Как смарт часы измеряют пульс
Самым простым способом определения пульса является прикладывание пальца к артерии и подсчет ударов за 30 секунд или за минуту. Когда-то в арсенале у врачей был только такой метод определения пульса, позже появился электрокардиограф, этот прибор определяет сердечную активность и высчитывает количество ударов в минуту. Для получения результата нужны кардиограф и кардиолог, который расшифрует результат, такое исследование можно проводить только в стационарных условиях. Спортивные часы и фитнес-браслеты с пульсометром работают по другой технологии, упрощенной, но довольно точной. Для определения пульса используется принцип фотоплетизмографии, при ударе сердца происходит сужение и расширение кровеносных сосудов, фотоприемник принимает и анализирует этот сигнал. На обратной стороне спортивных часов или фитнес браслета находятся светодиоды, они посылают световой сигнал, а датчик определяет степень рассеивания света сквозь кровоток. Обычно на гаджеты с пульсометрами устанавливают датчики зеленого цвета, диапазон этого цвета отличается максимальным поглощением.
Использование оптических датчиков обладает своими преимуществами и недостатками. Они довольно точно определяют пульс при ходьбе и беге, но такие пульсометры нельзя назвать точными медицинскими приборами. Когда пульс повышается до 160 ударов в минуту и выше, кровоток становится настолько быстрым, что он проходит мимо датчика, гаджет не успевает зафиксировать результат. Причиной для погрешности может стать и прохладная погода, то есть снижение скорости кровотока из-за охлаждения. Если на запястье у человека имеется татуировка, то он не сможет пользоваться спортивными часами с пульсометром, краска под кожей будет отражать световой сигнал. Данные не будут получены, если браслет будет надет поверх одежды, а также если его задняя поверхность не будет плотно прилегать к коже. Несмотря на все недостатки технология определения пульса при помощи светодиодов на запястье существенно повышает эффективность тренировок. Пульсометр помогает определить максимальный пульс и высчитать, какие значения будут соответствовать разным пульсовым зонам. Каждая тренировка должна проходить в той пульсовой зоне, которая будет соответствовать целям, это простой способ добиться поставленной цели. Современные гаджеты позволяют выставить диапазон пульсовой и зоны и предупреждают своего владельца сигналом когда пульс переход верхнюю или нижнюю границу выставленной нормы. Приобретение фитнес-браслета или умных часов с пульсометром делает занятия более продуктивными, приближает их к профессиональному уровню. Обращая внимание на гаджеты, можно избежать перетренированности и лучше узнать возможности собственного тела. Однако, пульсометр – это не тот прибор, на который можно полностью положиться, отталкиваясь от показателей прибора, важно принимать во внимание свои ощущения и самочувствие на тренировке. Читать далее
Сегодня на рынке ежеквартально появляется множество спортивных браслетов, предназначенных для мониторинга активности, а также измерения пульса.
Что примечательно, многие мои знакомые покупали себе фитнес–трекеры именно для слежения за показателями частоты сердечного ритма. Но многие из них так толком и не знают, как конкретно работают оптические пульсометры. Давайте разбираться.
Первый аппарат ЭКГ
Виллем Эйнтховен
Процесс записи ЭКГ с помощью струнного гальванометра
Благодаря разработанной Виллемом системы отведений, сегодня стали существовать специализированные аппараты для снятия ЭКГ (электрокардиограмм), благодаря которым врачи получили возможность детального изучения работы сердца.
Кроме аппаратов ЭКГ, требующих подключения массивных электродов к разным частям тела, появились и миниатюрные аппараты измерения ЧСС (частоты сердечных сокращений), которые мы с вами называем попросту пульсометрами.
Комплект пульсометра Tunturi Pulser
Самый первый в мире портативный пульсометр появился в 1977 году и буквально сразу стал незаменимым гаджетом в тренировках Финских спортсменов. К 1983 году на рынке стали появляться первые в мире пульсометры, предназначенные для бытового использования. То есть тренд на использования устройств мониторинга пульса среди профессионалов и спортсменов–любителей стал зарождаться еще в конце прошлого века.
В современных спортивных помощниках система отведений была упрощена до двух электродов. За счет этого в 1990–х на потребительском рынке стали активно появляться решения пульсометров в виде нагрудного ремешка, электроды в которых были выполнены в виде двух полосок из специального проводящего материала. Из–за точности в показаниях многие спортсмены используют подобные гаджеты до сих пор, несмотря на то, что на рынке существует множество более компактных аналогов, помещающихся на запястье.
Результаты измерений в таких ремешках, как правило, отправляются на умные часы, либо смартфон по протоколу Bluetooth.
