Zegarki sportowe mierzą dystans, tętno, kroki i wiele innych. Jednak czy są dokładne?

Weryfikacja

Autor: Maciej Szukała

Obecnie przedstawiciele niemal wszystkich dyscyplin sportowych korzystają z pulsometrów. To zaawansowane zegarki, które w czasie rzeczywistym mierzą wiele parametrów, w tym położenie użytkownika, tętno, saturację krwi, HRV i wiele innych wartości. Na tej podstawie wyliczana jest nie tylko aktualna dyspozycja do ćwiczeń, ale także prognoza w odniesieniu do formy i trendy jej zmiany. Aby określić, czy zegarki sportowe są dokładne warto zrozumieć na jakiej działają zasadzie i czego można od nich oczekiwać.

Spis treści

1. Zegarki sportowe a jakość pomiarów
2. Co wpływa na dokładność nawigacji?
3. Na czym polega nawigacja wielozakresowa?
4. Jakość i rodzaje pomiaru tętna
5. Śledzenie snu
6. Jak działa pomiar saturacji krwi?

Zegarki sportowe a jakość pomiarów

Na wstępie warto zaznaczyć, że żaden zegarek sportowy z dostępnych w komercyjnym obrocie nie ma statusu urządzenia medycznego. W praktyce oznacza to że nie powinny być one używane do diagnozowania schorzeń i dysfunkcji. Nie oznacza to jednak, że nie warto wykorzystywać smartwatchy do bieżącego monitorowania aktywności. Wręcz przeciwnie! Obecnie stosowane technologie są już na tak wysokim poziomie, że z pulsometrów korzystają nie tylko amatorzy, ale również profesjonaliści. Jakie czynniki mają wpływ na pomiar poszczególnych wartości podczas uprawiania sportu?

Co wpływa na dokładność nawigacji?

Większość urządzeń dla sportowców jest już wyposażona w autonomiczny moduł GNSS. Jedynie najprostsze łączą się jeszcze z telefonem komórkowym wykorzystując nawigację smartfona do lokalizacji użytkownika. Nawigacja w zegarku to jednak znacznie więcej niż aktualne położenie. Dane z modułu korelowane są z danymi z akcelerometru. to dzięki nim biegacze i kolarze mogą ocenić tempo z jakim się przemieszczają.

Choć powszechnie mówi się o „GPS” w zegarku tak naprawdę urządzenia współpracują zwykle z kilkoma największymi sieciami. Może to być:

• amerykański GPS;
• europejski GALILEO;
• rosyjski GLONASS;
• chiński BEIDOU;
• japoński QZSS.

Do tego często dochodzi tzw. Asssited GNSS, którzy poprzez zapamiętanie ostatniej startowej pozycji użytkownika przyspiesza złapanie fixa nawigacji.

Dokładność nawigacji w zegarku zależy od wielu czynników. Oczywiście istotny jest sam moduł. Producenci na ogół korzystają z modeli marki Mediatek lub Sony. W najnowszych zegarkach jak Garmin Fenix 7 lub Garmin Enduro 2 wymieniono dostawcę na firmę Airoha. Wszystko po to, aby znaleźć złoty środek między jakością śledzenia sygnału a czasem działania baterii urządzenia. Znaczenie ma materiał z jakiego wykonany jest sam zegarek. Smartwatche z metalową kopertą mogą nieco gorzej radzić sobie ze śledzeniem pozycji, ponieważ metal skutecznie blokuje przenikanie sygnału. Nie jest to jednak reguła.

Poza hardwarem na jakość nawigacji ma wpływ częstotliwość zapisu sygnału. Im interwał jest krótszy, tym ślad będzie dokładniejszy. Wpływ na nawigację ma również wysokościomierz. Niskiej jakości zegarki z GPS podczas chodzenia po górach mogą rejestrować dystans ze sporą różnicą względem zaawansowanych smartwatchy z nowoczesnymi czujnikami ABC. Wszystko przez to, że urządzenie nie zawsze rozróżnia przemieszczania się użytkownika w płaszczyźnie pionowej od ruchu w płaszczyźnie poziomej i nie uwzględnia zmian wysokości.

