Hrudní pás, optický snímač nebo hodinky: jak přesně měří tep v posilovně

Snímače tepu pracují na jednom ze dvou principů. Hrudní pás zachycuje elektrický signál každého srdečního stahu pomocí elektrod přiložených na kůži. Optický snímač, který se používá v hodinkách i snímačích na paži, osvětluje tkáň pod kůží a tep odhaduje ze změn objemu krve. Validační studie dávají shodnou odpověď: hodnoty z hrudního pásu se téměř při každém druhu cvičení nejvíc shodují s hodnotami z klinického EKG. Optické snímače bývají přesné při rovnoměrném běhu nebo jízdě na kole, ale při práci paží, pevném úchopu a prudkých změnách intenzity jejich spolehlivost klesá. Pro skupinové lekce postavené na silových cvicích a intervalech je proto nejjistější volbou hrudní pás. Pro rovnoměrnější zátěž je rozumnou alternativou dobře upevněný optický snímač na předloktí nebo na paži nad loktem.

Jak oba typy snímačů měří

Elektrokardiogram (EKG) zaznamenává elektrickou aktivitu, která spouští každý srdeční stah. Hrudní pás funguje na stejném principu se dvěma elektrodami: zachytí každý stah a tep spočítá z intervalu mezi nimi. Pohyb paží má na tento signál jen malý vliv.

Optické snímače využívají fotopletysmografii (PPG), tedy měření změn objemu krve pomocí světla. LED dioda osvětluje tkáň pod snímačem a fotodioda měří, kolik světla se vrací. Každá tepová vlna toto množství nepatrně změní a algoritmus z průběhu vypočítá tep. Signál je slabý a rušení vzniká při posouvání snímače po kůži nebo při stlačování cév pod ním. Studie v časopise npj Digital Medicine z roku 2020 uvádí tři hlavní zdroje chyb: vlastnosti kůže, pohyb a záměnu pohybového signálu za tepový. Snímač tehdy vyhodnotí rytmus opakovaného pohybu, například frekvenci kroků při běhu, jako srdeční tep.

Co ukazují validační studie u různých druhů cvičení

Studie v časopise Medicine & Science in Sports & Exercise z roku 2017 porovnávala s EKG hrudní pás Polar H7, optický snímač na předloktí a čtyři modely hodinek. Měření proběhlo u 50 zdravých dospělých na běžeckém pásu, rotopedu a eliptickém trenažéru. Hodnoty z hrudního pásu se s EKG shodovaly téměř dokonale. Většina optických zařízení obstála na běžeckém pásu. Na rotopedu dosáhlo přijatelné přesnosti méně zařízení a při zapojení paží na eliptickém trenažéru nebylo přesné žádné.

Studie ve stejném časopise z roku 2018 testovala osm zařízení u 50 dospělých při jízdě na rotopedu s postupně rostoucí zátěží a při třech sériích čtyř silových cviků se zátěží, se kterou účastníci zvládli nejvýše 10 opakování. Při obou typech cvičení dosáhly požadované přesnosti jen hrudní pás a sportovní sluchátka s optickým snímačem tepu. Žádné zařízení na zápěstí neobstálo. Se stoupající intenzitou zařízení celkově tep stále více podhodnocovala.

Podle studie v npj Digital Medicine byla chyba optických snímačů během aktivity v průměru zhruba o 30 % vyšší než v klidu a zařízení se nejvíc lišila v tom, jak reagovala na změny aktivity. Rovnoměrnou delší zátěž měřila poměrně dobře. Autoři navíc zaznamenali zpoždění optických údajů za EKG v rozmezí 0 až 43 sekund. Někdy bylo stálé, jindy se měnilo i během jednoho měření.

Snímače na předloktí nebo na paži nad loktem jsou umístěné dále od šlach zápěstí, které se při úchopu napínají. Terénní studie snímače Polar OH1 z roku 2019 ho porovnávala s hrudním pásem u 70 trénovaných sportovců během zhruba 390 hodin tréninku. Shoda byla vysoká při běhu a jízdě na kole a nižší ve sportech s výraznou prací paží. Meze shody se napříč sporty pohybovaly přibližně od 7 do 20 tepů za minutu a nejnižší shoda byla při tenisu, jízdě na kajaku a kondičním tréninku. Samotné umístění ale přesnost nezaručí: optický snímač na předloktí patřil ve studii z roku 2017 k nejméně přesným zařízením.

Tabulka shrnuje výše uvedené studie a jednotlivé modely se mohou lišit. Systematický přehled 158 publikací z roku 2020 zjistil, že přesnost měření tepu závisí na výrobci i typu zařízení. Zároveň upozornil, že se modely obměňují tak často, že přehledy rychle zastarávají.

