Dauguma išmaniųjų laikrodžių, nuo 20 eurų kainuojančio „Acme“ iki 750 eurų kainuojančio „Garmin“, turi širdies ritmo matavimo funkciją. Nesvarbu ar esame užkietėję triatlonininkai ir širdies ritmą sekame kiekvienoje treniruotėje, ar žvilgtelim tik darbo dienos pabaigoje įsitikinti, ar dar gyvi. Svarbu, jog išmanusis laikrodis šią funkciją turėtų, ir geriausia, kad turėtų ne vieną, ne du, o tris sensorius. Su naujausiu operacinės sistemos atnaujinimu „Garmin“ ir „Apple watch“ modeliai matuoja ne tik širdies ritmą, bet ir širdies ritmo variabilumą. Šio straipsnio tikslas yra išsiaiškinti, kaip širdies ritmo variabilumą matuoja išmanieji laikrodžiai ir ką šie matavimai gali pasakyti apie mūsų organizmą.
Kas yra širdies ritmo variabilumas?
Visi žinome, jog širdies ritmas yra širdies susitraukimų dažnis per minutę. Apytiksliai žinome normos ribas ir galime pasakyti, jog apie 70 ŠSD/min reiškia, jog esame ramūs, o 110 ŠSD/min jau rodytų mūsų susijaudinimą. Kai kurie „labiau pažengę“ naudojant širdies ritmą mokame apsiskaičiuoti treniruojančio fizinio krūvio ribas. Tačiau kas yra vis populiarėjantis ir išmaniuosiuose naujai atsiradęs širdies ritmo variabilumas (ŠRV)?
Tam, kad suprastume kas yra širdies ritmo variabilumas, turime suvokti, jog sveika širdis nėra metronomas – ji nemuša į taktą tolygiai ir vienodai. Širdis gyvena savo gyvenimą ir turi savo ritmą, kaip koks vidinis Buddy Richas. Jeigu dabar jūsų širdies ritmas yra 72 susitraukimai per minutę, nereiškia jog tarp kiekvieno susitraukimo yra 0,83 sekundžių tarpas (60 sekundžių padalinta iš 72 susitraukimų). Tarpai tarp vienas po kito einančių susitraukimų skiriasi, todėl esant 72 ŠSD/min ritmui jie gali varijuoti gan didele amplitude aplink vidutinį 830 milisekundžių intervalą. Širdies ritmo variabilumas ir yra milisekundžių skirtumas tarp gretimų širdies susitraukimų.
Ką šis fiziologinis parametras sako apie mus?
Variabilumas tarp širdies dūžių atsiranda širdies veiklą reguliuojant autonominei nervų sistemai, padedančiai širdžiai prisitaikyti prie aplinkos poreikių. Evoliuciškai žiūrint, pagrindinė mūsų organizmo misija yra išgyventi susidūrus su iššūkiu ir spėti atstatyti resursus iki kito iššūkio. Širdis yra puikus šio mechanizmo pavyzdys. Širdies, kaip ir kitų vidaus organų, pusiausvyrą reguliuoja dvi autonominės nervų sistemos atšakos: simpatinė atšaka, atsakinga už energijos mobilizavimą, ir parasimpatinė atšaka, atsakinga už atstatomąją funkciją. Šių sistemų lankstumas ir gebėjimas sąveikauti prisitaikant prie aplinkos poreikių (fiziologinio ar psichologinio streso) rodo organizmo galimybes efektyviai panaudoti resursus ir juos atstatyti.
Nesvarbu, ar stresorius fizinis (pvz. sportas) ar psichologinis (pvz. viešas kalbėjimas), mūsų organizmas reaguoja tuo pačiu evoliuciškai paveldėtu streso atsaku. Simpatinė nervų sistema išmuša organizmą iš pusiausvyros mobilizuodama resursus, o parasimpatinė nervų sistema stengiasi pusiausvyrą grąžinti. Širdies ritmo variabilumas parodo šių dviejų nervų sistemų sąveiką ir leidžia pamatyti, kada esame ramybės, o kada – streso būsenoje. Žmonės, kurių ŠRV didesnis, yra sveikesni ir geba labiau prisitaikyti prie aplinkos poreikių, o tie, kurių variabilumas mažesnis (širdis tiksi kaip gerai sureguliuotas šveicariškas laikrodis), yra labiau psichologiškai ir fiziologiškai pažeidžiami ir rizikuoja susirgti (Thayer et al, 2012).
