運動手錶增加心電功能！如何預防跑步運動損傷及猝死？

美國《運動醫學》雜誌的數據顯示：據統計，37%~56%的跑步者都經歷過受傷的情況，其中30%~90%跑步受傷者暫停訓練，20%~70%跑步受傷者不得不接受醫學治療。實際上，跑步導致的運動損傷主要有三大原因：過量運動、跑步姿勢錯誤、核心肌肉力量不足；而運動猝死九成因心臟問題引起。

如今大多數以智能手環、智能手錶為代表的智能可穿戴設備都加入了心率監測以及心電功能，從運動損傷預防及運動猝死原因及現狀來看，運動手錶的心電功能是如何解決運動安全問題的呢？

心電測量預防運動損傷

有研究試圖通過測量下肢不對稱的跑步步態來量化休息和疲勞狀態之間的跑步形式的變化，其結果顯示：膝關節內旋轉和膝關節僵硬程度隨疲勞而變得不對稱，分別增加了14%、5.3%。疲勞狀態下異常的跑步姿勢使得每一次觸地都會對足部及膝部等人體關節造成不同程度的磨損，而數以萬計的衝擊則將最終導致運動損傷。實際上，疲勞狀態下的過量運動是導致跑步損傷的主要原因之一。

如今，過量運動或疲勞運動會導致運動損傷已經被廣泛認可，但如何判斷運動過量及是否疲勞卻是一項無法精準衡量及定義的難題。由於不同用戶的個體差異性大，因此由絕對運動量來判斷存在很大誤差。馬拉松冠軍每天訓練20公里，狀態仍然很好；但一個普通人每天跑5公里也可能導致運動損傷；同時個人主觀判斷是否疲勞也受情緒等影響而產生偏差。

▲運動損傷

在運動手錶上，具備心電功能的運動手錶則主要是依靠精準測量運動心率及疲勞度測試來預防跑步運動損傷：運動心率監測用於運動中實時監控運動強度，防止運動損傷，提高運動效率；疲勞度測試用於運動前身體狀態評估，防止過量運動導致的運動損傷。具體而言，可從以下幾個方面來看。

心率變異性

心率變異性（HRV, heart rate variability）可反映自主神經系統活性和定量評估心臟交感神經與迷走神經張力及其平衡性，從而判斷其對心血管疾病的病情及預防，是預測心臟性猝死和心律失常性事件的一個有價值指標。自主神經系統活動的量化可以通過心率變化的程度表現出來，HRV能反映由訓練引發的自主神經系統的功能變化，並制定個體化的運動處方。

▲HRV數據統計

疲勞度測試

通過運動手錶中配置的心電晶元來採集人體的心電（ECG, electrocardiogram）原始數據，ECG心電數據只能由專業醫師進行經驗分析，普通用戶看不懂也無法理解。通過心電ECG原始數據配置醫學演算法要求來計算得出HRV數值，再將HRV數值中的時域指標Ln rMMSD數據進行一定的數學和醫學依據換算，同時方便用戶解讀參數及直觀理解，再將得到的數據定義為疲勞度，並將疲勞度數值對應成為百分制。疲勞度數值區間定義如下，一般來說疲勞度測試數值越高，狀態越好。

（1）80~100：狀態好；

（2）65~80：狀態一般；

（3）50~65：狀態疲勞；

（4）0~50：狀態非常差；

用戶在佩戴心電手錶後測試疲勞度，並根據測試出的數值即可直觀地判斷自己的身體狀態。運動後或過度疲勞會降低HRV，HRV降低或增加會直觀地改變疲勞度數值，HRV還會隨年齡增長而逐漸下降。用戶應結合當日的運動量來比較個人疲勞度數據的相對變化。

▲通過智能手錶來測試疲勞度。

心率帶採用心電信號計算疲勞度數據準確，但使用便捷性差，無法在運動時長期使用。對於跑者來說，要獲取自己的HRV數據，去醫院測量HRV的數據會更準確，但不能獲得持續性的HRV數值，且無法獨立獲得一個實驗室的HRV專項檢測的支持。佩戴配置有心電功能的運動手錶因能直接採集ECG數據而通過測量出的HRV數值換算得出疲勞度，且在保證準確性的前提下達到便捷測試使用的目的，這對大部分用戶是可以輕鬆實現的，這也是心電手錶相較於普通心率手錶的重要差異點。

疲勞度測試的意義

運動損傷多是由過度訓練導致，疲勞度測試是監測訓練和恢復平衡情況的有效工具，疲勞度測試數值可幫助您防止訓練過度，提高訓練效率和保障運動安全。疲勞度測試中測量的HRV是自主神經系統紊亂的良好指標，因疲勞或過度訓練會導致人體交感神經系統興奮。

