运动手表增加心电功能后,究竟是如何预防跑步运动损伤及猝死?

科技动态 2018-08-10 阅读原文

“今早起床,感觉不太好,有点累。”

“嗯,不过我还是决定坚持完成我的跑步计划。”

“我不是一个轻言放弃的人。”

“我相信我的精神毅力可以战胜我的身体。”

如果你是一个跑步爱好者或一个“跑者”,你可能经常对自己说如此的话。

美国《运动医学》杂志的数据显示:据统计,37%-56%的跑步者都经历过受伤的情况,其中30%-90%跑步受伤者暂停训练,20%-70%跑步受伤者不得不接受医学治疗。按此比例,每一年仅仅美国就有上千万跑步者因为受伤而不得不暂时中断练习或者去医院治疗。不正确的跑步姿势及运动过量是跑步损伤的主要原因。其中30%-90%是因过量运动导致受伤。

另外据世界著名跑步杂志《跑者世界》的一份调查显示,每5万名完成马拉松的参赛者中,就有1人死亡(包括赛后24小时内的猝死者),平均每2场大型马拉松赛事就有1人猝死。

图1 运动损伤

跑步导致的运动损伤主要有三大原因:过量运动、跑步姿势错误、核心肌肉力量不足;而运动猝死九成因心脏问题引起。 这篇文章主要结合当下时兴的智能穿戴领域新技术,通过从运动损伤预防及运动猝死原因及现状分析,来探讨运动手表的心电功能是如何解决运动安全问题。

一、心电测量预防运动损伤

有研究试图通过测量下肢不对称的跑步步态来量化休息和疲劳状态之间的跑步形式的变化,其结果显示:膝关节内旋转和膝关节僵硬程度随疲劳而变得不对称,分别增加了14%、5.3%。疲劳状态下异常的跑步姿势使得每一次触地都会对足部及膝部等人体关节造成不同程度的磨损,而数以万计的冲击则将最终导致运动损伤。疲劳状态下的过量运动是导致跑步损伤的主要原因之一。

过量运动或疲劳运动会导致运动损伤已经被广泛认可,但如何判断运动过量及是否疲劳却是一项无法精准衡量及定义的难题。由于不同用户的个体差异性大,因此由绝对运动量来判断存在很大误差。马拉松冠军每天训练20公里,状态仍然很好;但一个普通人每天跑5公里也可能导致运动损伤;同时个人主观判断是否疲劳也受情绪等影响而产生偏差。

具备心电功能的运动手表主要是依靠精准测量运动心率及疲劳度测试来预防跑步运动损伤:运动心率监测用于运动中实时监控运动强度,防止运动损伤,提高运动效率;疲劳度测试用于运动前身体状态评估,防止过量运动导致的运动损伤。

1、心率变异性

心率变异性(HRV, heart rate variability)可反映自主神经系统活性和定量评估心脏交感神经与迷走神经张力及其平衡性,从而判断其对心血管疾病的病情及预防,是预测心脏性猝死和心律失常性事件的一个有价值指标。自主神经系统活动的量化可以通过心率变化的程度表现出来,HRV能反映由训练引发的自主神经系统的功能变化,并制定个体化的运动处方。

图2 HRV数据统计

2、疲劳度测试

通过运动手表中配置的心电芯片来采集人体的心电(ECG, electrocardiogram)原始数据,ECG心电数据只能由专业医师进行经验分析,普通用户看不懂也无法理解。通过心电ECG原始数据配置医学算法要求来计算得出HRV数值,再将HRV数值中的时域指标Ln rMMSD数据进行一定的数学和医学依据换算,同时方便用户解读参数及直观理解,再将得到的数据定义为疲劳度,并将疲劳度数值对应成为百分制。疲劳度数值区间定义如下,一般来说疲劳度测试数值越高,状态越好。

(1)80~100:状态好;

(2)65~80:状态一般;

(3)50~65:状态疲劳;

(4)0~50:状态非常差;

图3 埃微能量手表P1测试疲劳度

用户在佩戴心电手表后测试疲劳度,并根据测试出的数值即可直观的判断自己的身体状态。运动后或过度疲劳会降低HRV,HRV降低或增加会直观的改变疲劳度数值,HRV还会随年龄增长而逐渐下降。用户应结合当日的运动量来比较个人疲劳度数据的相对变化。

心率带采用心电信号计算疲劳度数据准确,但使用便捷性差,无法在运动时长期使用。对于跑者来说,要获取自己的HRV数据,去医院测量HRV的数据会更准确,但不能获得持续性的HRV数值,且无法独立获得一个实验室的HRV专项检测的支持。

佩戴配置有心电功能的运动手表因能直接采集ECG数据而通过测量出的HRV数值换算得出疲劳度,且在保证准确性的前提下达到便捷测试使用的目的,这对大部分用户是可以轻松实现的,这也是心电手表相较于普通心率手表的重要差异点。

3、疲劳度测试意义

运动损伤多是由过度训练导致,疲劳度测试是监测训练和恢复平衡情况的有效工具,疲劳度测试数值可帮助您防止训练过度,提高训练效率和保障运动安全。疲劳度测试中测量的HRV是自主神经系统紊乱的良好指标,因疲劳或过度训练会导致人体交感神经系统兴奋。HRV代表了一种量化标测,通过测量连续正常间期变化的变异性来反映心率变化程度、规律,从而用以判断其对心血管活动的影响。HRV降低为交感神经张力增高,属不利因素;HRV升高为副交感神经张力增高,属保护因素。

