Hrudný pás, optický snímač alebo hodinky: ako presne merajú tep v posilňovni

Snímače tepu merajú jedným z dvoch spôsobov. Hrudný pás zachytáva elektrický signál každého úderu srdca cez elektródy priložené na kožu. Optický snímač, ktorý sa používa v hodinkách aj snímačoch na ruku, osvetľuje tkanivo pod kožou a tep odhaduje zo zmien objemu krvi pod ňou. Validačné štúdie sa zhodujú v tom, že hodnoty z hrudného pásu sa takmer pri každom type cvičenia najviac zhodujú s hodnotami z klinického EKG. Optické snímače sú pri rovnomernom behu či bicyklovaní často presné, no pri práci rúk, pevnom úchope a prudkých zmenách intenzity ich spoľahlivosť klesá. Na skupinové tréningy so silovými cvičeniami a intervalmi je preto najistejší hrudný pás. Pri rovnomernejšej záťaži je rozumnou alternatívou dobre upevnený optický snímač na predlaktí alebo nad lakťom.

Ako jednotlivé snímače merajú

Elektrokardiogram (EKG) zaznamenáva elektrickú aktivitu, ktorá spúšťa každý úder srdca. Hrudný pás pracuje na rovnakom princípe s dvoma elektródami: zachytí každý úder a tep vypočíta z času medzi údermi. Pohyb rúk má na tento signál len malý vplyv.

Optické snímače využívajú fotopletyzmografiu (PPG), teda meranie zmien objemu krvi pomocou svetla. LED dióda osvetľuje tkanivo pod snímačom a fotodióda meria, koľko svetla sa vráti. Každá pulzová vlna toto množstvo mierne zmení a algoritmus z výsledného priebehu vypočíta tep. Signál je slabý a rušenie vzniká pri posúvaní snímača po koži alebo pri stláčaní ciev pod ním. Štúdia v časopise npj Digital Medicine z roku 2020 uvádza tri hlavné zdroje chýb: vlastnosti kože, pohyb a zámenu pohybového signálu za tepový. Snímač vtedy vyhodnotí rytmus opakovaného pohybu, napríklad frekvenciu krokov pri behu, ako srdcový tep.

Čo ukazujú validačné štúdie pri rôznych činnostiach

Štúdia v časopise Medicine & Science in Sports & Exercise z roku 2017 porovnala s EKG hrudný pás Polar H7, optický snímač na predlaktí a štyri modely hodiniek. Merania prebiehali u 50 zdravých dospelých na bežiacom páse, rotopede a eliptickom trenažéri. Hodnoty z hrudného pásu sa s EKG zhodovali takmer dokonale. Väčšina optických zariadení obstála na bežiacom páse. Na rotopede dosiahlo prijateľnú presnosť menej zariadení a pri zapojení rúk na eliptickom trenažéri nebolo presné ani jedno.

Štúdia v tom istom časopise z roku 2018 testovala osem zariadení u 50 dospelých pri bicyklovaní s postupne rastúcou záťažou a pri troch sériách štyroch silových cvikov so záťažou, s ktorou účastníci zvládli najviac 10 opakovaní. Pri oboch typoch cvičenia dosiahli požadovanú presnosť iba hrudný pás a športové slúchadlá s optickým snímačom tepu. Žiadne zariadenie na zápästí neobstálo. So stúpajúcou intenzitou zariadenia celkovo tep čoraz viac podhodnocovali.

Podľa štúdie v npj Digital Medicine bola chyba optických snímačov počas aktivity v priemere asi o 30 % vyššia ako v pokoji a zariadenia sa najviac líšili v tom, ako reagovali na zmeny aktivity. Rovnomernú dlhšiu záťaž merali pomerne dobre. Autori zaznamenali aj oneskorenie optických údajov oproti EKG v rozsahu 0 až 43 sekúnd. Niekedy bolo stále, inokedy sa menilo aj v rámci jedného merania.

Snímače na predlaktí alebo nad lakťom sú umiestnené ďalej od šliach zápästia, ktoré sa pri úchope napínajú. Terénna štúdia snímača Polar OH1 z roku 2019 ho porovnávala s hrudným pásom u 70 trénovaných športovcov počas približne 390 hodín tréningu. Zhoda bola vysoká pri behu a bicyklovaní a nižšia v športoch s výraznou prácou rúk. Hranice zhody sa naprieč športmi pohybovali zhruba od 7 do 20 úderov za minútu a najnižšia zhoda bola pri tenise, jazde na kajaku a kondičnom tréningu. Umiestnenie samo osebe presnosť nezaručuje: optický snímač na predlaktí patril v štúdii z roku 2017 medzi najmenej presné zariadenia.

