в артериальной крови пользователя, однако этого может быть недостаточно для раннего предупреждения, которое может сделать только с помощью специального теста на наличие коронавируса в организме.

Также неточные результаты в любом направлении могут вызвать ненужный стресс и необязательное посещение больницы или создать ложное чувство безопасности.

Необходимо помнить, что гаджеты, предоставляемые информацию только для ознакомления, не заменят точные медицинские профессиональные приборы.

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

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.

Нехватку кислорода из-за задержки дыхания Apple Watch никак не отразили, а вот учащенное дыхание после физических упражнений отразилось на измерениях — уровень кислорода в крови достиг 100%.

Измерение кислорода в Samsung Galaxy Watch

Чтобы измерить кислород умными часами Samsung Galaxy Watch 3, надо отыскать в меню часов приложение Samsung Health, а в нем- пролистнуть до синей капельки. Перед началом измерения часы дадут вам довольно подробную инструкцию о том, где расположить часы (лучше — ближе к сердцу), как подготовиться к измерению, а также напомнят, что нормальный диапазон насыщенности кислородом для здорового человека составляет 95-100%, но на него могут влиять такие факторы, как физические упражнения, высота над уровнем моря и состояние здоровья.

Samsung Galaxy Watch 3 измеряют уровень кислорода в крови, а также пульс, в течение 15 секунд, если сидеть неподвижно, и в течение 40 секунд — если зафиксировано движение. Во время измерения строится график — голубая линия, но является ли он отражением сердцебиения во время замера, и о чем говорит — непонятно. К полученным результатам можно добавить метку о самочувствии, также данные о последнем измерении будут показываться рядом со значком-капелькой в приложении Samsung Health.

Результаты трех проведенных подряд измерений со спокойным дыханием отличались на 1-2%. Задержка дыхания никакого влияния на результат не оказала, интенсивная кардионагрузка и сбитое дыхания на данные также никак не повлияли.

Измерение кислорода в Honor Watch ES

В умных часах Honor функция измерения кислорода находится в главном меню и называется просто SPO2. Перед началом измерения дается лаконичный совет не двигаться и повернуть часы циферблатом к себе, после чего дается 3 секунды на подготовку.

Honor Watch ES измеряют одновременно кислород и пульс. Если сидеть неподвижно, все займет секунд 15-20, если двигаться — 45 секунд. На экране при этом демонстрируется кружок, который медленно заполняется красной жидкостью. Если движений было слишком много, после этого часы напомнят о необходимости не двигаться и предложат повторить.

После измерения выводятся данные об уровне кислорода и пульсе, причем если остаешься в том же меню, то показатели некоторое время меняются. Например, во время первого измерения итоговый результат сначала упал со 100% до 97%, затем поднялся до 99% и на этом зафиксировался. Второе контрольное измерение показало падение с 95 до 93% и обратное повышение до 94%.

На задержку дыхания, так же как и на его учащение датчики Honor Watch ES не отреагировали, показав результат в 98% в обоих случаях.

Делаем выводы

Производители умных часов постоянно подчеркивают, что их изделия не являются медицинскими приборами, и неудивительно. Точность измерения уровня кислорода в крови умными часами вызывает вопросы и вряд ли в ближайшем будущем будет восприниматься врачами как значимый фактор при диагностике.

И все же, несмотря на погрешности измерения, нам представляется, что на бытовом уровне умные часы вполне могут быть полезны. Например, умные часы могут отследить и зафиксировать такую опасную штуку, как апноэ во сне, так что если вы сильно храпите, возможно, вам стоит задуматься о покупке умных часов с функцией SPO2.

Кроме того, мы на собственном опыте убедились, что возможность лишний раз убедиться, что с легкими у тебя все в порядке, очень радует, особенно на фоне второй волны пандемии. И видеть цифры в 97-98-100% очень приятно, даже если в глубине души ты подозреваешь, что часы немного врут.

Модели фитнес-браслетов и часов с SpO2

На сегодняшний день все больше производителей предлагает в своих устройствах новейшие технологии, помогающие следить за здоровьем.

Приведем список популярных моделей, где реализована функция SpO2.

Умные браслеты:

Xiaomi Mi Band 5
Huawei Band 4 Pro
Honor Band 5/5i

Смарт-часы:

Honor Magic Watch 2
Huawei Gt 2
Apple Watch (функция будет работать на WatchOS 7)

Обращаем ваше внимание, что фитнес-браслеты, смарт-часы и смартфоны не являются медицинскими приборами и не предназначены для использования при диагностике заболеваний или других состояний. При любых симптомах кислородной недостаточности обращайтесь к врачу.

Заключение

В быту мониторинг SpO₂ – это просто любопытная функция, которая поможет узнать больше о возможностях организма, лучше контролировать свое здоровье и качество сна. А для тех, кто занимается высокогорными тренировками или подводным плаванием, этот показатель имеет жизненно важное значение.