Как рассчитываются показатели стресса и энергии в фитнес-гаджетах: анализ вариабельности сердечного ритма

Согласно нашим исследованиям (мы – это med-tech платформа Engy Health для контроля здоровья, энергии, стресса и напряжения по методологии анализа вариабельности сердечного ритма), больше 70% пользователей фитнес-гаджетов не обращает внимание на показатели «Энергия», «Стресс» или «Напряжение». В восприятии пользователей это малозначащий маркетинговый наворот.

Мы попросили физиологов понятно объяснить принцип работы этих показателей. В качестве бонуса расскажем, почему в условиях эпидемии их отслеживание может кому-то из вас или ваших близких спасти жизнь.

За «фантастическими» расчетами стресса и энергии в вашем фитнес-гаджете стоит кардиологическая методология анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР), или Heart Rate Variability — HRV.

Методология ВСР только появляется в массовой индустрии фитнес-гаджетов, однако её история насчитывает почти 60 лет и берет начало в 1960-х, годах на старте космических программ супердержав.

Задача методологии заключалась в исследовании уровня здоровья космонавтов на предмет их готовности адаптироваться к экстремальным условиям подготовки и полетов. Традиционная западная клиническая медицина на тот момент была направлена на борьбу с болезнями, однако у космонавтов просто не было «права» на болезнь: медики должны были гарантировать здоровье космонавта и отсутствие срывов перед полётом. (И поскольку карантинные меры в нынешней ситуации также направлены на «предотвращение болезни», логично обратиться к накопленному опыту физиологов).

В ходе исследований пульса у космонавтов (телекоммуникационные данные уже позволяли передавать их ритмограмму с орбиты на землю) были определены механизмы адаптации организма к изменяющимся условиям как внешней среды (например, к невесомости), так и внутренней среды (например, простуда или вирусная атака), а также свойства работы самих адаптационных систем. Эти наблюдения переосмыслили понятие здоровья. Здоровье – это не просто отсутствие болезни, а готовность организма адаптироваться к изменениям среды. Чем лучше здоровье, тем дольше вы можете приспосабливаться ко все более стрессовым изменениям.

Медики, разработчики ВСР, определили, что за успешную адаптацию к меняющимся условиям внешней и внутренней среды отвечает вегетативная нервная система, состоящая из двух отделов:

- симпатическая система (активация организма в условиях изменений внешней среды, отражает состояние стресса )

- парасимпатическая система, ее основной частью является блуждающий нерв (восстановление и отдых после стресса и регуляция внутренней среды организма)

- Если мощи компонентов вегетативной системы не хватает или они разбалансированы, к управлению адаптацией подключаются гумморальная система (отвечает за гормональное регулирование) и высшие отделы центральной нервной системы (реагирует на раздражители внешней среды через органы чувств)

Методология ВСР оказалась настолько эффективной с точки зрения превентивной медицины, то есть медицины, направленной не на борьбу с уже наступившими болезнями, а на их предотвращение, что уже с 1970-х годов ВСР стала крайне популярной в спортивной медицине при подготовке профессиональных спортсменов к соревнованиям, а позже – в промышленной медицине, авиации и пр. Вышедшая из космической медицины ВСР также стала предвестником получившей позднее признание интегративной медицины, то есть медицины, направленной на изучение организма как целостной системы и механик этого взаимодействия.

Сегодня, на фоне растущей необходимости следовать здоровому образу жизни и интереса к биохакингу, ВСР начинает становиться доступным обычным людям. Вполне возможно, что ВСР-замеры есть в вашем фитнес-браслете или пульсометре, а вы об этом не догадываетесь.

Итак, что же значат показатели «Энергия», «Стресс» и «Восстановление» в фитнес-гаджетах и действительно ли можно померить зарядку организма также, как смартфона. Попробуем максимально просто объяснить механику.

В основе лежит основа сердечного пульса, а точнее – вариабельности между ударами (на ритмограмме – RR- и NN-зубцов). Вариабельность предполагает, что при 60 ударах в минуту (в 60 секундах) разрыв между RR- и NN- зубцами в части ударов будет менее секунды, а часть – более.

При дальнейшем математическом анализе ритмограммы мы можем выявить волновую структуру вариабельности. При этом выделяется 3 частоты волн:

- короткие волны (High Frequency Waves, или HF-волны). Ученые выявили, что они характеризуют работу парасимпатической системы, отвечающей за восстановление в организме. Отражают влияние на пульс со стороны блуждающего нерва.