HRV测量结果会受一些外界因素的影响,例如精神压力、睡眠、潜在疾病、环境变化(温度、高度)等,但长期监测HRV可帮助您优化训练,并防止训练过度。长期监测铁人三项专业运动员的HRV数据显示能有效预防非功能性过度训练,这就说明HRV是一种检查运动过量的有效客观手段。

图4 心电手表预防运动损伤原理

HRV最直观的反馈是,对于跑者或运动爱好者来说,HRV数值越高,说明有氧耐力越强。运动员可以通过心电手表定期测量疲劳度数值高低来调整运动训练计划,在疲劳度数值持续性提升后再逐步增加训练强度,从而起到防止过量运动导致运动损伤。

4、疲劳度具体应用

HRV对疲劳和训练过度产生的反应存在个体差异因人而异,这也造成了一些小白用户对疲劳度的误解。整体而言,HRV的变化可用于判断运动前自主神经功能状态,制定个体化的运动处方,因此用户可根据每天的疲劳度数值来调整锻炼强度。

建议首先进行基准测试,可在2周内连续测量4~6天疲劳度数值,并以此数据的平均值做为个人基准值。做基准测试的2周应当保持日常运动量,而非大量运动或完全休息的期间。在测试得出基准疲劳度数值后,在后期开始运动前,可将单次的疲劳度实测值与疲劳度基准值做对比,计划制定原则:

(1)当测试疲劳度数值<个人疲劳度基准值,则可适当降低训练强度。

(2)当测试疲劳度数值>个人疲劳度基准值,则可适当增加训练强度。

图5 疲劳度数值与运动强度

如上图所示,白色曲线代表疲劳度,条形柱状图代表运动量。周二测试疲劳度数值高,表示个体状态好,可在常规运动的基础上加大运动量;周三测试疲劳度低,代表个体状态不好,建议当天常规运动的基础上降低运动量。

利用HRV或疲劳度制定个性化训练计划已被部分专业运动员采用,随着测量ECG及HRV数据的产品的便捷化及精度提升,越来越多的业余运动员和普通大众也可以利用疲劳度数据来指导自己的健身运动。如长期坚持使用,则能降低预防过量导致的运动损伤风险。

二、 心电测量预防运动猝死

上文提到,运动猝死九成因心脏问题引起。或许有人会质疑:对所有运动员进行心电普查是否就能有效减少运动猝死?答案是肯定的。据意大利研究人员在2006年报告中证实,实施筛查(包括心电图)可使运动员因心脏病原因而导致的死亡率相对减少89%。

图6 突发性运动猝死

在发生运动猝死前,猝死者的心电图都会出现异常变化。如果能捕捉到心电异常的变化并加以及时治疗,那么对预防运动猝死有极大贡献。抛开医疗资源及费用原因,医生及科学家们大都赞同心电图检查对预防运动猝死具备重要意义。

医院常用标准十二导联心电监测设备来快速监测精确的心电信号波形,并能针对多种心电信号异常的症状进行自动分析与诊断。十二导联心电监测设备通常是体积庞大的固定式装置,购置成本较高,主要用于医院或其他集中性医疗服务场所。

图7 医院采用十二导联测量心电

智能手表上增加心电芯片,可随时监测人体的单导联心电图,单导联心电图对于心律失常有较好参考价值,如室性早搏、房颤等;同时单导联心电图对于心肌缺血也存在一定的诊断价值。单导联心电监测是用一对心电电极来采集单路心电信号,适用于长时间的心电监测和短时单次的心电测量,单导联心电监测工具由于体积小巧、方便随身携带,准确率较高,合适家用及外出场景做预防及记录。通过心电手表来测量及记录心电数值,特别是在运动员突发心悸、胸闷、头晕、胸痛等症状时,能及时监测及记录心电异常数据,并在APP中用图文结合的方式展现出来,提供给医生做鉴别诊断的参考。

图8 APP展示心电手表测试及记录的心电图

心脏不适的状态往往稍纵即逝无法预料,如果能在第一时间记录到心脏异常时的心电数据,那么对心脏早期隐患问题的判断和分析,则有巨大预防意义。医院的十二导联心电监测仪虽然测量精准,但是无法做到实时记录,而会致使发送心脏异常时的数据缺失。运动手表上的单导联心电测试功能非常方便和经济,虽然相比十二导联心电图在诊断疾病的准确性存在一定差距,但因为可以在院外3A(Anywhere、Anytime、Anybody)情况下采集,从而也具备巨大的医学预防价值。用户可以将心电手表作为一个日常监测及异常提示,在测监测到心电数据异常时,再去医院做详细心电监测检测,以便起到预防及确认治理的作用。

图9 心电手表预防运动猝死原理

运动手表上增加一个高品质的心电芯片,成本会增加几十元,开发难度也会随之大幅增加。由于能起到预防运动损伤及较少运动猝死这样的悲剧发生,对用户十分有价值,所以埃微要冒着市场、成本增加、开发难度增加等风险,推行此事。埃微能量运动手表P1在经过长达一年半的研发周期,在手表内增加了高精度心电芯片,既能增加心率监测准确性,提供疲劳度测试,还能捉记录心血管事件发生时的心电图,医学使用价值较大。埃微作为精准运动理念的倡导者和先行者,同时也作为智能穿戴领域的首批参与者,未来将会在运动健康领域贡献更多的创新而实用的产品及解决方案。

简书

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