Tabuľka zhŕňa uvedené štúdie a jednotlivé modely sa môžu líšiť. Systematický prehľad 158 publikácií z roku 2020 zistil, že presnosť merania tepu závisí od výrobcu aj typu zariadenia. Upozornil tiež, že výrobcovia menia modely tak často, že prehľady rýchlo zastarávajú.

Vplyv farby pleti zostáva nejasný. Štúdia v npj Digital Medicine nenašla medzi odtieňmi pleti významný rozdiel v presnosti, zahŕňala však málo účastníkov a jej metodiku kritizovali. Terénna štúdia snímača OH1 naopak určitú súvislosť s odtieňom pleti uviedla. Medzi faktory, ktoré optické meranie rušia, zaraďujú sami výrobcovia tetovania, príliš tesné utiahnutie a ohýbanie zápästia.

Čo znamená chyba merania pre tréningové zóny

Chyba snímača je dôležitá vtedy, keď je veľká v porovnaní so šírkou zóny. Ak má každá zóna rozsah 10 % maximálneho tepu, jedna zóna u väčšiny dospelých zahŕňa menej ako 20 úderov za minútu.

Modelový príklad, nie tréningový predpis: uložený maximálny tep 185 úderov za minútu.

• Každá zóna pokrýva rozpätie 18,5 úderu za minútu. Zóna 4 (80–90 %) siaha od 148 do 166 úderov za minútu.
• Skutočný tep 160 zodpovedá 86 % maxima, teda zóne 4.
• Údaj s odchýlkou ±5 úderov (155–165) zostane v zóne 4.
• Údaj s odchýlkou ±20 úderov (140–180) môže ukázať čokoľvek od zóny 3 po zónu 5.

Chyba okolo piatich úderov, akú v laboratóriu dosahoval optický snímač na ruke pri rovnomernej záťaži, zónu zmení len zriedka. Chyba 20 úderov, akú môžu optické snímače mať pri práci rúk, posunie údaj aj o viac než celú zónu. Keďže zariadenia na zápästí pri vysokej intenzite skôr podhodnocujú, optický snímač skôr zobrazí nižšiu zónu, než v akej sa športovec skutočne nachádza.

Ďalším problémom je oneskorenie merania. Pri 30-sekundovom šprinte tep zaostáva za úsilím už sám osebe a optický snímač môže pridať vlastné oneskorenie. Vrchol sa preto zvyčajne objaví až po skončení úseku.

Výber snímačov pre skupinový tréning

Pulz8 sa pripojí ku každému hrudnému pásu, optickému snímaču na ruke či hodinkám, ktoré vysielajú tep cez štandardnú službu Bluetooth pre srdcový tep. Na zdieľanej obrazovke sa chyba snímača zvyčajne prejavuje inak než skutočná zmena tepu. Ak sa údaj na dlaždici športovca počas série s kettlebellom prestane meniť, uprostred intervalu prudko klesne alebo pri skákaní cez švihadlo zostáva podozrivo stály, najprv skontrolujte snímač. Pri pokračujúcej záťaži tep zvyčajne prudko neklesá.

Hrudný pás potrebuje navlhčené elektródy a tesné priliehanie. Kým pot nezlepší kontakt, suché elektródy môžu dávať nestále hodnoty. Optický snímač na ruke má pevne priliehať na predlaktí alebo nad lakťom, na koži bez tetovania. Hodinky zostávajú pri cvičeniach s pevným úchopom najslabšou voľbou.

Hlavné body

1. Na silové, veslárske a intervalové tréningy používajte hrudné pásy, pretože tam sú optické snímače najmenej spoľahlivé.
2. Pri kardiu s rovnomernou intenzitou možno použiť optický snímač na ruke pevne upevnený na predlaktí alebo nad lakťom.
3. Údaje zo zápästia pri úchope a tlačení berte ako orientačné a pri vysokej intenzite počítajte s podhodnotením.
4. Najprv skontrolujte snímač, keď údaj na dlaždici počas nepretržitej záťaže náhle kolíše alebo sa prestane meniť.
5. Krátke intervaly posudzujte podľa vnímaného úsilia, lebo srdce aj optické algoritmy reagujú na náhle zmeny s oneskorením.

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 slúži ako ukazovateľ pri tréningu a nenahrádza lekárske odporúčania. Bežné športové snímače tepu nie sú zdravotnícke pomôcky, preto by ľudia so srdcovým ochorením mali pri sledovaní záťaže postupovať podľa pokynov svojho lekára.