Фитнес-браслеты и часы обещают отслеживать все: пульс и активность, сожженные калории, время сна, продолжительность его фаз и уровень стресса.
Для получения тех же данных в больнице применяют электрокардиографию (ЭКГ), полисомнографию и непрямую дыхательную калориметрию. Можно ли сравнить маленькие датчики фитнес-браслетов с внушительными устройствами, которые используются во время этих процедур? Давайте разберемся.
Пульс
Вы когда-нибудь замечали мигающие зеленые лампочки на задней панели вашего фитнес-трекера? Это те самые датчики, благодаря которым устройства следят за сердцебиением.
Эта технология называется фотоплетизмография (ФПГ). Зеленые светодиоды просвечивают ваше запястье, после чего их лучи возвращаются к чувствительному датчику.
При сокращении сердца объем крови в капиллярах изменяется, поэтому свет отражается по-разному. И на основе этой информации трекер рассчитывает частоту сердечных сокращений (ЧСС).
В отчете конференции IT for Biomedical Conference (ITAB) утверждается, что PPG обеспечивает точность определения частоты сердечных сокращений на уровне 97-99%. По крайней мере, если измерять пульс, когда человек не двигается.
Движение, с другой стороны, снижает точность показаний, так как ткани запястья двигаются, и датчики начинают ошибаться.
Одно исследование показало, что гаджеты Xiaomi и Fitbit пропускают от 0,5 до 9,5 ударов в минуту при ходьбе и от 11,7 до 17,9 ударов в минуту при беге.
Ученые подсчитали, что во время движения фитнес-трекеры занижают частоту сердечных сокращений на 6-11% по сравнению с нагрудным пульсометром.
В другом эксперименте выявились чуть более оптимистичные данные.
Смарт-часы Apple Watch дали погрешность всего 2,5%, а остальные протестированные устройства разных марок — от 4,9 до 8,8%. Ученые пришли к выводу, что часы в целом хорошо измеряют пульс. Тем более, что вышеуказанные эксперименты проводились в 2017-2018 годах, и модели часто обновляются.
Например, в исследовании 2021 года Fitbit Charge 2 ошибался всего на 2,7% при измерении частоты сердечных сокращений в состоянии покоя и на 4,9% при легкой физической нагрузке.
Еще точнее оказались Apple Watch 2: в неподвижном состоянии пульс считался почти идеальным, а при легкой активности выдавал погрешность всего в 1,8%, пропуская около двух ударов в минуту.
Возможно, что другие современные трекеры тоже лучше считают пульс за счет добавления красных светодиодов — более точных, дорогих и энергозатратных.
Что в итоге: современные гаджеты достаточно точно считают пульс, особенно в состоянии покоя. Во время движения трекеры могут ошибаться и выдавать отклонение до 11%. Чем больше зеленых и красных светодиодов освещает ваше запястье, тем выше вероятность того, что трекер не солжет.
Количество предпринятых шагов
Фитнес-трекеры измеряют шаги с помощью 3D-акселерометра — чипа, который помогает определить, насколько быстро и в каком направлении движется устройство.
Также в большинстве современных моделей есть гироскоп, определяющий углы и скорость вращения прибора, и магнитометр — электронный компас, вычисляющий ориентацию относительно магнитного севера. Благодаря этим измерениям фитнес-браслеты хорошо определяют движение руки в пространстве.
В обзоре 22 научных работ они пришли к выводу, что фитнес-трекеры точно определяют пройденные шаги. Хотя некоторые (Fitbit One, Flex, Ultra) недооценивают медленную (2 км/ч) ходьбу по беговой дорожке.
В исследовании с использованием 17 трекеров, включая Apple Watch, несколько моделей Samsung Gear, Garmin Vivofit, Mi Band и других, трекеры и умные часы также показали точность на 92,8–99,7%. Лучшие показатели показали Apple Watch и MisFit Shine.
При этом точность расчетов, по-видимому, зависит от вида деятельности.
Так, в одном исследовании трекеры Fitbits One, Zip, Flex и Jawbone UP24 давали всего 4% погрешность при разных видах ходьбы в лаборатории, но начинали дико врать, когда люди брались за обычные задачи вроде уборки помещения или работы в сад.
Во время такой активности некоторые гаджеты занижали количество шагов более чем в два раза. И только Fitbit Flex показал более-менее точный результат, пропустив всего 47 шагов.
Что касается общего количества шагов в день, в исследовании Apple Watch 2, Fitbit Charge 2 и Alta было обнаружено, что умные часы и трекеры ошибались примерно на 10-15% при увеличении количества пройденных шагов.
Результат: если вы идете в обычном темпе 4–5 км/ч, фитнес-трекер, скорее всего, покажет вам правильное количество шагов. А вот во время выполнения домашних заданий или неторопливого хождения по дорожке особо надеяться на точность не стоит.
В любом случае погрешность не такая уж и большая, и если вместо 10 000 шагов вы реально прошли 8 500 или 11 500, на здоровье это не повлияет.
Сожжено калорий
Фитнес-трекеры рассчитывают информацию о расходе энергии на основе данных о движении и частоте сердечных сокращений. Также некоторые устройства имеют датчики тепловой и кожно-гальванической реакции, которые предоставляют дополнительную информацию об интенсивности движения.