Kaip širdies ritmo variabilumą matuoja išmanieji laikrodžiai?
Tiksliausiai širdies ritmo variabilumas (taip pat kaip širdies ritmas) yra matuojamas elektrokardiograma, kuri užrašo kiekvieno susitraukimo elektrinio impulso seką žymimą QRS kompleksu. „R“ raide žymima viršūnėlė, kardiologų žargonu vadinama „R“ danteliu, parodo širdies susitraukimo kulminaciją. „R“ dantelių skaičius per minutę parodo širdies susitraukimo dažnį, o milisekundžių tarpas tarp dūžių parodo širdies ritmo variabilumą. Su mūsų sportiniais ir išmaniaisiais laikrodžiais suderinami ant krūtinės dedami širdies ritmo matuokliai gali labai tiksliai pamatuoti ritmą ir ritmo variabilumą, kadangi širdies veiklą seka elektros impulsu (Gillinov et al, 2017).
Kitaip nei ant krūtinės juosiamas matuoklis, ant mūsų riešo segamas išmanusis laikrodis matuoja ne tiesioginį širdies skleidžiamą elektros impulsą, bet pulso bangos sukeltus kraujo tūrio pokyčius. Širdžiai susitraukiant ir per kraujo indus siunčiant kraują į periferiją (kojas, rankas ir kitus pakraščius) susidaro kraujo tūrio pokyčiai, leidžiantys atskirti vieną pulso bangą nuo kitos. Riešo matuokliai tai daro daugiau nei šimto metų senumo fotopletyzmografijos (angl. plethysmography) principu. Atsegus savo riešo matuoklį kitoje pusėje pamatysime vieną, du arba tris šviesos diodus ir fotodiodą. Principas paprastas – šviesos diodai apšviečia odą ir po ja esančius kapiliarus, šviesa atsispindi audiniuose ir grįžta į fotodiodą. Voilà – pagal šviesos sugėrimo kaitą algoritmas apskaičiuoja širdies dūžių skaičių per minutę.
Kiek tiksliai optiniai matuokliai gali pamatuoti širdies ritmo variabilumą?
Matuojant širdies ritmą išmanieji laikrodžiai daug duomenų apvalina, kadangi žmogui judant atskirti vieną pulso bangą nuo kitos sunku (Stahl et al, 2016). Bėgant bėgimo takeliu ritmą galima pamatuoti gan tiksliai, tačiau „vargstant“ ant eliptinio treniruoklio rankų judesiai duomenis iškreipia (Gillinov et al, 2017). Atskirti vieną dūžį nuo kito riešiniai matuokliai tiksliausiai gali ramybės būsenoje (Claes et al, 2017; Stahl et al, 2016; Wang et al, 2017). Matuojant širdies ritmo variabilumą svarbu tiksliai pamatuoti ne tik susitraukimų dažnį bet ir tikslų milisekundžių tarpą tarp susitraukimų. Kyla klausimas – ar riešiniai matuokliai gali tai padaryti tiksliai? Šiandieniniai moksliniai tyrimai teigia, jog, matuojant ŠRV žmogui užsiimančiam kasdiene veikla, išmanieji nėra labai tikslūs, tačiau, kai žmogus yra ramybės būsenoje ir nejuda, atlikti tikslius matavimus galima (Pietilä et al, 2017; Schäfer et al, 2013).
