Здоровье под контролем: как работают фитнес-трекеры

Существуют три типа устройств, которые носят на запястье и которые помогают контролировать состояние здоровья. Профессиональные, например, Garmin и Suunto, покупают фитнес-энтузиасты. Самый дорогой сегмент — смарт-часы, например, Apple Watch и Samsung Galaxy Watch, по сути медийные девайсы, где фитнес — это приятное дополнение. Нас же интересует самый массовый сегмент фитнес-трекеров, которые вы и видите на запястье каждого второго подтянутого человека.

Фитнес-трекеры прошли три стадии. Первая, продлившаяся почти до 2014 года, — условные шагомеры, основанные на акселерометрах. Потом появились оптические сенсоры, которые позволяют считать пульс и концентрацию кислорода в крови. Эти две функции закрывают почти 99% всех устройств, которые есть на рынке. Я активно использовал три из них, наиболее популярные у нас в редакции: Mi Smart Band 4 (2290 рублей), Huawei Band 3 Pro (4290 рублей) и Samsung Galaxy Fit (6990 рублей). Они практически идентичны и отличаются экранным интерфейсом и способом зарядки (у Samsung она, например, беспроводная). Цветной сенсорный экран, GPS-приемник, режимы для разных видов тренировок, водонепроницаемость 50 м, мониторинг сна и пульса — вот основные функции данных девайсов. Для считывания активности браслеты используют данные GPS, встроенные акселерометры и гироскопы, а также оптические датчики пульса. Последние наиболее интересны.

Оптические датчики в трекерах отслеживают кровенаполнение сосудов, расположенных в руке. Сокращаясь, сердечная мышца провоцирует повышение давления крови, капиллярный кровоток усиливается, вследствие чего поглощается больше света. В трекерах два светодиода подсвечивают кожу, а расположенный между ними фотодиод (однопиксельная камера с очень большим светочувствительным пикселем) измеряет световой поток. Этот метод называется фотоплетизмографией. Если снимете с руки такой трекер и посмотрите на внутреннюю сторону, то увидите, что светодиоды, за редким исключением, «стреляют» зеленым цветом, поскольку именно он дает оптимальное соотношение глубины проникновения и отражения. Если использовать синий свет, то он не проникнет под кожу. Красный и инфракрасный, наоборот, слишком глубоко проникают под кожу и одновременно захватывают сосудистые русла, в которых пульсовые волны распространяются по‑другому. Это общая теория, практическая реализация, конечно, гораздо сложнее.

Дело в том, что сигнал отражает колебания в кровеносном сосуде весьма плохо и на него накладываются различные артефакты в виде дыхательных волн, отражения от неоднородностей, движение самого человека и боковые засветки от неплотно прилегающего браслета. Для обработки сигнала каждая компания использует собственные фирменные алгоритмы, вплоть до нейросетей. За последние годы технология совершила большой скачок и закрывает практически все любительские нужды. Заметим сразу, что все оптические датчики, встроенные в наручные трекеры, всегда по точности будут уступать нагрудным пульсометрам, например, Polar, которые измеряют пульс по электрической активности сердца (ЭКГ). Но такая точность нужна только для профессиональных спортсменов или в медицинских целях.

Оценить точность трех вышеперечисленных трекеров без специальных приборов практически невозможно, поэтому условно можно сказать, что все они дают примерно похожую информацию. Значит ли это, что надо покупать самый дешевый и не париться? А вот и нет. Дело в том, что большая часть функционала в трекерах зашита в программное обеспечение, которое обычно интегрировано в сам смартфон. Можно, конечно, установить такую программу самостоятельно, но пользоваться встроенной гораздо удобнее. Поэтому самый правильный выбор — покупать трекер той же марки, что и смартфон. Но у Xiaomi и Huawei есть приятное дополнение. В комплект можно прикупить «умные» весы от тех же производителей, и каждое утро они будут сбрасывать ваш вес и процентное содержание жира в фирменное приложение, которое объединяет эти данные с данными трекера и позволяет гораздо лучше следить за своей физической формой. Я обзавелся сам такими весами, и они уже месяц держат меня в форме.