Сегодня же самым распространенным и по–настоящему массовым способом измерения пульса стала технология оптической плетизмографии, применяемой в смартфонах, спортивных часах и браслетах. Самые первые попытки по реализации данной технологии предпринимались учеными еще в начале 19–го века, но особого успеха не сыскали, так как еще не было толком понятно куда её применить.
Визуализация процесса оптического измерения пульса
Принцип работы фотоплетизмографии заключается в регистрации сужения и расширения сосудов под воздействием кровотока. Фотоприемник определяет колебания, подсчитывает их количество за определенное время и полученное значение вставляет в формулу, после вычисления которой выводит на экран частоту пульса в ударах в минуту.
Благодаря появлению и популяризации плетизмографии, сегодня мы имеем множество вариантов компактных браслетов, с помощью которых можно более детально следить за своим здоровьем. Одним из первых устройств в которых была применена эта технология стали часы Mio Alpha, ставшие новой вехой в развитии современных спортивных гаджетов.
Давайте углубимся и подробнее рассмотрим нюансы в работе оптического мониторинга пульса.
Зеленый цвет для светодиодов был выбран не случайно. Оказывается для измерения пульса необходимо поглощение излучаемого цвета кровью. С помощью исследований было выяснено, что диапазон поглощаемого света варьируется от 500 до 600 нм. Зеленый цвет как раз соответствует заветным 510-525 нм.
Сегодня эта технология отработана до мелочей и применяется практически во всех наручных спортивных трекерах за разную стоимость.
Технология оптического определения пульса конечно же имеет неточности. Было выявлено, что при повышении частоты до 160–170 ударов в минуту, кровоток настолько быстро проходит через лучи датчика, что показатели при измерении становятся менее точными, но незначительно.
К примеру, нагрудные измерители пульса имеют точность считывания 91%, тогда как оптические датчики в фитнес браслетах имеют точность 85%. Эти цифры были выяснены в ходе экспериментов с двумя фокус группами, одна из которых выполняла физические упражнения с нагрудном пульсометром, а другая с запястным.
По данным компании Mio Global, являющейся пионером в разработке технологий плетизмографии, ни один из оптических датчиков измерения пульса на сегодняшний день по уровню точности считывания не приблизился к нагрудным вариантам.
К слову, оптические пульсометры, используемые в привычных для нас фитнес–трекерах и умных часах, имеют ряд нюансов, из–за которых оптический датчик может не работать, либо работать с серьезными погрешностями. Например, из–за набитого на запястье тату излучаемый свет не сможет проникать под кожу и просвечивать сосуды. Соответственно ни о какой точности показаний речи идти не может. Поэтому ребятам с обеими руками покрытыми тату резона в приобретении компактных фитнес–браслетов и часов для мониторинга пульса нет.
Теперь мы примерно знаем, как происходит процесс считывания пульса с помощью данной технологии. Давайте еще чуточку углубимся и поговорим о том, какие показания для улучшения своих тренировок можно получить при помощи использования носимых девайсов.
Так как речь сегодня у нас идет о фитнес–браслетах и умных часах, выступающих зачастую в роли электронных помощников для спортсменов, производителями был предусмотрен мониторинг еще нескольких показателей. В более продвинутых моделях носимых устройств от таких производителей как Garmin и Suunto есть мониторинг подъема, благодаря использованию барометра и альтиметра. А также присутствует возможность слежения за GCT (временем контакта с землей), VO (вертикальными колебаниями), VO2Max (максимальным потреблением кислорода), RP (беговой производительностью), каденсом (частотой шагов) и еще много чем другим.
Если вы серьезно занимаетесь бегом или велотренировками, то знание определений показателей каждого из пунктов вам очень пригодится. Поэтому при выборе спортивного браслета или часов обращайте внимание на их наличие. Так как их наличие позволит более продуктивно проводить тренировки, и со временем вы сможете улучшить свои показатели. Это очень важно.
Чтобы вы понимали, что все это не просто так, и эти цифры вам пригодятся, поясню что все это значит.
GCT или попросту время контакта с землей - показатель отвечающий за измерение времени, которое вы тратите на контакт подошвы с поверхностью. Как правило это 160–300 мс, но у всех показатели могут быть разными.
Если вы ускоряете темп, то соответственно время, затрачиваемое на контакт с землей уменьшается, тем самым поддерживая определенную частоту вы можете во время тренировки сжечь больше калорий, а также понизить шанс получения травм. Обычно тактикой, которой пользуются спортсмены, является в первую очередь включение коротких спринт–забежек в тренировке, а также уменьшение длины шага. Таким образом, помимо укрепления икроножных мышц, в работу подключаются ягодичные мышцы.