Duże znaczenie mają czynniki zewnętrzne jak zachmurzenie, gęste zalesienie lub przebywanie w terenie zabudowanym. W takich okolicznościach sygnał zwykle odbija się od różnego rodzaju przeszkód, a w rezultacie ślad jest zapisywany błędnie. Nic więc dziwnego, że smartwatche najlepiej mierzą dystans na odkrytym i płaskim terenie. Jeśli zależy Ci, aby urządzenie było maksymalnie precyzyjne nie warto na nim oszczędzać, ale też nie ma sensu oczekiwać, że poradzi sobie ono z każdym wyzwaniem.

Doświadczeni biegacze wiedzą, że dokładność nawigacji w zegarkach potrafi wahać się od kilkudziesięciu do kilkuset metrów w zależności od marki i modelu pulsometru, ale także warunków atmosferycznych towarzyszących aktywności. Aktualna technologia bardzo sprawnie radzi sobie już z liczeniem kroków i pokonanych pięter. W tym przypadku dokładność to zwykle 95-98%.

Na czym polega nawigacja wielozakresowa?

Nowoczesne zegarki są wyposażone w nawigację wielozakresową (ang. multiband GNSS). To technologia, która opiera się na odczycie podwójnego sygnału z każdego satelity sparowanego z urządzeniem. Zamiast odbierać wyłącznie sygnały z częstotliwości L1 smartwatche zbierają dane również z pasma L5. W ten sposób ślad jest weryfikowany podwójnie, co sprawdza się podczas przebywania w terenie gęsto zalesionym lub zabudowanym.

Oczywiście unowocześnione rozwiązanie nie sprawia, że nawigacja staje się niezawodna, ale znacząco zwiększa jej dokładność w trudnych warunkach.

Jakość i rodzaje pomiaru tętna

Kolejną bardzo istotną kwestią dla sportowców jest określenie dokładności tętna podczas wysiłku. Obecnie odbywa się to na jeden z dwóch sposobów:

• poprzez czujnik optyczny wbudowany w spodnią część koperty zegarka;
• poprzez pas zakładany na klatkę piersiową, który transmituje dane dotyczące częstotliwości pracy serca.

Na czym polega każda z tych technologii i która z nich lepiej sprawdza się w praktyce?

Co wpływa na dokładność optycznego pomiaru tętna?

Czujniki optyczne (OHR) nie wymagają stosowania żadnych dodatkowych akcesoriów. Wystarczy założyć smartwatch na nadgarstek i wyjść na trening. Poszczególni producenci eksperymentują z różnymi kolorami emitowanego światła poszukując takiego, który zapewni odpowiednio wysoką precyzję danych i odporność na zakłócenia. Aktualnie w zegarkach biegowych można znaleźć czujniki emitujące światło barwy czerwonej, pomarańczowej, żółtej i zielonej, choć ta ostatnia pojawia się najczęściej.

W nowych zegarkach pomiar optyczny przebiega sprawnie, zegarki wykrywają puls niemal od razu i na ogół mierzą go stabilnie. Nadal jednak pomiar OHR może ulec zadłużeniu przez:

• tatuaże lub owłosienie na ręce;
• zmiany temperatury otoczenia, które wpływają na kurczliwość naczyń krwionośnych;
• stosowane kremy lub samoopalacze;
• pot, który gromadzi się na skórze lub pył;
• stopień zaciśnięcia zegarka na nadgarstku.

Istotne znaczenie mają również tak osobnicze kwestie jak budowa układu krwionośnego. U dwóch osób na zbliżonym poziomie wytrenowania smartwatch może pokazywać zupełnie inne wyniki.

