Исследование «Кода Дурова» и ДГТУ: насколько точен датчик кислорода в крови в Apple Watch Series 6?

На одной из своих осенних презентаций Apple представила новое поколение «умных» часов — Apple Watch Series 6. Мы уже рассказали о новинке и всех ее фишках в полноформатном обзоре:

Еще один материал мы посвятили функциональности часов, связанной со здоровьем и медициной. Но о ключевом новшестве Apple Watch Series 6, датчике уровня кислорода в крови, я обещал рассказать в формате исследования, которое мы провели совместно с Донским государственным техническим университетом (ДГТУ).

Как студент медицинского университета, я не мог обойти стороной эту функциональность и решил выяснить пару важных вещей: насколько точно часы определяют уровень кислорода в крови и какова погрешность в сравнении с медицинскими устройствами?

Получить ответ на эти вопросы нам помогли факультет «БиоВетМед» ДГТУ и резиденты ОМУ «Биомедицина», в частности к.м.н. Кобзева Н. Д., Попов И. В. и Шитов В. А. За это им, конечно, большое спасибо!

Зачем нужно знать об уровень кислорода в крови?

Перед тем, как приступить непосредственно к исследованию, я простыми словами расскажу, зачем вообще нужны пульсоксиметры (устройства, определяющие уровень кислорода в крови) и как они работают.

Насыщение крови кислородом еще называют сатурацией, и это фундаментальный параметр работы организма, показывающий долю гемоглобина со связанным кислородом по отношению ко всему его количеству. Он помогает понять, насколько хорошо кровеносная система доставляет кислород до органов и тканей. В целом нормальным показателем сатурации считается значение от 95% и выше.

Снижение сатурации может говорить как о патологических состояниях организма, так и об увеличении его потребности в кислороде, например, во время занятий спортом или подъеме на гору с более разреженным воздухом.

Патологические состояния могут быть самой разной природы: от проблем с сердечно-сосудистой системой до неправильной работы дыхательной системы. И в этих случаях падение сатурации — это лишь один из маркеров, помогающих врачу поставить верный диагноз. Я не зря сделал акцент на «один из», ведь только по значению уровня кислорода в крови определить заболевание нельзя. Это как пытаться определить марку авто по звуку работающего двигателя.

Кроме того, снижение сатурации до 90% и ниже может говорить о тяжелой или крайне тяжелой формах COVID-19. Однако и здесь доктора обязательно смотрят на другие показатели организма.

Как измеряют сатурацию?

Для измерения уровня кислорода в крови Apple Watch Series 6 излучают на запястье красный, зеленый и инфракрасный свет, а специальный датчик на основе данных об объеме вернувшегося света высчитывает уровень концентрации кислорода.

Примерно по такому же принципу работают медицинские пульсоксиметры, но с одним единственным отличием: пальцевые пульсоксиметры и АнгиоСкан прикрепляются не к запястью, как часы, а к кончику пальца. В теории, это позволяет им быть более точными, но менее мобильными — целый день такой на себе носить будешь вряд ли. Кроме того, пульсоксиметры чувствительны к лаку и гелю на ногтях, что делает их использование девушками с маникюром невозможным.

Вот таким получился мой короткий ликбез, а теперь передаю слово лаборанту ДГТУ Игорю Попову, который подробнее расскажет о нашем исследовании.

Дизайн исследования

Исследование было проведено с привлечением 24 девушек и 6 парней возрастом 19,97±0,87 лет, которые были отобраны согласно критериям включения: ногти без пигментации и лакированной поверхности, отсутствие метгемоглобинемии в анамнезе, отсутствие кардиологического анамнеза, отсутствие признаков респираторных заболеваний, ОРВИ.

Испытуемым было предложено провести измерение сатурации и пульса в исходном состоянии, после функциональной пробы Мартине (20 приседаний) и после пятиминутного отдыха. Приборы для пульсоксиметрии одновременно располагались на доминантной руке испытуемого по схеме, указанной на рисунке, измерения проводились одновременно согласно аппаратным и программным ограничениям устройств.