Показатель каденса (частоты шагов) определяет ваше количество сделанных шагов за определенный промежуток времени, как правило за минуту. Самым оптимальным значением каденса является бег с частотой 180 шагов в минуту.
VO (вертикальные колебания) — это показатель того, насколько часто ваше туловище при беге совершает движения по вертикали. Если посмотреть со стороны на технику бега профессиональных спортсменов, то можно заметить, что верхняя часть их тела практически не двигается (не подпрыгивает). Чтобы повысить качество результатов бега, следует стараться следить за этим показателем и пытаться совершать как можно меньше вертикальных колебаний. Достичь этого можно, к слову, при помощи повышения частоты каденса.
Следующее, за чем можно следить в ходе своих тренировок при помощи умных часов, либо фитнес–браслетом, является уровень максимального насыщения крови кислородом. Это является одним из важнейших показателей для любых кардионагрузок. Повышения его уровня можно добиться путем регулярных тренировок.
К примеру, в моем фитнес–браслете Huawei Band 2 Pro, который я купил за относительно небольшие деньги, есть такая функция, позволяющая после пробежки или велотренировки просмотреть показания насыщения крови кислородом. Выполняется это при помощи анализа сердечного ритма и динамических показателей активности при тренировке.
Следующей немаловажной функцией в спортивных трекерах является определение зон пульса. То есть, зная ваш максимальный порог сердечной активности, многие спортивные часы и браслеты имеют возможность определять уровень и тип кардионагрузки.
Что примечательно, такая возможность есть даже в бюджетных моделях большинства известных производителей. В используемом мной на данный момент фитнес–трекере предусмотрено пять порогов и границ пульса, как и в более профессиональных устройствах.
Теперь мы знаем с вами нюансы в работе одной из самых важных технологий в спортивных часах и браслетах, благодаря которой я думаю они появились. Многие почему–то ошибочно считают фитнес–трекеры и спортивные часы бесполезным гаджетами, когда речь идет о занятиях спортом. Я, как человек, который недавно начал заниматься собой, не могу сказать, что фитнес–браслет это какой–то незаменимый гаджет, без которого я не могу бегать, кататься на велосипеде.
Но после того, как я разобрался во всех нюансах его работы, мне удалось понять, каким образом можно улучшить результаты тренировок.
Все ждут следующего шага - измерение браслетами артериального давления. Вот это будет прорыв.Автор, есть еще наушники, которые определяют пульс 8)
Объясните, почему фитнес браслет показывает разные результаты частоты пульса на разных руках и если датчик на внутренней и внешней стороне запястья?
Получается что у меня может быть 4 данных о моем пульсе с разницей в 10-20 ударов.
И каким данным верить? Или среднее высчитывать?))
Сколько у меня было носимых устройств, ни одно не определяло пульс нормально. Полар с датчиком на грудь рулит. Остальные - декорация. Или есть нормальные варианты? Чтобы во время тренировки давали адекватные данные хотя бы раз в секунду. И без сбоев. Для определеня насыщения крови О2 , Garmin Fenix 5 требует присутствия нагрудного датчика.Откуда отсюда? Ни ссылок, ни какой другой информации откуда именно, кроме как отсюда
Спасибо за информацию. Как раз на Новый Год получила в подарок фитнес-браслет)))
Как я впервые реанимировал
Я студент медвуза в Германии и работаю в уходе за больными в отделении интенсивной терапии. Эта работа учит никогда не расслабляться. Даже когда кажется, что медсестры сейчас отдыхают и страдают фигней, они все равно остаются внимательными и реагируют на такие мелочи, которые я иногда даже не заметил бы.
Теперь сама история:
Посреди отделения стоит большой монитор, на который выводится основная информация о всех пациентах: давление, пульс, ЭКГ, насыщение крови кислородом и т.д. Еще этот монитор умеет очень противно пищать, если любые показатели упали ниже или поднялись выше установленной границы.
Начало ночной смены, еще нужно сделать много работы, прежде чем можно будет отдохнуть. Одна медсестра просто заходит в центр отделения, чтоб взять маркер, бросает взгляд на монитор, смотрит на него какое-то время, а потом кричит проходящему мимо врачу "Эй, подойди сюда, тебе надо взглянуть на это".
Она УВИДЕЛА небольшое окошко (слева сверху пример), в котором было давление пациента, его ЭКГ и высчитанный на основе ЭКГ пульс. То, что ЭКГ у него очень нездоровое, это и так понятно, он у нас из-за проблем с сердцем и лежал.
