Optyczny pomiar tętna w produktach Garmin i Polar

Do niedawna jedynym sposobem mierzenia tętna było korzystanie z opaski, ze specjalnym czujnikiem, montowanej na klatkę piersiową. Kilka lat temu na rynku pojawiły się pierwsze zegarki do biegania wyposażone w optyczny pomiar tętna (OHR). Jak działają obie metody i która z nich jest dokładniejsza?

Nie ulega wątpliwości, że tętno jest jednym z najbardziej obiektywnych, a zarazem wartościowych wyznaczników intensywności treningu oraz formy sportowej użytkownika (choć nie jedynym). Jego wartość wzrasta wraz z intensywnością treningu, jednocześnie jednak lepsza dyspozycja przekłada się na spadek wartości tętna przy tym samym poziomie wysiłku. Co więcej, dla każdego sportowca wartość ta jest indywidualna i uzależniona od czynników, na które nie ma się wpływu – wiek, płeć, wzrost, waga, budowa naczyń krwionośnych. Ten brak szablonowości, a jednocześnie stałość pomiarów pozwalają dopasować trening do każdej osoby z osobna bez popadania w sztampowe plany treningowe.

Pomiar tętna - opaska zakładana na klatkę piersiową

Powszechnie rozpoznawaną metodą pomiaru tętna u sportowca, który trenuje bieganie, pływanie, kolarstwo lub triathlon jest opaska z czujnikiem tętna HRM, którego zadaniem jest odczyt pracy serca, a dokładniej wyładowań elektrycznych generowanych przez skurcze mięśnia sercowego. Wyładowania są wykrywane przez dwie elektrody znajdujące się w specjalnym pasku, a przypinany do niego czujnik przekazuje bezprzewodowo dane do pulsometru, który zwraca gotową wartość tętna. Tego rodzaju pomiar jest niezwykle dokładny i stosuje się go od 1992 roku, kiedy to firma Polar wyprodukowała pierwszy tego typu nadajnik – model T40. Nie ulega także zaburzeniu przez czynniki zewnętrzne. Metoda ta pozwala na większe zindywidualizowanie wyników podawanych przez urządzenie, a w konsekwencji, personalizację treningu.

Wygląd zewnętrzny czujnika tętna

Prawdą jest, że pierwsze opaski zakładane na klatkę piersiową były mało wygodne, a czujniki duże. Obecna generacja pulsometrów wykorzystuje paski wykonane z miękkiego, rozciągliwego materiału, których praktycznie nie czuć na skórze, a sam czujnik ma wielkość monety dwuzłotowej i waży zaledwie kilka gram. Wbrew obawom trenujących kobiet, noszenie stanika nie zaburza pomiarów, ani nie utrudnia noszenia samego pasa.

Poszczególni producenci wykorzystują swoje opatentowane rozwiązania, które mogą nieznacznie różnić się między sobą, ale zasada działania pozostaje taka sama. Na przykład czujnik firmy Garmin posiada cztery odkręcane śrubki, zaś czujnik firmy Suunto zamykany jest na zatrzask. Warto pamiętać o tym, aby co jakiś czas wymienić w czujniku baterię. Inaczej dokonywane pomiary będę nieprecyzyjne lub wręcz czujnik nie połączy się z zegarkiem. W praktyce czujniki zużywają jednak bardzo mało energii i czas pomiędzy wymianą starej baterii na nową to na ogół kilka lub kilkanaście miesięcy, w zależności od częstotliwości używania czujnika.

Jak działa mierzenie tętna opaską na klatkę piersiową?

Oprócz pracy serca, czujniki poszczególnych firm mogą mierzyć także inne parametry. Produkty firmy Suunto mierzą np. kadencję, czyli częstotliwość kroków na minutę. Czujniki od firmy Polar pomagają oszacować ilość spalonych kalorii. Wyjątkowo szerokie możliwości pod tym kątem oferują czujniki od amerykańskiej firmy Garmin. Produkuje ona kilka różnych czujników dopasowanych do określonych dyscyplin (HRM run, HRM Swim oraz HRM Tri). Każdy z nich oferuje innego rodzaju pomiary.

• Monitor pracy serca HRM Run dla biegaczy pozwala na mierzenie parametrów zaawansowanej dynamiki biegowej. Dzięki niemu zmierzymy długość kroku, odchylenie pionowe i poziome, kadencję oraz GTC, czyli czas kontaktu z podłożem.
• Z kolei HRM Swim pozwala na mierzenie tętna w trakcie pływania, także przy wysiłku o charakterze interwałowym.
• HRM Tri adresowany do triathlonistów łączy w sobie dwa poprzednie modele. Jest także najbardziej kompaktowy i najlżejszy z nich.

