Все про фітнес-браслети та розумні годинники: як з’явилися, як працюють та чи потрібні вони взагалі

Фітнес-браслети у 2021 році не тільки рахують кроки й калорії, а й стежать за сном, вимірюють тиск і навіть рівень стресу. Але деякі дослідники сумніваються, чи варто довіряти їм своє здоров’я.

Цифровий годинник c додатковими функціями існують з 1970-х років. Одними з перших розумних годинників були Seiko UC-2000 — вони не тільки показували час, а й виконували роль калькулятора, мали вбудований японсько-англійський перекладач і ігри на зразок Тетрису.

До них додавалася кишенькова клавіатура, з її допомогою можна було написати текст до 2000 символів, зберегти його в нотатках на годиннику і роздруковувати на спеціальному принтері.

На початку 2000-х років Microsoft випустила годинник на базі технології Smart Personal Object Technology (SPOT), яка працювала за допомогою FM-мовлення. Використовувати технологію компанії припинили у 2008 році, але ідея розумних годинників збереглася. І у 2010-х роках на ринок вийшли годинники та браслети від Apple, Samsung, Sony та інших, функції яких працюють через інтернет.

Перші розумні браслети розроблялися для професійних спортсменів, щоб відстежувати фізичні показники та розраховувати навантаження. Незабаром трекери стали носити й любителі, а також ті, хто не займається спортом і веде сидячий спосіб життя.

Якщо раніше в браслетах були тільки крокомір і пульсометр, зараз виробники додають все більше нових функцій.

Наприклад, Amazon випустила розумний браслет Halo, який вміє визначати відсоток підшкірного жиру і по голосу розуміє настрій власника, а Apple, Garmin і Fitbit обіцяють, що їхні годинники покажуть рівень кисню в крові.

Деякі розумні пристрої допомагають поліпшити сон людям, які страждають від кошмарів, в тому числі викликаних посттравматичним стресовим розладом (ПТСР). Годинники аналізують рухи тіла і частоту серцевих скорочень — на основі цього розуміють, коли людині сниться кошмар, і починають вібрувати.

Кількість функцій розумних годинників росте — але частіше їх використовують для перегляду повідомлень і відстеження фізичної активності. Медична користь таких пристроїв нерідко викликає питання — і у покупців, і у дослідників.

Опитування 2018 року показує, які функції розумних годинників найчастіше використовують.

Як працюють розумні браслети й наскільки точні вимірювання

Зазвичай трекери носять на зап’ясті. Вони вимірюють показники за допомогою вбудованих датчиків, відстежувати прогрес можна на годиннику і в додатку на смартфоні. Точність трекерів залежить від закладеного виробником алгоритму і дій власника.

Вимірювання пульсу

Розумні годинники вимірюють пульс завдяки методу який має назву фотоплетізмографія. Світло, що виходить від датчиків в годиннику, потрапляє на шкіру, більша його частина поглинається тканинами тіла, інша — відбивається.

Завдяки зеленим світлодіодам годинник може заміряти обсяг крові, що проходить через зап’ястя в кожен момент часу. Кров червона, тому вона відбиває червоне і поглинає зелене світло. При ударі серця кровотік в зап’ясті збільшується, разом з ним і обсяг поглиненого зеленого світла. У період між ударами він, навпаки, зменшується. Так завдяки світлодіодам годинник може виміряти кількість ударів серця у хвилину, тобто пульс.

Так працюють датчики, які вимірюють пульс

Фітнес-браслет не медичний прилад, тому пульс вимірюється з похибкою. У стані спокою вона невелика, але простої ходьби може бути досить, щоб похибка виросла, а сигнал спотворився.

Чим сильніше фізичні навантаження, тим менше точність. Наприклад, перешкоди, викликані ходьбою зі швидкістю 100 кроків за хвилину, можуть не відрізнятися від частоти пульсу в 100 ударів у хвилину — це призведе до помилки в підрахунках. А під час бігу, датчик, швидше за все, не спрацює коректно.

Зліва показані вимірювання пульсу в положенні спокою, справа — при ходьбі

Дослідження, в якому протестували сім розумних годинників на 60 добровольцях, показало:

  • пристрої частіше помилялися в вимірі пульсу, коли людина ходила — медіанна похибка доходила до 8,8%;
  • рідше помилялися, коли людина їздила на велосипеді — у більшості годинників похибка склала менш як 5%.