Но она РАСПОЗНАЛА, что программа на самом деле неправильно считала его пульс! На фотке выше уже открыта полная информация об этом пациенте. HF - это его пульс на основе ЭКГ. 85 ударов в минуту - это в целом нормально, ничего необычного. Но ей показалось, что там должна быть какая-то ошибка, ибо линия ЭКГ двигалась слишком медленно для этого пульса. И она оказалась права: его настоящий пульс, который определял пульсоксиметр, был 43 удара в минуту, что может быть уже опасно. В обычной ситуации ЭКГ и пульсоксиметр выдают одинаковую информацию, но в этом случае автоматическое определение сердечного ритма дало сбой.
Красным я обвел место в ЭКГ, где его сердце действительно сокращалось и выбрасывало кровь в аорту. А синее - это не сердечные сокращения, это электрическая активность его больного сердца, которая была такой большой, что автоматика думала, что это сердечное сокращение. И вместо здоровых 85 ударов в минуту у него были опасные 43!
И медсестра распознала что-то неладное проходя мимо и бросив взгляд на монитор, на котором была информация о всех пациентах!
Ну а дальше отделение быстро перешло в состояние боевой готовности: врач начал делать 12 канальный ЭКГ, одна медсестра подготовила дефибриллятор, другая подготовила медикаменты на случай реанимации. А я стоял с медбратом и медсестрой в центре отделения. Мы смотрели на ЭКГ пациента и медсестра рассказывала нам, как именно она заметила проблему и что ее смутило. В это время я как раз и сделал эту фотку.
А спустя минуту у него началась фибрилляция желудочков. Еще до того, как монитор сам распознал проблему и начал тревожно пищать на все отделение, мы бегом бросились в комнату. Я оказался первым, кто подбежал к пациенту, положил руки ему на грудь и собирался начать качать.
До этого момента я действовал на автомате. Я столько читал и слышал про реанимацию, как и что правильно делать, как правильно работать в команде и т.д. Я работал на курсах повышения квалификации врачей, где реанимация была основном темой. Во время учебы нас этому учили. Я участвовал в нескольких симуляциях реанимации в рамках учебы/работы/курсов первой помощи и поэтому я точно знал, что надо делать. Моя задача как первого, кто подбежал к пациенту с фибрилляцией желудочков, - это положить руки ему на грудь и начать давить. Не слишком медленно, не слишком быстро, не слишком глубоко, но и не слишком поверхностно. Но надо давить.
Мои руки уже на нем и тут я вижу, что он смотрит на меня. Куклы, на которых я раньше тренировался, просто лежат с открытыми глазами. А это живой человек, который смотрит на меня. К такому меня жизнь не готовила. А я смотрю на него, в его глаза. И думаю "А может это ошибка? А может программа выдала неправильный ЭКГ? Может быть мы слишком рано побежали к нему? Может надо сначала убедиться, что у него действительно фибрилляция? Может. "
- ЧЕГО ТЫ ЖДЕШЬ, ДАВИ ДАВАЙ
Ну и я начал давить. Задержка длилась всего несколько секунд, а в голове успело пролететь десятки мыслей. Я давлю, а вокруг люди включают дефибриллятор, готовят медикаменты, врач становится у головы пациента и готовится к интубации. Дефибриллятор включили и зарядили, он стал очень громко и противно пищать. Я надеюсь, что меня предупредят достаточно громко, чтоб я отошел от пациента, когда по нему пустят ток, и продолжаю давить, хотя теперь и страшненько, ибо этот писк заставляет понервничать.
- ВСЕ ПРОЧЬ ОТ ПАЦИЕНТА
Сразу после него другой медбрат продолжает реанимировать. Я осмотрелся в попытках понять, надо ли где помочь, но понял, что помогать-то некому, ибо все готово. Спустя две минуты пациента еще раз ебом шокнули, но в этот раз не сразу продолжили давить, а посмотрели на ЭКГ. Оно было в порядке. Проверили пульс. В порядке. Через несколько минут человек был уже в себе и не понимал, что происходит и почему в комнате так много людей.
В итоге с человеком все хорошо. Его пришлось спустя какое-то время снова реанимировать, но потом его прооперировали, поставили водитель ритма и автоматический дефибриллятор, какое-то время он полежал у нас, но потом его быстро перевели на обычное отделение, ибо у него все было в порядке.