Vliv barvy pleti zůstává nevyjasněný. Studie v npj Digital Medicine nenašla mezi odstíny pleti významný rozdíl v přesnosti, zahrnovala ale málo účastníků a její metodika byla kritizována. Terénní studie snímače OH1 naopak určitou souvislost s odstínem pleti popsala. Mezi faktory, které optické měření ruší, řadí sami výrobci tetování, příliš těsné utažení a ohýbání zápěstí.

Co chyba měření znamená pro tréninkové zóny

Chyba snímače hraje roli tehdy, když je velká ve srovnání se šířkou zóny. Pokud má každá zóna rozsah 10 % maximálního tepu, jedna zóna u většiny dospělých zahrnuje méně než 20 tepů za minutu.

Modelový příklad, nikoli tréninkový předpis: uložený maximální tep 185 tepů za minutu.

• Každá zóna pokrývá rozmezí 18,5 tepu za minutu. Zóna 4 (80–90 %) sahá od 148 do 166 tepů za minutu.
• Skutečný tep 160 odpovídá 86 % maxima, tedy zóně 4.
• Údaj s odchylkou ±5 tepů (155–165) v zóně 4 zůstane.
• Údaj s odchylkou ±20 tepů (140–180) může ukázat cokoli od zóny 3 po zónu 5.

Chyba kolem pěti tepů, jaké v laboratoři dosahoval optický snímač na paži při rovnoměrné zátěži, zónu změní jen výjimečně. Chyba 20 tepů, kterou optické snímače mohou mít při práci paží, posune údaj i o víc než celou zónu. Protože zařízení na zápěstí při vysoké intenzitě spíše podhodnocují, optický snímač spíše zobrazí nižší zónu, než ve které se sportovec skutečně nachází.

Dalším problémem je zpoždění měření. Při 30sekundovém sprintu tep za úsilím zaostává už sám o sobě a optický snímač může přidat vlastní zpoždění. Vrchol se proto obvykle objeví až po skončení úseku.

Výběr snímačů pro skupinovou lekci

Pulz8 se připojí ke každému hrudnímu pásu, snímači na paži nebo hodinkám, které vysílají tep přes standardní službu Bluetooth pro srdeční tep. Na sdílené obrazovce se chyba snímače obvykle projevuje jinak než skutečná změna tepu. Pokud se údaj na dlaždici sportovce během série s kettlebellem přestane měnit, uprostřed intervalu prudce klesne nebo při skákání přes švihadlo zůstává podezřele stálý, nejprve zkontrolujte snímač. Při pokračující zátěži tep obvykle prudce neklesá.

Hrudní pás potřebuje navlhčené elektrody a těsné přilnutí. Dokud pot nezlepší kontakt, mohou suché elektrody dávat kolísavé hodnoty. Optický snímač na paži má pevně přiléhat na předloktí nebo nad loktem, na kůži bez tetování. Hodinky zůstávají při cvicích s pevným úchopem nejslabší volbou.

Hlavní body

1. Na silové, veslařské a intervalové lekce používejte hrudní pásy, protože právě tam jsou optické snímače nejméně spolehlivé.
2. Při kardiu s rovnoměrnou intenzitou lze použít optický snímač na paži, pokud pevně přiléhá na předloktí nebo nad loktem.
3. Údaje ze zápěstí při úchopu a tlačení berte jako orientační a při vysoké intenzitě počítejte s podhodnocením.
4. Nejdřív zkontrolujte snímač, když údaj na dlaždici během nepřetržité zátěže náhle kolísá nebo se přestane měnit.
5. Krátké intervaly hodnoťte podle vnímaného úsilí, protože srdce i optické algoritmy reagují na náhlé změny se zpožděním.

Zdroje

• Gillinov S a kol. Variable accuracy of wearable heart rate monitors during aerobic exercise. Medicine & Science in Sports & Exercise, 2017.
• Boudreaux BD a kol. Validity of wearable activity monitors during cycling and resistance exercise. Medicine & Science in Sports & Exercise, 2018.
• Bent B, Goldstein BA, Kibbe WA, Dunn JP. Investigating sources of inaccuracy in wearable optical heart rate sensors. npj Digital Medicine, 2020.
• Hermand E a kol. Validation of a photoplethysmographic heart rate monitor: Polar OH1. International Journal of Sports Medicine, 2019.
• Fuller D a kol. Reliability and validity of commercially available wearable devices for measuring steps, energy expenditure, and heart rate: systematic review. JMIR mHealth and uHealth, 2020.

Tep slouží jako ukazatel při tréninku a nenahrazuje lékařská doporučení. Běžné sportovní snímače tepu nejsou zdravotnické prostředky, a lidé se srdečním onemocněním by proto měli při sledování zátěže postupovat podle pokynů svého lékaře.