Третье поколение трекеров у нас представлено моделью GoBe2 (13 900 рублей) от компании Healbe. Интересно, что компания имеет российские корни и использует для снятия данных другую технологию — измерение комплексного электрического сопротивления, то есть импеданса, и кожно-гальваническую реакцию. Устройство имеет размеры приличных наручных часов, с обратной стороны хорошо видны два больших контакта. Так как технология неоднозначная, мы решили расспросить о ней генерального директора Healbe Артема Шипицына. Самые интересные функции GoBe2 (ради которых я и таскал этот трекер пару месяцев) — измерение потребленных килокалорий и уровня стресса. Так вот, импеданс Healbe использует для реализации функции, связанной с усвоенными калориями и наличием воды в тканях, а кожно-гальваническую реакцию — для определения уровня эмоционального статуса. По сути последняя технология — родная сестра детекторов лжи из кино.

Healbe начиналась с попытки сделать неинвазивный глюкометр — измеритель уровня сахара в крови. Механика измерения выглядит в общих чертах так: когда мы что-то съедаем, сахар должен попасть в клетку, инсулин открывает клетку, сахар заходит, вода выходит. Этот процесс осмоса, перехода воды из клеточного в межклеточное пространство, и можно зафиксировать через импеданс — сопротивление тканей на разных частотах, а уже из него при помощи непростой математики можно пересчитывать реальное потребление организмом сахара и углеводов. К сожалению, существующее законодательство не позволяет бытовым приборам показывать уровень сахара в крови. Для этого компания должна провести миллион исследований на диабетиках с разными вариантами осложнений и на разных диетах, говорит Артем, и на это у частной компании просто нет денег. Хотя для внутреннего использования такие данные Healbe выдает. А для меня же доступны данные в реальном времени по усвоенным и израсходованным калориям. В этом принципиальное отличие подхода Healbe.

Как стандартно происходит подсчитывание съеденных калорий? Взвешиваете порцию, сканируете штрих-код или вводите вручную в специальное приложение и в итоге получаете результат. Неправильный. Программа посчитает калорийность пищи, которая не имеет никакого отношения к тому, сколько калорий действительно усвоил ваш организм. Именно отсюда идут утверждения типа: чтобы сжечь калории, содержащиеся в одном чизбургере, надо 35 минут интенсивно бегать.

Например, в лабораториях компании Royal Canin, специализирующейся на диетических кормах для собак и кошек, усвоенные калории вычисляют более корректным способом — измеряют калорийность съеденного корма и испражнений (как правило, методом сжигания, который многие проходили в школах), а потом вычитают из первого второе. В итоге компании удается выпускать удивительно сбалансированные корма — животные на них и полны энергии, и не страдают ожирением.

Но это лабораторные технологии измерений, дома их не применишь. Так вот, GoBe2 считает не калории вообще, которые я проглотил вместе с пищей, а только усвоенные, и это очень важно. Можно спорить, насколько эти измерения точны, но они показывают именно то, что нам нужно. Исследователи из медицинского и спортивного центра Санкт-Петербургского государственного института здоровья проводили тест GoBe и обнаружили, прибор измеряет потребление калорий, питательных веществ и количество сожженных калорий с точностью 84−93%. Это очень хороший результат для бытового прибора, вполне подходящий для контроля за собственной активностью.

Важно, что я вижу процесс усвоения и сжигания калорий в динамике. Например, сегодня у меня пик усвоения — 317 ккал — пришелся на 4 утра. То есть организм усваивает еду в разное время, а не непосредственно во время визита к холодильнику. Программное обеспечение GoBe2 выдает довольно много разной аналитики, например, разбивку по потребленным жирам, углеводам и белкам, а также по расходу калорий по видам деятельности. Сегодня, например, я потерял 64 ккал за работой над этим текстом, 41 ккал во время прогулки с собакой и еще 40 ккал — непонятно как. То есть решение дифференциальных уравнений может эффективнее сжигать ваши калории, чем пробежка по парку.

Точность измерения GoBe2 параметров организма, как пояснил Артем, лежит в пределах +/- 15% на здоровых людях. Может, это и недостаточно для медицинских применений, но для контроля веса и уровня стресса — самое то. GoBe2 рассчитал мне стратегию снижения моего веса на 8 кг (за 3 месяца) и превратил мои попытки достичь его в занимательную игру. Первые два месяца я проиграл подчистую (минус 2 кг вместо 5 кг), и программа пересчитала мне цели, продлив мне время еще на пару месяцев. Как и следовало ожидать, максимальный результат достигается скорее правильной диетой, а не изнурительными тренировками. Единственно, в чем GoBe2 проигрывает оптическим трекерам — в компактности и времени автономной работы: его надо подзаряжать раз в два дня, когда как вторые — раз в неделю.

Коллеги, увидев на моей руке гирлянды трекеров, как правило, сразу задают вопрос: измеряют ли они давление? Далее по убыванию следуют вопросы про сахар и ЭКГ. Оно и понятно, это главные параметры здоровья и непрерывный мониторинг может спасти огромное количество жизней, а у моих коллег уже немолодые родители. Эти вопросы не дают покоя и мне.

Для отслеживания этих параметров требуется более широкий набор данных, чем те, которые могут обеспечить шагомеры и оптические датчики пульса. Импеданс-датчики расширяют этот набор и позволяют получать данные, связанные с калориями и сахаром, но они недостаточно точны для медицинских целей.

Устройства для мобильного съема кардиограмм есть, но их необходимо носить на грудной клетке (так как прибор должен измерять электрическую активность сердца). А людям нужно компактное устройство в форм-факторе легкого браслета, чтобы его можно было носить круглые сутки. Но рука, особенно кисть, одно из самых неудачных мест для измерения чего бы то ни было в принципе, считает Артем Шипицын.

Некоторое время назад разные компании с той или иной степенью пафосности заявляли об успехах в мобильном измерении давления. Но сегодня шум утих. Почему? Максимально, что можно получить — это оценку динамики. Все алгоритмы сводятся к следующему: по форме пульсовой волны пытаются посчитать давление. Но так как параллельно существует огромное количество шумов, порождаемые движением руки, корректно обработать сигналы пока не получается. Мало того, если взять обычный домашний обжимной тонометр, и подряд сделать несколько измерений, они будут отличаться друг от друга. Вот и ответ на вопрос, с какой точностью вы измеряете давление. Самое большее, что стоит ожидать от этой технологии в обозримом будущем — появление решений, связанных с отслеживанием динамики, когда наручное устройство даст сигнал для проверки давления традиционным тонометром.

Но даже существующие технологии измерений позволяют узнать о нашем здоровье гораздо больше. Пока производители почти не обрабатывают гигантские массивы данных, генерируемые наручными трекерами. Хотя существующий уровень медицинских систем с искусственным интеллектом позволяет по полученным данным ставить множество довольно точных диагнозов, но для этого необходимо более плотное взаимодействие производителей трекеров и медицинских систем, что фантастически затруднено чрезвычайно запутанным законодательством большинства стран о тайне личных медицинских данных. Тем не менее количество трекеров растет, данные собираются, обрабатываются, анализируются, строятся и перепроверяющая модели. Потенциальный спрос на трекеры здоровья огромный — не только со стороны пользователей, но и, например, со стороны страховых компаний, которые могли бы в онлайн-режиме менять риски по своему клиенту в зависимости от его образа жизни. В общем, наручные часы не умерли, просто вместо того, чтобы следить за временем, они начали следить за здоровьем.

Александр Грек

Источник

На эту тему: 8 способов быстро и легко сжечь 200 калорий