- длинные волны (Low Frequency Waves, или LF-волны). Эти волны отражают работу симпатической системы. В нашем организме она отвечает за реакцию организма на стресс.

- сверхдлинные волны (VLF-лн. Они отражают работу гумморальной системы с помощью гормонального воздействия, которая подключается к регулированию адаптации организма, когда силы симпатики и парасимпатики не хватает.

Дальнейшее преобразование данных позволяет выявить спектрограмму, определив уровень воздействия каждой из систем на ваш сердечный ритм. А значит, мы можем четко понять, какая из систем влияет на вас в момент замера в большей мере: симпатическая система (стресс), парасимпатическая система (восстановление после стресса) или гуморальная система (гормональное вмешательство при недостаточной работе симпатики и парасимпатики).

Научная работа с данными ритмограмм – для подтверждения гипотез в рамках ВСР были проведены многочисленные популяционные исследования по всему миру – позволила ученым сформулировать несколько показателей. Методология их расчётов была закреплена в 1996 году в международном стандарте измерения, физиологической интерпретации и клинического использования ВСР. Всего насчитывается более 20 показателей, однако здесь мы разберем несколько наиболее часто встречающихся в фитнес-гаджетах на российском рынке:.

«Энергия» (в международной терминологии Total Power)

Total Power рассчитывается по формуле TP=VLF+LF+HF. То есть, по сути, при измерении этого показателя вы видите суммарную мощность всех трех диапазонов вашего сердечного ритма. В целом, этот показатель свидетельствует о натренированности ваших адаптационных систем, это и есть «зарядка» вашего организма. Чаще всего показатели утренних замеров TP выше, чем вечером, так как в течение дня организм устаёт.

С помощью этого показателя вы можете отслеживать своё комплексное физиологическое состояние и готовность организма к дополнительным физическим, интеллектуальным и эмоциональным перегрузкам (вы отвечаете на вопрос, пойдет ли на пользу здоровья предстоящая физическая тренировка или волнительная презентация). Также важно понимать, что как слишком низкие, так и слишком высокие показатели TP критичны и говорят либо о нехватке мощи, либо о перенапряжении систем адаптации. (Ниже и далее указаны шкалы для здоровых людей в удовлетворительной физической форме. Данная шкала не подходит для профессиональных спортсменов с отличающимися нормативами)

«Стресс»

Стресс отражает данные симпатической системы (LF-волны). Индекс Стресса отражает, в какой степени вы испытываете напряжение в ответ на стрессовый фактор. Важно понимать, что под стрессом в методики ВСР предполагается не психологический, а физиологический стресс. Как отсутствие, так и перенапряжение стресса одинаково критичны для организма: важно держать показатель в балансе для того, чтобы избегать общего ухудшения физиологического состояния.

«Восстановление»

Под «Восстановлением» в большинстве гаджетов имеется в виду показатель RMSSD. Он показывает состояние парасимпатической системы, отвечающей за восстановление организма после стресса. Высокий RMSSD говорит о высокой степени восстановления организма и его готовности к очередным и большим нагрузкам, если тренд пошел вниз, то вам нужно больше отдыхать и дать организму возможность восстановиться. Этот показатель особенно популярен среди любителей и профессиональных спортсменов, так как помогает чётко регулировать нагрузку, отслеживать прогресс или деградацию физической формы.

Вегетативный баланс (LF / HF)

Вегетативный баланс отражает сбалансированность симпатической (стресс) и парасимпатической (восстановление) систем. Таким образом, вы в любой момент можете понимать, насколько ваш организм сбалансирован и что в нем преобладает на момент замера – симпатика (стресс) или парасимпатика (восстановление).

Чтобы начать делать замеры ВСР, прежде всего, вам нужен пульсометр, смарт-часы или фитнес-браслет с функцией замеров ВСР. Такая функция уже встроена у топовых моделей Apple Watch, Garmin, Polar или Suunto. Однако это совсем не значит, что за доступ к замерам ВСР нужно много заплатить.

Например, вы можете использовать популярные в спортивной среде нагрудные пульсометры, средняя цена за которые находится в диапазоне 4 000 – 6 000 рублей (при среднем чеке на смарт-часы в России в 2019 году в районе 18 000 рублей). Далее вы можете подключить ваш пульсометр к одной из платформ по анализу данных ВСР, например к Engy Health (это бесплатно и на русском языке) или же к иностранным платформам (HRV4Training, TrainingPeaks, EliteHRV, но они платные и на иностранном языке). Самое главное, при выборе пульсометра убедитесь, что в выбранном вами пульсометре есть поддержка замеров ВСР и функционал дальнейшей передачи данных на сторонние платформы.