Различная носимая электроника для спортивного применения оснащается датчиками, отслеживающими активность человека. В их число могут входить акселерометр, шагомер, GPS-приемник, датчик положения, пульсометр и другие сенсоры. Если с акселерометром все более-менее понятно, шагомером и гироскопом тоже, а работа GPS основана на измерении временных изменений в скорости прохождения сигнал от спутников до устройства, то с датчиком сердечного ритма все не так просто. Многие не в курсе, как работает пульсометр и по какому принципу получает данные.
Как измеряют пульс различные приборы
Существует три базовых способа измерения частоты сердечных сокращений, регистрируемых с помощью пульса: механический, электрический и оптический. Первый применяется в обычных тонометрах, фиксирующих частоту перепадов давления (тех самых 120/80 для здорового человека), вызванных работой сердца. Электрический метод возможен благодаря тому, что в процессе сокращения сердечные мышцы вырабатывают микротоки. Он чаще всего используется в оборудовании для снятия ЭКГ и нагрудных датчиках измерения пульса.
Тонометры используют механический метод измерения пульса © Yonker Medical Healthcare Devices Manufacture Тонометры используют механический метод измерения пульса © Yonker Medical Healthcare Devices ManufactureНедостатком механического и электрического методов измерения пульса является потребность в плотном контакте датчика с телом. В первом случае сенсор должен прижиматься к коже в месте неглубокого залегания большого сосуда, во втором – находиться как можно ближе к сердцу. Поэтому для оборудования вроде фитнес-браслета или смарт-часов оба варианта не подходят. Браслет, без малейшего зазора зажатый на запястье, может ухудшать кровоток (что опасно), а снятие электрических импульсов требует использования выносного датчика.
Специальные пульсометры электрического типа требуют закрепления датчика в районе груди © Running Competitor Специальные пульсометры электрического типа требуют закрепления датчика в районе груди © Running CompetitorУказанных недостатков лишен оптический пульсометр, которому нужно всего лишь иметь контакт с кожей, причем не обязательно плотный. Расположенный на нижней крышке часов или трекера, он не мешает пользователю, не оказывает влияния на кровоток, потребляет мало энергии и передает данные с достаточно высокой точностью. Поэтому именно оптические датчики сейчас используются наиболее широко.
Как работает оптический пульсометр
В основе работы оптического пульсометра, используемого в носимой электронике, лежит технология фотоплетизмографии. Такой сенсор состоит из светодиодов, испускающих свет, и датчиков, регистрирующих уровень его отражения.
Так как кровь человека имеет красный цвет (то есть, лучше всего отражает оптическое излучение, соответствующее красному), для лучшей точности необходимо использовать другой оттенок, хорошо поглощаемый ею. Таковым является зеленый, расположенный на спектральном круге напротив красного, а значит, хорошо поглощаемый кровью.
Спектральный круг Иттена. Красный как раз напротив зеленого цвета © POPEL Agency Спектральный круг Иттена. Красный как раз напротив зеленого цвета © POPEL AgencyКожа человека содержит множество тонких капилляров, наполненных кровью. В момент, когда сердце сокращается, давление крови повышается, она активнее поступает в сосуды, а значит, поглощает больше света. Датчик регистрирует это, и путем подсчета количества таких всплесков за минуту смарт-часы или фитнес-браслет определяют частоту сердечного ритма.
Плюсы и минусы пульсометра в смарт-часах и фитнес-трекерах
Достоинствами оптического пульсометра являются относительная простота устройства и невысокая цена, приемлемая точность срабатывания, отсутствие воздействия на организм. Однако есть у него и недостатки. Во-первых, при ношении браслета или часов с таким датчиком желательно соблюдать хороший контакт сенсора с телом.
Конечно, затягивать ремешок «до посинения» ни в коем случае нельзя, но и чрезмерного гуляния по запястью тоже следует избегать. Ведь в таком случае болтающийся на руке датчик может расценить приближение к коже на лишний миллиметр, как удар сердца, а в момент отдаления – пропустить настоящее сокращение. В итоге показатели, зафиксированные электроникой, могут отличаться от реальных не на пару-тройку ударов в минуту, а гораздо сильнее, тем самым снижая ценность полученных показаний.
Слишком свободно закрепленный браслет может искажать показания пульсометра © Tech Age Kids Слишком свободно закрепленный браслет может искажать показания пульсометра © Tech Age KidsЕще один минус оптических пульсометров – зависимость от реакции организма на холод. При охлаждении тела кровоток в капиллярах снижается, прибору становится гораздо труднее улавливать сокращения сердца. Поэтому если вы принадлежите к категории людей, у которых в прохладную погоду (даже при физических нагрузках) руки быстро светлеют и становятся холодными, оптический пульсометр может искажать данные, полученные в ходе осенних пробежек.
