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蔷鸽 | 合肥工业大学
↓ 运动医学专题丨06
测量心率(HR)是估计运动强度和规定运动训练阈值的最常见和实用的方法之一。类似地，急性最大或次最大运动后的心率恢复是表征心肺健康和预测死亡风险的常用方法。光电容积脉搏波描记法(PPG)是一种简单的无创光学方法，可以探测微血管的血液体积变化，用于心率测量。随着技术的发展，PPG被集成到腕式设备中，用于估算心率（HR）。
那么，运动手表测量运动时心率的有效性和可靠性如何呢？
研究现代智能运动设备的有效性和可靠性无疑是重要的，这有利于人们在保证健康的前提下对运动强度进行准确监测。因此，Alaa Khushhal等人以Apple Watch为例，研究了在步行、慢跑和跑步活动以及从这些活动中恢复期间，Apple Watch 心率传感器的有效性以及设备内部和设备之间的可靠性。
Sports Medicine International Open
Validity and Reliability of the Apple Watch for Measuring Heart Rate During Exercise
Khushhal A et al.
中文内容仅供参考，一切以英文原文为准。
在本研究中，21名健康男性（mean [SD]; 年龄 31.4 [7.2] ; BMI 26.1 [2.9] kg.m−2；20名为右撇子）在完成跑步机锻炼时，分别在左腕和右腕佩戴两只Apple Watch和一个Polar S810i显示器(标准)。锻炼项目包括5分钟的步行、慢跑和以 4 km.h−1, 7 km.h−1, 10 km.h−1的速度跑步，每组锻炼之间休息11分钟 （11分钟的时间足够让Apple Watch的数据传输到配对的iPhone上，同时允许受试人员的心率值返回基线，以避免不同运动强度阶段之间存在任何遗留影响）。Pearson相关系数用于评估心率数据的有效性，组内相关系数用于评估设备间和设备内心率数据的可靠性，标准化典型误差用于解释心率数据的有效性。
研究结果显示，在步行过程中左右Apple Watch与Polar S810i标准有很好的相关性(L: r=0.97;R: r =0.97)，但在慢跑和跑步过程中的相关性良好(L: r=0.93;R: r=0.92)或较差（左）/良好（右） (L: r=0.81;R: r =0.86)。标准化平均偏差显示，在任何运动强度下，平均心率都没有被明显的低估或高估。记录到的心率百分比随着运动强度的增加而降低，但随着运动时间的推移而增加。设备内标准化典型误差随强度减小。设备间标准化典型误差小到适中，组内相关性非常好。
图1：在步行、慢跑和跑步的5分钟运动期间，Apple Watch实际测量的所有可能心率的平均值(SD)
步行、慢跑、跑步时Apple Watch测量HR的有效性
步行时，左右佩戴的Apple Watch与Polar S810i标准有很好的相关性，慢跑时相关性良好。对于跑步来说，左表的相关性差，但右表的相关性良好。随着运动强度的增加，估计的标准化典型误差增加，步行、慢跑和跑步分别为小、中、中/大。Apple Watch记录的所有可能心率的平均值(SD)百分比随着运动强度的增加而减少，但随着时间的推移而增加。
步行、慢跑、跑步恢复中Apple Watch测量HR的有效性
标准化平均偏差显示，步行、慢跑和跑步后恢复期间的平均心率存在小幅度高估，随着运动强度的增加，估计的标准化典型误差增加。步行后左右佩戴的Apple Watch与判断标准之间有较好的相关性；慢跑和跑步后相关性较差。
步行、慢跑、跑步时Apple Watch测量HR的可靠性
随着运动强度的增加，设备内可靠性(试验1 vs试验2)增加，从而组内相关性（ICCs）增加，标准化典型误差减少。在试验2中，左右Apple Watch设备间的可靠性显示出近乎完美的ICCs，以及小到中等的标准化典型误差。
步行、慢跑、跑步恢复中Apple Watch测量HR的可靠性
随着运动强度的增加，运动后恢复期间设备内的可靠性(试验1 vs试验2)增加，从而ICCs增加，标准化典型误差减少。在试验2中，左右Apple Watch设备间的可靠性显示出近乎完美的ICCs，以及小到中等的标准化典型误差。
从图1也可以清楚地看出，在运动的第一分钟(特别是在较高的运动强度下)，Apple Watch并没有记录大约20%到40%的心率。研究者怀疑这与血液流动和运动设备本身有关，由于PPG传感器是通过测量血流量的变化来估计心率的，因此在运动刚开始时腕部的血流量有限，可能会降低预测算法准确测量心率的可信度。考虑到这些问题，研究者建议在分析Apple Watch持续时间小于3分钟的心率数据时要谨慎。
综上所述，Apple Watch在步行过程中以及步行后恢复期间测量心率有很好的有效性。然而，测量心率的有效性随着运动强度的增加而降低；在解释慢跑和跑步过程中使用Apple Watch获取的心率数据时应谨慎。Apple Watch实际测量到的心率值所占比例随着运动强度的增加而下降，尤其是在测量的第一分钟，但随着运动时间的推移而增加。该设备内的可靠性在步行中和步行后恢复时良好，并随着运动强度的增加而提高；设备间的可靠性非常好。
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