Результат вимірювання пульсу чотирьох ідентичних годинників Garmin під час ходьби

Одна з причин неточності вимірювання пульсу — зелені світлодіоди, вони не так точні, як червоні, які використовуються в медичних приладах. За словами наукового співробітника Каролінського інституту Мікаеля Матсон, хоч червоні світлодіоди допомагають точніше визначити пульс, під час руху вони погано працюють, на відміну від зелених. Тому виробники розумних годинників встановлюють зелені світлодіоди.

Крім того, на точність вимірювання можуть вплинути сильний загар, наявність татуювань, піт на шкірі або слабо затягнутий ремінець.

Лічильник кроків

Рахувати кроки та визначати швидкість руху допомагає акселерометр — пристрій з противагою, що реагує на переміщення тіла в просторі. Він розпізнає прискорення фітнес-браслета і реагує на рухи руки.

Деякі пристрої додатково використовують гіроскоп, що враховує тривимірне переміщення в просторі, що дозволяє:

  • визначити, як переміщається рука під час руху;
  • точніше розпізнати характер рухів власника.

Наприклад, браслет з гіроскопом може зрозуміти, що людина біжить на місці, робить фізичні вправи або просто сильно махає рукою.

Розумний годинник показує кількість пройдених кроків

Фітнес-трекери аналізують всі рухи рук протягом доби, тому деякі з них алгоритм може помилково порахувати за кроки. При цьому якщо людина човгає, кульгає чи просто пересувається повільно – такі рухи трекер може не зареєструвати.

Водіння автомобіля, робота з комп’ютерною мишею, переодягання, приймання душа та активна жестикуляція можуть викликати у крокоміра помилкові спрацьовування.

Лічильник калорій

Пристрої різних виробників по-різному рахують витрачені калорії. Одні враховують показники активності та фізичного стану, а також зріст, вагу, вік і стать людини. Інші працюють тільки на основі даних активності — деякі враховують її тип: біг, ходьба, катання на велосипеді, плавання.

Точність підрахунку спалених калорій залежить від математичної моделі, яка використовується в трекері, — чим більше даних вона враховує, тим найімовірніший результат. Дослідження вчених Стенфордського університету і Шведської школи спорту і наук про здоров’я показало: різниця в кількості спалених калорій за 10 тисяч кроків може коливатися від 400 до 800 кілокалорій.

Точність вимірювань також залежить від урахування рівня фізичної підготовки, якості виконання вправ і складу тіла. Не всі браслети враховують ці показники.

Вимірювання тиску

Для вимірювання тиску деякі пристрої використовують датчик тиску. Інші — датчик частоти пульсу, він працює на базі пульсоксиметра або фотоплетізмограмми.

Найточніші показники дає медичний тонометр. Він вимірює тиск в районі плеча, де артерії знаходяться глибоко під шкірою, тоді як розумний годинник — на зап’ясті. Артеріальний тиск на зап’ясті зазвичай вище і його складніше виміряти через близьке розташування артерій до шкіри.

Щоб точніше виміряти тиск за допомогою розумного годинника, рука і зап’ястя повинні знаходитися на рівні серця. Але навіть в цьому випадку показання браслета будуть менш точні, ніж у тонометра. Похибка зросте, якщо шкіра на зап’ясті покриється пилом або спітніє, а також якщо міряти тиск в русі.

Висотомір

Висотомір, або альтиметр, працює завдяки датчикам атмосферного тиску. Атмосферний тиск вище за все у поверхні землі й в міру того, як людина підіймається вгору, він зменшується. Щоб визначити висоту, альтиметр порівнює новий показник тиску з раніше відомим рівнем моря.

Розумний годинник з висотоміром необхідно калібрувати майже щодня, щоб він відповідав відомій контрольній висоті. Під час польоту на літаку або після зміни атмосферного тиску показник висоти може бути невірним.

Альтиметр в годиннику Garmin

Рівень стресу

Визначити стрес допоможе показник варіабельності пульсу — інтервал між ударами серця. На його основі розумний годинник Apple Watch, Samsung Galaxy Watch і деякі трекери Fitbit повідомляють про рівень стресу. На варіабельність впливають вік, положення тіла, час доби, стан здоров’я та емоційні, фізичні й психічні переживання.