Apie ŠRV kalbinau mokslininką dr. Wayne Norman, tyrinėjantį ŠRV jau daugelį metų. W. Normanas kasdieniam naudojimui taip pat siūlo trumpalaikius ramybės būsenos matavimus. „Mano patirtis rodo, jog ramybės būsenos ŠRV matavimai yra patikimi, o ilgalaikis ŠRV matavimo patikimumas nėra aiškus. Net kalbėjimas matuojant gali iškraipyti ŠRV rezultatus. Aš pats naudoju optinį Zoom matuoklį, kuris užrašinėja ŠRV visą parą, tačiau naudoju tik ramybės būsenoje gautus rezultatus“, teigia dr. Wayne Normanas.
Man teko dirbti su dr. Wayne Normanu ir kitais mokslininkais tyrinėjant širdies ritmo variabilumą. Skirtingi tyrėjai ŠRV duomenis apdoroja skirtingomis metodikomis, tačiau visi sutinka, jog norint gauti patikimus ŠRV rezultatus matavimai turi būti atliekami tam tikromis sąlygomis, o duomenys apdorojami pagal tam tikrus reikalavimus. Net keli paklaidos procentai gali iškreipti rezultatus, todėl atliekant ŠRV analizę duomenys turi būti išvalomi nuo artefaktų. Eilinis mirtingasis ŠRV tyrėjas praleidžia valandas, slinkdamas per „metrus“ QRS kompleksų, ieškodamas klaidų ir spręsdamas Hamletišką klausimą – palikti ar išmesti. Kaip ir pagal kokius algoritmus ir protokolus ŠRV duomenis sutvarko mūsų išmanieji laikrodžiai – nėra žinoma, dėl to duomenis sunku vertinti.
Asmeninė patirtis su „Garmin“ visos dienos streso (angl. All–day stress) matavimu
Jau keletą metų tyrinėju širdies ritmo variabilumą, tačiau sau jį matuoti pradėjau prieš keletą savaičių atsinaujinusi „Garmin“ operacinę sistemą. Mano streso lygis dienos metu siekia stratosferą – tarp aštuoniasdešimt ir šimto (kur 0 reiškia ramybės būseną, o 100 labai aukštą streso lygį). Gerai, kad bent miegant streso lygis nukrinta iki ramybės būsenos. Susisiekiau su „Garmin“ Lietuva prašydama daugiau informacijos apie tai kaip jie matuoja ir interpretuoja ŠRV, tačiau gavau „copy/paste“ iš „Garmin.lt“ svetainės:
„…[įrenginys] seks jūsų širdies dūžį po dūžio ir fiksuos širdies ritmo kintamumo informaciją (HRV), kurią galėsite pamatyti apyrankės ekrane ilsėdamiesi. Jeigu kreivė pradeda didėti, tai nurodo, jog jūsų streso lygis kyla. To priežastis gali būti bet koks fizinis ar emocinis veiksnys. Taigi [įrenginys] padės lengviau atpažinti stresines situacijas, taip potencialiai išvengsite nemalonių akimirkų.“
Mano gyvenimas yra viena ilga nemaloni akimirka?! Matant savo kasdienį streso lygį mano vidinis hipochondrikas įjungia visus aliarmus ir panikuoja. Gerai, kad moksliškoji pusė stabdo nuo registracijos pas kardiologą ir testamento rašymo. Man kyla du pagrindiniai klausimai: ar „Garmin“ visos dienos matavimai gali būti tikslūs ir ką reiškia jų pateikiamas skaičius nuo 0 iki 100. Kaip jau išsiaiškinome, tyrimai pataria visos dienos matavimus vertinti atsargiai.
Nors mano išmanusis gal ir nepamatuoja ŠRV tiksliai, aš jo lauk nemesiu, visgi neblogą pinigų sumelę pakloti reikėjo. Net iš netikslaus prietaiso galima daryti išvadas, jei prietaisas nuosekliai netikslus. Ryte „Garmin“ visos dienos streso matavimą naudoju pasitikrinti miego kokybei – ar naktį pavyko reabilituotis po dienos įspūdžių (dominavo už ramybę atsakinga nervų sistema) ar vis dėl to nerimas ar fizinis diskomfortas miegui trukdė (dominavo už streso atsaką atsakinga nervų sistema). Dieną žvilgteliu į streso grafiką norėdama pamatyti, ar man pavyko efektyviai atlikti relaksaciją, meditaciją ar kitą savireguliacijos pratimą ir bent šiek tiek atstatyti resursus. Keletą kartų per dieną ramybės būsenoje pasimatuoju stresą, skaičių užsirašau ir kaupiu duomenis savo streso lygiui stebėti.