Producenci walczą z niedoskonałością tej technologii np. poprzez skrócenie interwału między kolejnymi odczytami czujnika, ale to z kolei wpływa na skrócenie żywotności baterii i czas pracy całego urządzenia.

Osoby, które trenują regularnie często wskazują, że optyczny pomiar tętna sprawdza się dobrze podczas wysiłku statycznego lub łagodnych treningów cardio, a także długich wybiegań i nordic walkingu. Niestety ta metoda nie daje satysfakcjonujących rezultatów podczas np. intensywnych biegów tempowych lub pokonywania np. podbiegów.

Powszechnie przyjmuje się, że dokładność czujników OHR waha się między 65 a 80% i powoli, ale stale wzrasta w miarę, jak stosowane technologie są coraz dokładniejsze.

Pomiar tętna za pomocą pasa

Alternatywą dla pomiarów OHR z nadgarstka są klasyczne pasy HRM montowane na klatkę piersiową. Dzięki dwóm elektrodom umieszczonym na wysokości serca urządzenie wykrywa rytm pracy serca, a następnie poprzez bezprzewodowy protokół komunikacji ANT+ (a w nowszych urządzeniach Bluetooth) przesyła informacje do zegarka, który przelicza je na wartości zrozumiałe dla użytkownika. Akcesorium jest wodoszczelne do głębokości 30 lub 50 metrów więc bez obaw można zakładać je do treningów w deszczową pogodę i podczas zajęć pływackich.

W odróżnieniu od pomiarów OHR pasy do mierzenia tętna pokazują puls z dokładnością 90-98%, a wyniku odczytu praktycznie nie da się zaburzyć wyjąwszy uszkodzenia mechaniczne modułu.

Zasadniczym mankamentem tego rozwiązania jest konieczność każdorazowego zakładania pasa. Obecnie jednak sam czujnik HRM jest na tyle niewielki, że nie przeszkadza nawet kobietom trenującym w sportowych stanikach. Trzeba także pamiętać o potrzebie regularnej wymiany baterii. Przy kilku godzinach treningów w tygodniu ogniwo wystarcza nawet na rok pracy.

Pasy HRM są nieco bardziej kłopotliwe niż czujniki wbudowane w zegarek, ale za to oferują znacznie dokładniejszy pomiar bez względu na poziom intensywności wysiłku.

Kiedy kupisz zegarek sportowy dla siebie przetestuj obie metody i wybierz tę, która najbardziej Ci odpowiada. Każdy smartwatch, który współpracuje z zewnętrznymi akcesoriami umożliwia wybór czujnika z którego będziesz korzystał.

Korzystanie z pasa tętna ma jeszcze jedną zaletę. Część modeli obsługuje dodatkowe funkcje, które pomagają w monitorowaniu wydolności lub regeneracji. Może to być np.:

• pomiar zmienności rytmu zatokowego HRV;
• śledzenie dynamiki biegu (m.in. długości kroku, kadencji, odchylenia w pionie i do długości oraz czasu kontaktu z podłożem).

Pomiar intensywności wysiłku jest wykorzystywany również do obliczania liczby spalonych kilokalorii. Dlatego im bardziej zadbać o precyzyjny odczyt, tym zegarek dokładniej wyliczy, ile energii kosztował cię wysiłek.

Śledzenie snu

Śledzenie snu staje się coraz popularniejszą funkcją implementowaną do oprogramowania zegarków sportowych urządzenia monitorują:

• moment zaśnięcia;
• fazy snu (płytki sen, sen głęboki, faza REM);
• wybudzenia w ciągu nocy;
• łączny czas wypoczynku.

Wszystkie dane pochodzą z informacji o zmianach tętna, HRV, ruchliwości użytkownika. Bardzo często urządzenie przed wyświetleniem trendu lub danych z ostatniej nocy potrzebuje kilku pełnych cykli do zebrania kompletu danych i „nauki” przyzwyczajeń użytkownika. Po tym czasie oprócz wykresów z danymi otrzymasz też porady i wskazówki dotyczące poprawy higieny wypoczynku.