Серце людини не б’ється в одному ритмі. Наприклад, у здорових молодих людей серцевий ритм за один цикл дихання, вдих і видих, може змінюватися на 10-15 ударів у хвилину. Коли людина знаходиться в стресовій ситуації, варіабельність знижується — серцевий ритм може змінюватися тільки на два удари за цикл дихання.

Виробник датчиків серцевого ритму Valencell вважає, що заміряти рівень стресу краще в нерухомому стані — рухи зап’ясть можуть перешкодити виміру.

Для клінічних досліджень вчені використовують алгоритми, які чистять дані від шумів. Але фітнес-трекеру може не вистачати потужності для подібних обчислень. До того ж без контексту неможливо дізнатися, зміни в ритмі викликані стресом або позитивним хвилюванням.

У Valencell вважають, що підвищити точність вимірювань можна за допомогою пристроїв, які кріпилися б не тільки на зап’ясті, а, наприклад, у серця. Виміряти стрес допоможуть і додаткові дані: так Fitbit випустила годинник з датчиком електродермальної активності (EDA) для відстеження фізичної реакції тіла на стрес.

Моніторинг сну

Для моніторингу сну в фітнес-браслетах використовуються два датчика: акселерометр відстежує рухи, а пульсометр — серцевий ритм, тривалість і стадії сну.

Деякі браслети додатково враховують рівень кисню в крові. Його зниження під час сну може впливати на якість сну і призвести до синдрому апное і денної сонливості.

Сон складається з послідовно змінюваних фаз: швидкий сон і повільний, або глибокий, який включає три цикли. Людина проходить всі фази по кілька разів за ніч. У фазі глибокого сну людина перестає рухатися, а пульс сповільнюється і стає монотонним. У фазі швидкого сну частішає дихання, підвищується частота серцевих скорочень і тиск.

Історія сну: розбивка по фазах і графіки. Додаток для розумного браслета Fitbit Wareable

У 2018 році пекінські вчені протестували шість браслетів від Apple, Samsung, Jawbone, Fitbit, Huawei та Xiaomi й визнали їх показники точними, без значних похибок.

Однак лікарі-сомнологи пояснюють, що трекери дають сирий масив даних, який складно інтерпретувати без спеціальної освіти: власник розумного годинника отримує інформацію, яку не може використовувати.

Директор Центру розладів сну в медцентрі Джона Хопкінса Алан Шварц вважає, що більшість пристроїв для відстеження сну лише припускають, спить людина чи ні — часто вони приймають за сон бездіяльність. Але трекери можуть дати приблизне уявлення про графіку сну, і якщо у користувача немає проблем зі здоров’ям, цього достатньо. Головне — ставитися до даних з часткою критики, вважає Шварц.

ЕКГ

Електрокардіограма (ЕКГ) — це обстеження, яке зчитує тривалість і силу електричних сигналів, що виникають при серцебитті. Під час ЕКГ використовують електроди для вимірювання електричної активності серця.

Медичний прилад зазвичай складається з десяти електродів, розміщених на різних частинах тіла. У розумному годиннику їх менше, наприклад, в Apple Watch Series 4 два: один електрод на задній поверхні годинника — над зап’ястям, другий — збоку на коліщатку. Щоб зробити ЕКГ, потрібно покласти одну руку з годинником на стіл, а палець другої прикласти до коліщатка і почекати, поки годинник зніме показання.

Годинники VivoWatch BP від ​​Asus також використовують два датчики для вимірювання ЕКГ і працюють без необхідності сидіти та підіймати руку під час вимірювань.

Експерти не впевнені, чого від таких функцій більше, користі чи шкоди. Наприклад, деякі кардіологи сумніваються, що постійні виміри ЕКГ допоможуть молодим людям — скоріше навпаки, помилкові попередження можуть привести до тривожності та навантаженні на лікарні через тих, хто звернеться до лікаря.

Що робити з показаннями

Ефективність фітнес-браслетів поки мало вивчена, але ті дослідження, що є, визначають трекери як недостатньо точні, щоб використовувати їх в спортивних або медичних цілях.

Чи можна схуднути за допомогою розумного годинника?

Вчені Пітсбурського університету припустили, що люди, які носять фітнес-браслети, повинні худнути швидше, оскільки постійно стежать за своїм станом.