Wady opaski z czujnikiem tętna

Pomiar tętna za pomocą opaski zakładanej na klatkę piersiową, choć jest bardzo dokładny, nie jest bez wad.

• Przede wszystkim, należy dbać o to, by elektrody były ułożone równomiernie po obu stronach klatki piersiowej. Wprawdzie pasy nie mają tendencji do przesuwania się, ale jeżeli się to zdarzy, pomiar będzie niedokładny.
• Należy także pamiętać o tym, aby przed rozpoczęciem wysiłku lekko zmoczyć elektrody. Wilgoć usprawnia odczyt wyładowań elektrycznych generowanych przez serce. Jest to istotne zwłaszcza w pierwszej fazie treningu, kiedy ciało nie zaadaptowało się jeszcze do obciążenia m. in. poprzez wydzielanie potu.
• Jako wadę można także wskazać na konieczność pamiętania o kolejnym akcesorium treningowym i zakładania go do każdej aktywności, jeżeli celem użytkownika jest mierzenie tętna.

Czujniki montowane do pasa piersiowego mogą działać w dwóch zakresach komunikacji bezprzewodowej – ANT+ lub Bluetooth (ewentualnie BLE, czyli niskoenergetyczny Bluetooth Smart). Ten pierwszy sposób jest częściej spotykany, ale wymusza korzystanie z odbiornika (np. pulsometru lub telefonu komórkowego) wyposażonego w tę samą technologię, która staje się coraz mniej popularna. Czujniki działające w oparciu o protokół Bluetooth są znacznie bardziej uniwersalne.

Pomiar tętna - bezpośrednio z zegarka sportowego (fotopletyzmografia)

Alternatywą dla pasów na klatkę piersiową stały się zegarki sportowe wyposażone w optyczny pomiar tętna. Działa on na zupełnie innej zasadzie, wykorzystując do odczytu pracy serca technologię fotopletyzmografii.

Ta nowoczesna metoda polega na ocenie przepływu krwi przez naczynia położone blisko powierzchni skóry. Cały system składa się z diod emitujących światło o określonej barwie oraz czujnika optycznego, którego zadaniem jest przetwarzanie otrzymanego sygnału. Sygnał zaś powstaje dzięki przejściu fali światła przez krew krążącą w żyłach i efektowi tzw. zmiennego pochłaniania fal świetlnych. Stopień pochłaniania fal zależy od aktualnego wypełnienia łożyska naczyniowego i znajduje podstawę w odbijaniu i rozpraszaniu strumienia fotonów znajdujących się w fali świetlnej. Tkanką tłumiącą przepływ fotonów jest np. hemoglobina w krwi tętniczej oraz żylnej.

W oparciu o ilość hemoglobiny optyczny czujnik jest w stanie ustalić, z jaką intensywnością pracuje serce sportowca. Przewiduje on zmianę rozproszenia światła diod LED w stosunku do zmiany dynamiki przepływu krwi, która jest wynikiem zmiany częstotliwości tętna (a pierwotnie ilością przepływającej krwi – tzw. pojemność minutowa serca).

Technologia fotopletyzmografii swoje początki miała w medycynie i do dnia dzisiejszego stosowana jest jako powszechna metoda diagnostyki obciążenia lub zaburzeń funkcjonowania układu żylnego i układu krążenia.

Optyczne mierzenie tętna – co wpływa na dokładność?

Optyczny pomiar tętna przechodził – i nadal przechodzi – burzliwą i dynamiczną ewolucję. Kolejne pulsometry oferują bardziej nowoczesne rozwiązania, producenci stosują większą ilość diod, inną barwę emitowanego światła (na początku diody emitowały tylko światło zielone, dziś stosuje się także pomarańczowe i czerwone) oraz zmienną częstotliwość próbkowania sygnału.

Można wyróżnić trzy generacje optycznych czujników tętna.