Все эти данные обрабатываются в приложении, где уже доступны ваши показатели роста, веса и возраста, и по алгоритму (у каждого производителя он свой) рассчитываются энергозатраты.
В исследовании с помощью Fitbits One, Zip, Flex и Jawbone UP24 трекеры более-менее точно (с погрешностью не более 8%) определяли расход энергии при пассивном отдыхе, таком как чтение или работа за компьютером.
При ходьбе и беге по дорожке или по земле гаджеты завышали затраты энергии на 16–40 %. А когда люди занимались домашними делами вроде уборки пылесосом, заправки постели или работы в саду, то, наоборот, они недооценивали сожженные калории на 27-34%.
Метаанализ 60 научных исследований также отметил, что точность зависит от вида деятельности — пассивного отдыха, занятий спортом или работы по дому.
Часы и фитнес-браслеты занижают общее количество сожженных за день калорий и затраты энергии на бытовую деятельность, но в то же время значительно завышают то, что сжигается в процессе тренировки.
Что в итоге: фитнес-браслеты не умеют точно рассчитывать затраты энергии, прибавляя калории для занятий спортом и вычитая для обычных бытовых занятий. Поэтому при составлении рациона не стоит зацикливаться на количестве сожженных калорий, указанном в приложении.
Количество и качество сна
В лаборатории качество сна оценивают с помощью полисомнографии. Спящего человека подключают к различным устройствам и отслеживают его мозговые волны, дыхание, уровень кислорода в крови и другие показатели.
Фитнес-браслеты рассчитывают время и качество сна с помощью акселерометра, показывающего, насколько активно вы двигаетесь, и светодиода, определяющего частоту сердечных сокращений.
В одном эксперименте с участием 28 женщин Jawbone UP сравнили с результатами полисомнографии и обнаружили, что браслет завышал время сна в среднем на 26 минут, а время засыпания — на 5 минут.
Аналогичные результаты были получены в эксперименте с участием подростков. Здесь Jawbone UP завысил время сна примерно на 30 минут, а его эффективность — на 5%.
В обоих исследованиях трекеры пропускали часы бодрствования во время ночных пробуждений, классифицируя их как время сна.
И чем чаще люди просыпались, тем больше ошибались гаджеты.
В другом исследовании с участием 102 женщин трекеры Jawbone и Fitbit Flex добавили дополнительный час сна и переоценили его эффективность на 14%.
Когда дело доходит до фаз сна, фитнес-браслеты, часы и другие умные устройства сильно проигрывают полисомнографии. Например, кольцо ŌURA, одно из лучших устройств для отслеживания сна с точностью 96%, недооценило глубокий сон примерно на 20 минут и переоценило быстрый сон на 17 минут.
В другом эксперименте Fitbit Charge 2 завышал оценку легкого сна на 34 минуты и недооценивал глубокий сон на 24 минуты.
Анализ данных четырех разных трекеров также подтвердил, что время легкого и глубокого сна отличалось от полисомнографии на всех устройствах.
Результат: Фитнес-браслеты вполне могут добавить вам 20-60 минут сна и скрыть от вас эпизоды ночных пробуждений. Так что, если приложение желает вам спокойной ночи и заставляет вас чувствовать себя паршиво, возможно, браслет «спал», когда вы шли или ворочались из стороны в сторону.
Кроме того, не стоит полагаться на браслеты при оценке количества и продолжительности фаз. Пока что их гаджеты не умеют их точно определять.
Уровень стресса
При стрессе у человека преобладает симпатический отдел нервной системы, в спокойном состоянии – парасимпатический.
Определить, какой из них активнее в данный момент, можно с помощью показателей вариабельности сердечного ритма (ВСР) — разницы временных интервалов между двумя ударами сердца.
В лаборатории значения ВСР можно определить с помощью ЭКГ — измерения электрической активности сердца. Фитнес-браслеты не имеют такой возможности, поэтому они измеряют вариабельность сердечного ритма — скорость изменения объема крови в капиллярах — и на основе этого рассчитывают уровень стресса.
Считается, что вариабельность сердечного ритма может дать представление о ВСР и уровне стресса. Так, в одном недавнем исследовании они обнаружили, что Apple Watch точно определяют стрессовое состояние — несмотря на то, что пропускают около 10% интервалов между ударами сердца.
Однако это всего лишь один эксперимент и в нем тестировалась только одна модель.
В целом вариабельность сердечного ритма — не самый точный способ измерения. Особенно, если гаджет закреплен на запястье. Дело в том, что ЭКГ измеряет непосредственно электрическую активность сердца, а фотоплетизмография регистрирует только последствия этой активности - изменения объема крови после сердечного выброса.
Даже малейшее движение браслета на руке, а также сокращение мышц запястья могут помешать измерениям. Таким образом, вам не нужно полагаться на точность, даже когда вы сидите неподвижно — а вы делаете это не очень часто — не говоря уже об измерении в движении.
Результат. Трекеры не очень хорошо отслеживают уровень стресса, потому что вы постоянно двигаетесь, а это снижает точность показаний вариабельности сердечного ритма. Поэтому, если приложение показывает низкий уровень стресса, проблемы со сном и подергивания глаз, не игнорируйте симптомы и найдите время, чтобы отдохнуть и расслабиться.