Ar verta „stresuoti“ dėl išmaniojo laikrodžio rodomo streso?
Pagrindinis sunkumas interpretuojant ŠRV duomenis atsiranda dėl to, jog išmaniųjų laikrodžių gamintojai nepaaiškina, ką reiškia jų pateikiamos duomenų interpretacijos, o „išsitraukti“ neapdorotų duomenų neleidžia. Su paskutiniuoju atnaujinimu „Apple“ išmanusis laikrodis ŠRV pateikia milisekundėmis (aiškiau nei „Garmin“), tačiau paskaičius diskusijas „Apple“ forume aiškiai matyti, jog žmonės lygiai taip pat eina iš proto nesuprasdami, ką tos milisekundės reiškia ir kaip greitai jie „pakratys kojas“. Iš esmės nėra svarbu ar streso lygis matuojamas milisekundėmis, milimetrais ar abėcėlės raidėmis. Svarbu žinoti, ką tie vienetai reiškia tam, kad galėtume nustoti panikuoti ir galėtume savo išmaniuosius efektyviau panaudoti.
Ieškodama atsakymų savo laikrodį uždėjau keletui draugų, savo draugų prašiau uždėti kolegoms. Susisiekiau su keletu žmonių, kurie naudoja „Garmin“ streso matavimus ir pamačiau, jog daugumai žmonių streso lygis aukštas, nors buvo „išsišokėlių“, kurie dienos metu sugeba ir “pastresuoti” ir nusiraminti. Jeigu jūs naudojate streso matavimus, paremtus širdies ritmo variabilumu, prašau – pakomentuokite savo radinius.
Šaltiniai
Claes, J., Buys, R., Avila, A., Finlay, D., Kennedy, A., Guldenring, D., . . . Cornelissen, V. (2017). Validity of heart rate measurements by the „Garmin“ Forerunner 225 at different walking intensities. Journal of Medical Engineering & Technology, 41(6), 480-485.
Gillinov, S., Etiwy, M., Wang, R., Blackburn, G., Phelan, D., Gillinov, A. M., . . . Desai, M. Y. (2017). Variable Accuracy of Wearable Heart Rate Monitors during Aerobic Exercise. Medicine & Science in Sports & Exercise, 49(8), 1697-1703.
Pietilä, J., Mehrang, S., Tolonen, J., Helander, E., Jimison, H., Pavel, M., & Korhonen, I. (2017). Evaluation of the accuracy and reliability for photoplethysmography based heart rate and beat-to-beat detection during daily activities. EMBEC & NBC 2017 IFMBE Proceedings, 145-148.
Schäfer, A., & Vagedes, J. (2013). How accurate is pulse rate variability as an estimate of heart rate variability? International Journal of Cardiology, 166(1), 15-29.
Stahl, S. E., An, H., Dinkel, D. M., Noble, J. M., & Lee, J. (2016). How accurate are the wrist-based heart rate monitors during walking and running activities? Are they accurate enough? BMJ Open Sport & Exercise Medicine, 2(1).
Thayer, J. F., Ahs, F., Fredrikson, M., Sollers, J. J., III, & Wager, T. D. (2012). A meta-analysis of heart rate variability and neuroimaging studies: Implications for heart rate variability as a marker of stress and health. Neuroscience and Biobehavioral Reviews, 36, 747–756.
Wang, R., Blackburn, G., Desai, M., Phelan, D., Gillinov, L., Houghtaling, P., & Gillinov, M. (2017). Accuracy of Wrist-Worn Heart Rate Monitors. JAMA Cardiology, 2(1), 104.