1. Pierwsza z nich (wykorzystana chociażby w Garmin Fenix 3 HR, Garmin Forerunner 235 oraz Garmin Forerunner 735XT) była mało dokładna. Częstotliwość próbkowania sygnału wynosiła około 2 sekund, czujnik nie był w stanie także rejestrować tętna przez dwadzieścia cztery godziny na dobę, co praktycznie eliminowało możliwość oceny regeneracji, poziomu zmęczenia organizmu czy poziomu stresu. Zastosowana metoda była także niezbyt wygodna w użytkowaniu – czujnik OHR odstawał od spodu koperty zegarka sportowego męskiego jak i zegarka sportowego damskiego.
2. Druga generacja oferowała już lepsze próbkowanie sygnału (na poziomie 1-1,5 sekundy). Czujnik był także lepiej schowany w obudowę, więc korzystanie z zegarka nie wiązało się już z niedogodnościami. Ta wersja OHR była stosowała m. in. w Garmin Fenix 5, Garmin Forerunner 935, Garmin Forerunner 645, Garmin Instinct .
3. Wreszcie trzecia – najnowsza – generacja czujników OHR spotykana jest m. in. w Garmin Fenix 6, Garmin Forerunner 945, Garmin Forerunner 45 czy Polar Grit X. Ta odsłona optycznych czujników tętna oferuje częstotliwość próbkowania na podobnym poziomie, co poprzednie pokolenie pulsometrów. Nowością jest dodanie opcji pulsoksymetru oraz pomiaru tętna pod wodą. Ta pierwsza możliwość jest istotna zwłaszcza dla osób, które dużo czasu spędzają na treningach na wysokości. Pozwala ocenić stopień wysycenia krwi tlenem, a w konsekwencji adaptację organizmu do treningu na zwiększonej wysokości nad poziomem morza. Z kolei monitoring tętna pod wodą jest istotny zwłaszcza dla pływaków oraz triathlonistów. Nowa edycja czujników OHR dobrze radzi sobie z pomiarem tętna przez całą dobę. Pozwala to na oszacowanie obciążenia organizmu, stopnia regeneracji, jak również wypoczęcia autonomicznego układu nerwowego.

Wady czujników w zegarkach sportowych

Nie jest jednak tak, że optyczne mierzenie tętna jest metodą bez wad.

• Powszechnie przyjmuje się, że OHR jest metodą silnie zmienną osobniczo jeżeli chodzi o jakość wyników. W praktyce oznacza to, że ten sam zegarek triathlonowy dla dwóch różnych osób (nawet tej samej płci, w podobnym wieku oraz na zbliżonym poziomie wytrenowania) może pokazać inne pomiary. Oczywiście nie będą to znaczące różnice, ale wiele czynników zewnętrznych ma wpływ na to, jak zostanie odczytane tętno z wykorzystaniem tej metody. Takie kwestie, jak budowa układu kostnego (kształt kości nadgarstka), ułożenie żył w nadgarstku, barwa i karnacja skóry, tatuaże (zwłaszcza ciemne) lub gęste owłosienie mogą zniekształcać otrzymane wyniki.
• Do tego dochodzi problem z pomiarem tętna w zimie. O ile pas montowany na klatkę piersiową komunikuje się z pulsometrem bezprzewodowo, o tyle czujnik optyczny musi mieć kontakt ze skórą. Nie stanowi to problemu latem lub wiosną, ale zimą i jesienią, kiedy zakładamy kilka warstw odzieży, noszenie zegarka Garmin bezpośrednio na skórze może stanowić kłopot. Inną kwestią jest to, że zimą ciało dąży do utrzymania stabilnej temperatury. Jednym ze skutków stałocieplności jest to, że część krwi z ramion i nóg jest kierowana do korpusu. Ograniczenie przepływu krwi w nadgarstku również może utrudnić odczyt. Osoby, które często cierpią z powodu tzw. zimnych dłoni powinny także szczególnie zadbać o rozgrzewkę przed treningiem.
• Na odczyt tętna z nadgarstka mogą mieć wpływ także drgania, jakie powstają np. podczas jazdy rowerem po nierównym terenie, trail runningu lub uprawiania dynamicznych sportów siłowych (np. crossfit).

Jak poprawić pomiar tętna z nadgarstka?

Można wskazać na kilka uniwersalnych rad, jak poprawić jakość pomiaru tętna z nadgarstka:

1. Po pierwsze, w trakcie treningu smartwatch sportowy powinien ściśle przylegać do skóry tak, by nie było widać na zewnątrz światła czujnika. Oczywiście nie powinniśmy zapinać paska tak, by ograniczać przepływ krwi, ale warto zadbać o to, by nie zsuwał się on w trakcie ćwiczeń. Za optymalne położenie przyjmuje się odstęp na szerokość dwóch palców pomiędzy dolną krawędzią paska smartwatcha Polar, a kością nadgarstka.
2. Aby zadbać o prawidłowy pomiar należy także rozgrzać się przed treningiem. Dzięki temu zwiększa się tętno i krew szybciej krąży w żyłach. Pozwala to urządzeniu na ustalenie punktu odniesienia i zebranie dokładniejszych pomiarów. Jeżeli w trakcie treningu pulsometr przestanie mierzyć tętno, należy zatrzymać się na chwilę i zaczekać, aż wykryje je ponownie (w praktyce dzieje się to po około 10-20 sekundach).
3. Warto także pamiętać o tym, aby po każdym treningu zdjąć zegarek Fenix z nadgarstka i opłukać kopertę oraz pasek delikatnym roztworem ciepłej wody z mydłem, a następnie osuszyć dokładnie urządzenie za pomocą papierowego ręcznika. Pozwoli to na zachowanie czystości diod i przetwornika sygnału.
4. Jeżeli przed treningiem stosujemy kremy, przeciwopalacze lub preparaty odstraszające insekty, należy usunąć je z nadgarstka przed treningiem. Jakakolwiek dodatkowa warstwa substancji pomiędzy diodami i czujnikiem, a skórą sprawia, że pomiar odbitego światła jest nieprecyzyjny (im substancja jest bardziej tłusta, tym tętno będzie bardziej odbiegało od normy).
5. Od czasu do czasu dobrze jest także zmieniać nadgarstek, na którym nosimy smartwatch (zwłaszcza, jeżeli zależy nam na całodobowych pomiarach). Zbyt długie noszenie na jednym ręku może prowadzić do podrażnienia skóry, a w konsekwencji zaburzenia odczytów, a nawet problemów dermatologicznych. Pamiętajmy jednak o tym, że żaden człowiek nie jest idealnie symetryczny. Układ żylny w jednym nadgarstku może nieco odbiegać od tego, jaki wykształcił się w drugim, więc i odczyt czujnika może być nieco inny.

Można przyjąć, że – uwzględniając wszystkie potencjalne zmiany i wahania optycznego pomiaru tętna – jego dokładność to około 90-95% jakości tego, co oferują czujniki montowane na klatkę piersiową.

Wnioski – czy istnieje najlepsza metoda do pomiaru tętna?

Czy da się jednoznacznie wskazać na lepszą i gorszą metodę pomiaru tętna w sporcie? Nie do końca, dlatego, że każdy z omawianych powyżej sposobów ma swoje miejsce, wady i zalety.

• Jeżeli chodzi o pas do pomiaru tętna, daje on najbardziej wiarygodne wyniki. Jest idealny do stosowania wszędzie tam, gdzie użytkownikowi chodzi o utrzymanie i precyzyjną kontrolę tego parametru. Błędne pomiary występują bardzo rzadko, a ich zmienność osobnicza jest niewielka. Pas świetnie sprawdzi się przy interwałach, gdzie operujemy strefami tętna. Wymaga jednak stałego noszenia co – zwłaszcza przy całodobowych pomiarach – jest niezbyt komfortowe.
• Z kolei optyczny pomiar tętna doskonale nadaje się wszędzie tam, gdzie kładziemy nacisk na długość trwania wysiłku lub gdy trenujemy amatorsko i jakość pomiaru nie jest kluczowa. Biegacze, którzy startują na dystansach maratońskich lub ultra nie skorzystają z precyzyjnego pomiaru tętna tak bardzo, jak osoby preferujące krótsze dystanse. Optyczny pomiar tętna jest także dużo bardziej wygodny dla pomiarów całodobowych – nie ma konieczności zakładania dodatkowych akcesoriów, wystarczy normalnie funkcjonować w smartwatchu Garmin lub Polar.

Warto pamiętać, że wbrew obiegowej opinii, tętno nie jest jedyną zmienną, która pozwala określić intensywność wykonywanego wysiłku. Jeżeli chcemy śledzić korelację pomiędzy tętnem, a odczuciami, warto odwołać się np. do pomiaru metodą RPE (ang. Rating of perceived exertion) w jednej z dwóch odmian – Borga lub Tuchscherera. Przydatna może okazać się także metoda z wykorzystaniem wskaźnika MET (ang. Metabolic equivalent of task).

Wiele zależy od tego, na jakim poziomie trenujemy i jak dokładne odczyty urządzenia nas satysfakcjonują. Oczywiście można powiedzieć, że im lepiej, dokładniej i więcej, tym bardziej kompetentnymi i silniejszymi będziemy sportowcami, ale forma sportowa to nie tylko wydolność mięśnia sercowego. Składa się na nią wiele czynników – od tych związanych z odżywianiem, po regenerację i prawidłowo egzekwowany plan treningowy. Wartość tętna, czy to spoczynkowego, czy maksymalnego czy wreszcie wartość powysiłkowej restytucji tętna to jedynie czubek góry lodowej.