Вони перевірили цю гіпотезу — в експерименті брало участь 470 осіб віком від 18 до 35 років, яких посадили на низькокалорійну дієту і прописали фізичну активність. Деякі учасники контролювали дієту і тренування самостійно, інші — за допомогою браслета.

За підсумками двох років досліджень виявилося, що група з браслетами втратила у вазі менше, ніж група без них. Вчені прийшли до висновку, що трекер активності не дає переваг у схудненні.

Інший експеримент тривав вісім тижнів за участю 78 осіб. Дослідники хотіли з’ясувати, який метод схуднення ефективніше: з тренером, з трекером або з тим і іншим. Випробовуваних розділили на три групи:

  • Перші худнули за допомогою тренера: один раз в тиждень під час годинного заняття тренер розповідав про харчування, повноцінний сон і інші речі, необхідні для схуднення. Також учасникам видали буклети про дієту і стратегії схуднення. Вони самостійно контролювали свій спосіб життя.
  • Другі щодня стежили за своєю активністю і вагою за допомогою трекерів.
  • Треті поєднували методи перших двох: зустрічалася з тренером і користувалася браслетами.

Різких відмінностей в схудненні між групами не було. Дослідники вирішили, що систематичне використання трекера дає такий же ефект, як і контроль активності з допомогою тренера. Кращі результати показала третя група, яка щотижня займалася з тренером і щодня користувалася трекером.

Одне з останніх досліджень, яке провів у 2020 році Сіднейський університет, показало, що використання трекерів активності підвищує фізичну активність людей без хронічних захворювань. Люди, які користуються трекером, ходять більше — в середньому на 2000 кроків в день.

Виявити захворювання за допомогою розумного браслета

Дослідження Стенфордського університету каже, що розумний годинник і фітнес-браслети можуть допомогти виявити Covid-19.

Дослідники проаналізували дані фітнес-браслетів 32 осіб, хворих коронавірусом, і виявили, що у 26 з них були зміни в частоті серцевих скорочень, кількості кроків в день або часу сну. Таким чином, симптоми захворювань можна було виявити заздалегідь на підставі екстремального підвищення частоти пульсу в стані спокою.

Учасники ділилися даними своїх фітнес-трекерів. Дві нижні панелі показують зміна в серцевому ритмі людини до і після появи симптомів

Схожий експеримент провели в медичному комплексі Mount Sinai. Протягом пів року 297 медпрацівників повинні були носити розумні годинники не менше восьми годин на день і щодня розповідати про свій стан.

Дослідники хотіли зрозуміти, чи можна прогнозувати зараження на основі аналізу варіабельності серцевого ритму, і оцінити вплив пандемії на психічне здоров’я. Годинники продемонстрували значні зміни показників серцевого ритму за сім днів до підтвердження коронавірусу.

В Mount Sinai також виявили, що через 7-14 днів після постановки діагнозу серцевий ритм нормалізувався і більше не відрізнявся від показників тих, хто не був хворий.

Залежність від трекерів

Університет Бата протягом двох років вивчав вплив технологій на здоров’я людей 13-18 років. Дослідження більш як 1000 англійців показало, що постійне використання трекерів активності може привести до нав’язливих станів, тривоги та страху.

52% досліджуваних за допомогою розумних браслетів стежать за калоріями, фізичною активністю, настроєм, частотою пульсу, режимом сну і менструацією. Але постійна перевірка трекера може привести до залежності, викликаної бажанням стати здоровішими або більш спортивними ніж свої однолітки.

Багато досліджуваних скаржилися на розлад харчування, виникнення параної та турбувалися через те, що не бачать результатів від дієти та спорту.

Попри популярність трекерів активності та розумних годинників, поки мало доказів, що вони можуть поліпшити здоров’я. А точність показників браслетів поки далека від медичних значень.

БІЛЬШЕ ЦІКАВОГО:

Читайте также:

Huawei випустив IdeaHub, пристрій 3-в-1 для відеоконференцзв’язку, відеопрезентацій та корпоративних нарад

Huawei провів масштабне оновлення лінійки мобільних продуктів

Чи зроблять нас фітнес-трекери здоровішими?

Huawei P40 Pro vs. Xiaomi Mi 10 Pro – битва титанів з Піднебесної