Наконец, третий недостаток пульсометров оптического типа – возможные погрешности при высокой частоте сердечного ритма. Если под большой нагрузкой пульс переваливает за 150-170 уд/мин – скорость кровотока становится слишком высокой. Моменты диастолического давления (нижнего, когда сердце расслабляется) длятся минимум времени и почти не отражаются на капиллярном кровотоке. В результате датчик не может распознавать эти моменты и начинает показывать «погоду на Марсе».
Заключение
Учитывая все приведенные достоинства и недостатки оптических пульсометров, используемых в современной носимой электронике, стоит сформировать несколько правил, способствующих получению наиболее точных результатов. Во-первых, не стоит слишком свободно застегивать ремешок часов или трекера, особенно если вы много двигаете руками.
Гаджет с пульсометром должен сидеть на руке плотно, но без дискомфорта © Android Central Гаджет с пульсометром должен сидеть на руке плотно, но без дискомфорта © Android CentralВо-вторых, следует избегать переохлаждения запястья в холодную погоду. Для этого можно во время осенних пробежек носить одежду с рукавом, чтобы участок кожи с часами/браслетом был в тепле.
Наконец, третий совет – не перегружать сердце во время физической активности и доверяться не только «бездушной железяке», но и своим ощущениям. Если вы чувствуете, что сердце стучит как отбойный молоток, а прибор показывает безобидные 90 уд/мин – возможно, он не в силах уловить реальный ритм из-за слишком быстрого пульса.
В то время, когда медицина не имела современных технических средств диагностики, пульс измеряли, прикладывая палец к артерии, и считали количество толчков стенки артерии через кожу за определенный промежуток времени — обычно 30 секунд или одну минуту. Отсюда и пошло название этого эффекта — pulsus (лат. «удар»), измеряющийся в ударах в минуту.
Существует много методик определения пульса, но самые известные — прощупывание пульса на запястье, на шее, и в области сонной артерии.
После появления электрокардиографа (ЭКГ), пульс стали вычислять по сигналу электрической активности сердца, замеряя длительность интервала (в секундах) между соседними зубцами R на ЭКГ, а затем пересчитывая в «удары в минуту» по простой формуле: ЧСС = 60/(RR-интервал).
Электрокардиограмма может многое сказать о нашем сердце и помимо пульса, но для снятия и расшифровки ЭКГ нужны оборудование и кардиолог, которых не возьмешь с собой на пробежку. К счастью, в современном мире практически каждый может позволить себе пульсометр, который будет определять частоту пульса во время бега и в состоянии покоя.
Как работает пульсометр
Измерение пульса по электрокардиосигналу
Электрическая активность сердца была обнаружена и описана в конце 19 века, а уже в 1902 году Виллем Эйнтховен стал первым, кто ее технически зарегистрировал с помощью струнного гальванометра.
Помимо этого, Эйнтховен впервые записал электрокардиограмму (он сам дал ей такое название), разработал систему отведений и ввел названия сегментов кардиограммы. За свои труды в 1924 году он стал лауреатом Нобелевской премии.
В современной клинической практике для регистрации ЭКГ используют различные системы отведений (то есть схемы прикрепления электродов): с конечностей, грудные отведения в различных конфигурациях и т.д.
Для того чтобы измерить пульс, можно использовать любые отведения — на основании этого принципа были разработаны спортивные часы, умеющие определять ЧСС.
Ранние модели пульсометров состояли из коробочки (монитор) и проводов, крепящихся к груди. Первый беспроводной ЭКГ-монитор был изобретен в 1977 году, и стал незаменимым помощником в тренировках сборной Финляндии по лыжным гонкам. В массовую продажу первые беспроводные пульсометры поступили в 1983 году, с тех пор прочно заняв свою нишу в любительском и профессиональном спорте.
При проектировании современных спортивных гаджетов система отведений была упрощена до двух точек-электродов, а самым известным вариантом такого подхода стали спортивные нагрудные датчики в виде ремешка (HRM strap/HRM band).
Для получения стабильного и качественного сигнала необходимо смочить «электроды» на нагрудном ремне водой.
В таких ремешках электроды выполнены в виде двух полосок из проводящего материала. Ремешок может быть частью всего устройства или пристегиваться к нему застежками. Значения пульса, как правило, передаются по Bluetooth на спортивные часы или смартфон по протоколу ANT+ или Smart.
Измерение пульса с помощью оптической плетизмографии
Сейчас это самый распространённый способ измерения пульса с точки зрения массового применения, реализованный в спортивных часах, трекерах, мобильных телефонах. А первые попытки использования этой технологии предпринимались ещё в 1800-х годах.