Monitorowanie snu w smartwatchach sportowych ciągle się poprawia. Dla przykładu fińska firma Polar porównuje dokładność algorytmów swoich urządzeń do polisomnografu, który wytycza „złoty standard” w badaniach nad snem. Nadal jednak urządzenia mają trudności z poprawnym wyznaczeniem momentu zaśnięcia oraz rozróżnieniem poszczególnych faz snu.

Informacja o długości i jakości snu często idzie w parze z informacjami zwrotnymi dotyczącymi regeneracji. Użytkownik zyskuje dane o stanie wypoczynku między kolejnymi treningami. W zegarkach firmy Garmin ta funkcja nosi nazwę Recovery Time, w urządzeniach marki Polar – RecoveryPro, ale ich zasada działania jest podobna.

Podobnie jak dane dotyczące snu, także te o wypoczynku nie są szczególnie dokładne. Wystarczy zdjąć urządzenie z ręki na kilka godzin, a algorytm szacujący czas regeneracji przestaje rejestrować dane biometryczne.

Czytaj też: Monitoring snu to nie tylko pusta moda. Zobacz, co możesz z niego wyczytać?

Jak działa pomiar saturacji krwi?

Saturacja krwi to poziom wysycenia tkanek tlenem. Natlenowanie określane jest jako wartość procentowa i u osób zdrowych wynosi zwykle między 93 a 95%. Wyższe wartości uzyskuje się w zasadzie jedynie w komorach tlenowych. Coraz więcej zegarków sportowych jest wyposażonych w moduł IR służący do pomiaru saturacji krwi. W ten sposób można ustalić nie tylko ogólny stan zdrowia i układu krążeniowo-oddechowego, ale też adaptację organizmu do wysokości nad poziomem morza. Dlatego z pulsoksymetrii korzystają często biegacze górscy, wspinacze i turyści, którzy często wyjeżdżają w wysoko położone tereny.

Zasada działania pulsoksymetrii w teorii jest prosta. Diody umieszczone w spodniej części koperty emitują światło czerwone i promieniowanie podczerwone o precyzyjnie dobranej długości. Fale przechodzą przez tkankę, która je absorbuje w różnym stopniu. Akurat w przypadku saturacji kluczowe są erytrocyty. Te, które przenoszą tlen pochłaniają inną ilość promieniowania niż krwinki czerwone, które nie przenoszą tlenu.

Na odpowiednio dużej wysokości saturacja zaczyna maleć, ponieważ zmniejsza się ciśnienie parcjalne tlenu. W efekcie Twoje ciało przyswaja go mniej, a wysiłek fizyczny staje się większym wyzwaniem. Aby temu przeciwdziałać organizm pobudza procesy krwiotwórcze, m.in. poprzez zwiększenie produkcji erytropoetyny. Mądrze przeprowadzona aklimatyzacja powoduje, że po powrocie na nizinne tereny zaczniesz trenować efektywniej.

Dokładność pulsoksymetrów montowanych w zegarkach sportowych szacuje się na 85-90% możliwości sprzętu medycznego z jakiego korzystają placówki specjalistyczne.

Dokładność trackerów sportowych zależy od wielu czynników i nie zawsze jest łatwa do przewidzenia. Warto jednak przytoczyć wyniki badań z 2018 roku opublikowanych w JMIR mHealth and uHealth. Badacze wykazali, że osoby, które korzystały z zegarków sportowych (bez względu na precyzję pomiarów) były bardziej ruchliwe, spalały więcej energii i chętniej podejmowały aktywność o umiarkowanej oraz wysokiej intensywności. Urządzenia okazały się przydatne również do utrzymania zdrowych nawyków związanych z ruchem w dłuższej perspektywie.

Maciej Szukała