Полученные значения показателей сатурации (%) и пульса (ударов в минуту) были занесены в табличную базу данных.

Результаты

В исходном состоянии испытуемых 30% измерений сатурации (10 из 30) Apple Watch Series 6 не удалось провести, после пробы Мартине – 40% (12 из 30) и после пятиминутного отдыха 43,3% (13 из 30). Отсутствующие значения были заменены средним значением для проведения дальнейшего анализа.

При сравнении устройств между собой статистические значимые различия отсутствуют между показателями сатурации и пульса у CONTEC CMS50D и АнгиоСкан-01, в то время как показатели сатурации у Apple Watch Series 6 статистически значимо отличаются во всех трёх временных срезах (p<0,05), а показатели пульса умных часов статистически значимо различны только во временном срезе определения после пробы Мартине.

Обсуждение результатов

Показатели сатурации статистически значимо не изменились согласно всем изучаемым устройствам с функцией пульсоксиметрии, поскольку проба Мартине сама по себе не подразумевает создание жестких условий гипоксии для пациента. Для этих целей классически используют искусственную вентиляцию легких со сниженным содержанием кислорода в потоке воздуха с обязательной интубацией пациента для проведения возможных реанимационных мероприятий во время исследования. Проведение этого мероприятия для изучения эффективности функции пульсоксиметрии у Apple Watch Series 6 хоть и возможно, но этически нецелесообразно. Тем не менее, исследование было проведено согласно описанным критериям включения на определённой возрастной и половой группе пациентов, что способствует воспроизводимости результатов.

Следует отметить, что 38,8% измерений сатурации (35 из 90) Apple Watch Series 6 оказались безрезультатными, а успешно определённые показатели статистически значимо отличались от показателей CONTEC CMS50D и АнгиоСкан-01, что указывает на относительно низкую эффективность функции определения сатурации наручных часов.

Также стоит отметить программное ограничение Apple Watch Series 6, а именно невозможность одновременного определения показателей пульса и сатурации, что скорее всего повлияло на статистически значимые различия показателей пульса между приборами после пробы Мартине. Во всех измерениях при помощи Apple Watch Series 6 изначально определялась сатурация, что занимало порядка 30-40 секунд. За это время сердечно-сосудистая система испытуемых закономерно восстанавливается после физической нагрузки, поэтому показатели пульса, определяемые при помощи Apple Watch Series 6 в этом временном срезе, оказались ниже в сравнении с другими устройствами (115,66±16,21 уд./мин против 128,37±20,98 уд./мин у CONTEC CMS50D и 127,23±19,13 уд./мин у АнгиоСкан-01). Однако стоит отметить, что Apple Watch Series 6 всё же смогли статистически определить физиологические изменения пульса после физической нагрузки и его восстановление после отдыха.

Выводы

Игорь Попов рассказал об исследовании научным языком, но я попробую перевести выводы на более привычный нашим читателям.

Резюмируя наше исследование, можно прийти к вполне очевидной вещи: Apple Watch Series 6, конечно, не пригодны для диагностики и использования в медицинских учреждениях ввиду того, что у них критическая для врачей погрешность в сравнении со специализированным оборудованием. Но при этом она не настолько весомая для обычных пользователей, ведь ответить на ключевой вопрос «а все ли со мной в порядке?» часы могут. И если ответ отрицательный, то пациент должен обратиться к врачу и комплексно проверить свое здоровье.

Что касается других замечаний, то я бы отметил еще пару вещей. Во-первых, очень странно, что иногда часы показывают сатурацию на уровне в 100% — обычно такие показатели бывают у пациентов, подключенных к кислородной маске. У нас в исследование такие не участвовали. Во-вторых, хотелось бы, чтобы часы одновременно могли измерять уровень сатурации и пульс. Эти два параметра имеют фундаментальное значение и всегда рассматриваются в паре, а в текущем виде в промежутке между измерениями можно потерять динамику.

Важно отметить, что именно пульс часы измеряют довольно точно — здесь разница с сертифицированным оборудованием минимальна. Хочется надеяться, что таких же успехов Apple сможет достигнуть и в определении уровня кислорода в крови.