Сужение и расширение сосуда под действием пульсации кровотока вызывают соответствующее изменение амплитуды сигнала, получаемого с выхода фотоприемника.
Способ широко используется в больницах, позже технология перешла и в бытовые устройства — компактные пульсоксиметры, регистрирующие пульс и насыщение кислородом крови в капиллярах пальца. Прекрасно подходит для периодических измерений пульса, но совершенно не подходит для постоянного ношения.
Пульсометры
Идея измерения пульса с запястья спортсмена с помощью оптической плетизмографии без дополнительного ношения нагрудных ремешков выглядела очень заманчиво. Первыми эту идею реализовали в часах Mio Alpha, которые провозгласили свое устройство прорывом и новым витком в измерении пульса. Сам модуль измерительного датчика был разработан компанией Philips.
Оптическая технология измеряет пульс с помощью светодиодов, которые оценивают кровоток на запястье. Это означает, что вы можете измерять пульс без использования нагрудного датчика. На практике это работает так: оптический сенсор на обратной стороне часов излучает свет на запястье с помощью светодиодов, и измеряет количество рассеянного кровотоком света.
Метод регистрации пульса для фотоплетизмографических датчиков
Для измерения пульса важна область с максимальным поглощением — это диапазон от 500 до 600 нм. Обычно выбирается значение 525 нм (зеленый цвет). Зеленый светодиод датчика пульса – самых ходовой вариант в смарт-часах и браслетах.
Сейчас эта технология хорошо отработана и внедрена в серийное производство. Спектр появившихся устройств с подобной технологией достаточно широк (смартфоны, браслеты-трекеры, часы), а производители спортивных устройств тоже не отстают – все наиболее значимые компании расширяют линейку пульсометров моделями с оптическими датчиками.
Ошибки при работе оптических датчиков
Считается, что оптические датчики достаточно точно определяют пульс при ходьбе и беге. Однако, при повышении частоты пульса, скажем, до 160 уд/мин, кровоток настолько быстро проходит через область датчика, что измерения становятся менее точными.
Помимо этого, на запястье, где не так много ткани, но много костей, связок и сухожилий, любое снижение кровотока (например, в холодную погоду) может исказить работу оптического датчика пульсометра.
В одном небольшом исследовании был проведен сравнительный анализ точности нагрудных и оптических датчиков пульсометров. Испытуемых разделили на две группы, в одной группе пульс измерялся с помощью нагрудного датчика, а в другой — с помощью оптического. Обе группы проходили тест на беговой дорожке, где они сначала шли, а потом бежали, в этом время регистрировалась частота пульса. В группе с нагрудным кардиодатчиком точность измерения ЧСС была 91%, тогда как в группе с оптическим датчиком она составила лишь 85%.
По мнению главы компании Mio Global, в настоящее время ни один из датчиков пульсометра не сравнится в точности с нагрудным ремнем.
Нельзя забывать и о специфических ситуациях, когда оптический датчик может не работать. Надетые поверх беговой куртки часы, наличие татуировки на запястье, неплотно прилегающие к коже часы, тренировка в спортзале — всё это может привести к погрешностям в измерении пульса с помощью оптических датчиков.
Несмотря на это, технологический прогресс в измерении ЧСС привел к появлению полезной альтернативы нагрудным ремням, и при устранении ряда недостатков оптических датчиков мы получим еще один мощный и точный инструмент наблюдения за пульсом во время занятий спортом.
Какие беговые показатели позволяет получить пульсометр
Строго говоря, продвинутая беговая динамика измеряется при наличии нагрудного ремня. Внешне обычный, внутри датчик состоит из трансмиттера и акселерометра, благодаря которому и происходит анализ движения бегуна. Те же самые акселерометры есть в телефонах, футподах, браслетах-трекерах.
К продвинутым беговым показателям относят три величины: время контакта с землей (ground contact time), вертикальные колебания (vertical oscillation) и частоту шагов, или каденс (cadence).
Время контакта с землей (ground contact time, GCT) показывает как долго ваша стопа находится на поверхности земли во время каждого шага. Измеряется в миллисекундах. Типичный бегун любитель тратит на контакт с поверхностью 160-300 миллисекунд. При повышении скорости бега значение GCT укорачивается, при замедлении – возрастает.
Существует взаимосвязь между временем контакта с землей и частотой развития травм, а также мышечным дисбалансом у бегуна. Уменьшение времени контакта с землей снижает частоту травм. Одним из наиболее действенных способов уменьшить этот показатель считается укорочение шага (повышение каденса), укрепление ягодичных мышц и включение коротких спринтов в программу тренировок.