HRV代表了一種量化標測，通過測量連續正常間期變化的變異性來反映心率變化程度、規律，從而用以判斷其對心血管活動的影響。HRV降低為交感神經張力增高，屬不利因素；HRV升高為副交感神經張力增高，屬保護因素。

HRV測量結果會受一些外界因素的影響，例如精神壓力、睡眠、潛在疾病等，但長期監測HRV可幫助人優化訓練，並防止訓練過度。長期監測鐵人三項專業運動員的HRV數據顯示能有效預防非功能性過度訓練，這就說明HRV是一種檢查運動過量的有效客觀手段。

此外，HRV最直觀的反饋是，對於跑者或運動愛好者來說，HRV數值越高，說明有氧耐力越強。運動員可以通過心電手錶定期測量疲勞度數值高低來調整運動訓練計劃，在疲勞度數值持續性提升後再逐步增加訓練強度，從而起到防止過量運動導致運動損傷。

疲勞度的具體應用

HRV對疲勞和訓練過度產生的反應存在個體差異因人而異，這也造成了一些小白用戶對疲勞度的誤解。整體而言，HRV的變化可用於判斷運動前自主神經功能狀態，制定個體化的運動處方，因此用戶可根據每天的疲勞度數值來調整鍛煉強度。

▲心電手錶預防運動損傷原理。

建議首先進行基準測試，可在2周內連續測量4~6天疲勞度數值，並以此數據的平均值做為個人基準值。做基準測試的2周應當保持日常運動量，而非大量運動或完全休息的期間。

在測試得出基準疲勞度數值後，在後期開始運動前可將單次的疲勞度實測值與疲勞度基準值做對比，計劃制定原則：（1）當測試疲勞度數值＜個人疲勞度基準值，則可適當降低訓練強度；（2）當測試疲勞度數值＞個人疲勞度基準值，則可適當增加訓練強度。

利用HRV或疲勞度制定個性化訓練計劃已被部分專業運動員採用，隨著測量ECG及HRV數據的產品的便捷化及精度提升，越來越多的業餘運動員和普通大眾也可以利用疲勞度數據來指導自己的健身運動。如長期堅持使用，則能降低預防過量導致的運動損傷風險。

心電測量預防運動猝死

上文提到，運動猝死九成因心臟問題引起。或許有人會質疑：對所有運動員進行心電普查是否就能有效減少運動猝死？答案是肯定的。

在專業的醫用領域，醫院常用標準十二導聯心電監測設備來快速監測精確的心電信號波形，並能針對多種心電信號異常的癥狀進行自動分析與診斷。而智能手錶上增加心電晶元，則可隨時監測人體的單導聯心電圖，單導聯心電圖對於心律失常有較好參考價值，如室性早搏、房顫等；同時單導聯心電圖對於心肌缺血也存在一定的診斷價值。

▲心電手錶預防運動猝死原理。

單導聯心電監測是用一對心電電極來採集單路心電信號，適用於長時間的心電監測和短時單次的心電測量，單導聯心電監測工具由於體積小巧、方便隨身攜帶，準確率較高，合適家用及外出場景做預防及記錄。通過心電手錶來測量及記錄心電數值，特別是在運動員突發心悸、胸悶、頭暈、胸痛等癥狀時，能及時監測及記錄心電異常數據，並在App中用圖文結合的方式展現出來，提供給醫生做鑒別診斷參考。

▲突發性運動昏厥

心臟不適的狀態往往稍縱即逝無法預料，如果能在第一時間記錄到心臟異常時的心電數據，那麼對心臟早期隱患問題的判斷和分析，則有巨大預防意義。醫院的十二導聯心電監測儀雖然測量精準，但是無法做到實時記錄，而會致使發送心臟異常時的數據缺失。

▲醫院採用十二導聯測量心電

運動手錶上的單導聯心電測試功能非常方便和經濟，雖然相比十二導聯心電圖在診斷疾病的準確性存在一定差距，但因為可以在院外3A（Anywhere、Anytime、Anybody）情況下採集，從而也具備巨大的醫學預防價值。用戶可以將心電手錶作為一個日常監測及異常提示，在測監測到心電數據異常時，再去醫院做詳細心電監測檢測，以便起到預防及確認治理的作用。

▲目前多數智能手錶App都會顯示心率數據

寫在最後

總體來看，運動手錶上增加一個高品質的心電晶元，成本會增加幾十元，開發難度也會隨之大幅增加。由於能起到預防運動損傷及較少運動猝死這樣的悲劇發生，對用戶十分有價值，所以目前眾多智能穿戴公司都在冒著市場、成本增加、開發難度增加等風險，推行此事。

如今，越來越多的智能手錶、智能手環增加了高精度心電晶元，這樣既能增加心率監測準確性，提供疲勞度測試，還能捉記錄心血管事件發生時的心電圖，可以說醫學使用價值也變得越來越大了。相信在不遠的將來，擁有心電功能的可穿戴設備會成為我們生活中不可或缺的一部分。