Чтобы измерять ВСР, придерживайтесь несколько простых правил:

- делайте замеры регулярно (не реже 1 раза в день)

- в рамках одного дневного сценария (например, только утром после утренних гигиенических процедур до завтрака),

- при измерении не шевелитесь

- делайте замер не менее 5 минут (более короткий замер даст недостоверные данные). Это нужно, чтобы на ритмограмме проявились HF, LF и VLF волны.

Некоторые сервисы предлагают делать замеры пульса через просвет пальца с камеры телефона, что удобно, но обуславливает большое количество шумов на ритмограмме, и в итоге у вас бОльшая вероятность получить некорректные данные.

Возможность увидеть уровень состояния парасимпатической системы, то есть активности блуждающего нерва, может сохранить вам жизнь во время пандемии коронавируса.

Во многих случаях гибель людей при заражении CoviD-19 происходит не от самого вируса, а от иммунного гиперответа организма. Это явление называется «цитокиновый шторм». Когда организм впервые сталкивается с вирусом или бактерией, иммунная система активизируется и начинает бороться с непрошенным «захватчиком». Рядовые в этой борьбе – молекулы, называемые цитокинами, благодаря которым клетки организма получают сигнал о том, что необходима реакция. Как правило, чем сильнее иммунный ответ, тем больше шансов победить инфекцию. Как только враг побежден, иммунная система отключается. Однако примерно у 15% пациентов иммунная система продолжает бороться и после того, как вирус обезврежен. Именно поэтому на данный момент усилия медиков направлены не только на поиск противовирусной вакцины, но и более эффективных средств в борьбе с «цитокиновым штормом».

Хорошая новость заключается в том, что один из естественных способов подавления «цитокинового шторма» – работа блуждающего нерва через механизм «холинергического противовоспалительного пути», сигналы которого так точно отражают HF-волны в методологии ВСР.

Немного медицинских подробностей для тех, кто хочет глубже разобраться в вопросе. Холинергический противовоспалительный путь выглядит следующим образом: на поверхности макрофагов, вырабатывающих про-воспалительные цитокины, находятся ацетилхолиновые рецепторы. Нейромедиатор ацетилхолин, секретируемый нейронами, образующими блуждающий нерв, активирует эти рецепторы, подавляя работу макрофагов и останавливая выработку цитокинов. Активация блуждающего нерва происходит через холинергическую сеть мозга, которая повышает активность холинергического противовоспалительного пути. Таким образом, любая стимуляция парасимпатической нервной системы через блуждающий нерв приводит к повышению уровня ацетилхолина и подавляет воспаление. Одновременно этот процесс через эфферентные пути приводит к увеличению вариабельности сердечного ритма.

Таким образом, парасимпатическая система принимает активное участие в возможности естественного подавления негативных последствий «цитокинового шторма», в том числе когда он вызывается Covid19. При этом эффективность работы парасимпатической системы можно отследить с помощью анализа вариабельности сердечного ритма, который могут сделать ваши фитнес-гаджеты.

Если вы определили с помощью ВСР, что ваша парасимпатика в полном порядке, это, безусловно, не значит, что можно смело нарушать карантинные меры и вирус вам не страшен. Ведь холинергический противовоспалительный путь – лишь один из сценариев борьбы с последствиями заражения. Однако можно с уверенностью сказать, что хорошие показатели работы парасимпатики значительно повышают ваши шансы с минимальной потерей перенести заражение, и это свидетельство о готовности организма дать качественный ответ вирусу.

А вот в случае, когда активность вашего блуждающего нерва мала (низкий показатель RMSSD или HF), или вегетативная система находится в дисбалансе и значения вегетативного баланса (LF / HF) находятся в критической области, у вас есть шанс, контролируя показатель напряжения парасимпатической системы и отслеживая, что влияет на его улучшение, изменить ситуацию к лучшему и снизить риск осложнений. Замеры ВСР у себя и близких позволят определить, кто из вашего окружения в зоне риска, а кто готов встретить вирус во всеоружии.

Go проверять свои фитнес-гаджеты на возможность замеров ВСР!