Вертикальные колебания (vertical oscillation, VO). Посмотрите на любого профессионального бегуна — вы увидите, что верхняя половина их туловища совершает совсем незначительные движения, в то время как основную работу по перемещению бегуна выполняют ноги.
Вертикальные колебания определяют насколько ваша верхняя половина «подпрыгивает» при беге. Эти подпрыгивания измеряются в сантиметрах относительно какой-то фиксированной точки (в случае нагрудного ремня — это сенсор, встроенный в нагрудный датчик). Считается, что наиболее экономичная техника бега предполагает минимальные вертикальные колебания, а уменьшение вертикальных колебаний достигается повышением каденса.
Частота шагов или каденс (cadence). Как понятно из названия показателя, он демонстрирует количество шагов за минуту. Достаточно важный параметр, оценивающий экономичность бега. Чем быстрее вы бежите, тем выше каденс. Считается, что частота около 180 шагов в минуту является оптимальной для эффективного и экономичного бега.
Пульсовые зоны (heart rate zones). Зная максимальный пульс, различные модели беговых часов могут разбивать вашу тренировку по пульсовым зонам, показывая, сколько времени в ходе тренировки вы провели в той или иной зоне.
У разных производителей эти зоны обозначены по-своему, но их можно поделить на следующие типы:
- восстановительная зона (60% от максимального ЧСС),
- зона для тренировки выносливости (65%-70% от максимального ЧСС),
- зона тренировки аэробной емкости (75-82% от максимальной ЧСС),
- зона ПАНО (82-89% от максимального ЧСС),
- зона максимальной аэробной нагрузки (89-94% от максимального ЧСС).
Знание своих пульсовых зон поможет вам получить максимум от каждой тренировки. О тренировках по пульсу мы подробно расскажем в следующей статье рубрики.
Помимо продвинутых беговых характеристик современные пульсометры могут измерять и отслеживать еще несколько интересных показателей:
EPOC (excess post-exercise oxygen consumption). Показатель потребления кислорода после тренировки демонстрирует, насколько изменился ваш метаболизм после пробежки. Мы все знаем, что бег приводит к сжиганию калорий, но даже после того, как тренировка закончилась, калории продолжают сгорать. Безусловно, для их восполнения нужно качественно восстановиться.
Наблюдение за показателем EPOC поможет вам понять, какие тренировки наиболее энергетически затратные, а также улучшить процесс восстановления.
Подсчитанное потребление кислорода (est. VO2). Показатель текущего потребления кислорода, рассчитанный на основании максимального потребления кислорода (VO2max) и максимальной ЧСС.
Максимальное потребление кислорода (VO2max). Показатель отражает способность вашего организма потреблять кислород. Это важно, поскольку при повышении этого показателя ваше тело может лучше и быстрее утилизировать доставляемый к работающим мышцам кислород.
Значение максимального потребления кислорода (МПК) увеличивается при повышении тренированности. Это один из самых важных беговых показателей, напрямую связанный с экономичностью бега. Как и в случае с определением максимальной ЧСС, наилучшим способом определения МПК является тестирование в лаборатории, но ряд производителей пульсометров использует алгоритмы расчета МПК приемлемой точности. Тренировки помогают улучшить значения этого показателя.
Беговая производительность (running performance). Показатель, использующий VO2max (глобальный стандарт аэробной тренированности и выносливости) для отслеживания прогресса в тренировках.
Пиковый тренировочный эффект (peak training effect, PTE). Показывает влияние тренировочной сессии на общую выносливость и аэробную производительность. Чем вы тренированнее, тем тяжелее вы должны тренироваться для того, чтобы достичь более высоких цифр PTE.
Вместо вывода
При интенсивном использовании пульсометр может быть великолепным помощником для бегуна. Крайне неверно считать пульсометр дорогой игрушкой, который совсем необязателен для «серьезных» спортсменов. Определитесь с целями на сезон, а после начните выстраивать тренировочный план.
Помните, что измерение и контроль ЧСС во время тренировок — надежный способ улучшить результаты и избежать перетренированности.
Для тех, кто только начинает свой беговой путь, можно порекомендовать сначала наблюдать за пульсом в ходе лёгких пробежек, и уже затем переходить к какому-либо тренировочному плану. Данные, полученные с помощью пульсометра, помогут понять, как ваш организм реагирует на нагрузку.
Тем не менее, не нужно становиться заложником цифр и гаджетов. Учитесь слушать свой организм, оценивайте ощущения от каждой тренировки, ну а цифры станут важным дополнительным источником информации.
Читайте также: