Для контроля частоты сердечных сокращений все кардиотренажеры оснащаются датчиками пульса. Штатно все беговые дорожки комплектуются проводными датчиками, которые имеют простое устройство, но высокую погрешность измерений.
Беспроводные датчики являются наиболее точными приборами измерения пульса, погрешность которых не превышает +/- 1 удар.
Пульс - это количество расширений артерии в момент выбросов крови сердцем за единицу времени. Нужно отметить, что пульс и частота сердечных сокращений (ЧСС) - это не одно и то же, хотя для физически здорового человека их значения действительно будут одинаковыми. Частота сердечных сокращений характеризуют работу нижних отделов сердца (желудочков) за единицу времени (минуту) и может значительно отличаться от частоты пульса. Такое явление можно наблюдать при нарушении ритма сердца (аритмии).
Нормы значений пульса
Каждый человек индивидуален и значения частоты сердечных сокращений могут значительно различаться для разных людей. Фактором, влияющим на ЧСС, является физическая подготовленность, степень тренированности сердца и организма в целом. Организм - это сложная система, в котором сердце решает задачу транспортировки кислорода всем тканям и органам.
Как правило, сердце тренированных спортсменов в состоянии покоя сокращается значительно реже сердца среднестатистического человека.
Нормой для здорового человека считается диапазон 60-90 ударов в минуту. При значениях пульса ниже 60 ударов в минуту наступает брадикардия, при учащенных значениях выше 90 ударов - тахикардия. Надо знать, что у новорожденного ребенка учащенное значение пульса до 140 ударов в минуту считается нормой, а пульс у женщины в сравнении с мужчиной выше на 5-10 ударов.
Значения пульса быстро растут при физических нагрузках, во время эмоциональных всплесков (гнев, страх, волнение), зависит от статистического положения тела (стоя, сидя), увеличивается после еды или после применения некоторых медикаментов.
Таблица 1 - Среднестатистические значения частоты сердечных сокращений для здорового человека.
| Возраст | ЧСС в минуту |
|---|---|
| Новорожденный | 135-140 |
| 6 месяцев | 130-135 |
| 1 год | 120-125 |
| 2 года | 110-115 |
| 3 года | 105-110 |
| 4 года | 100-105 |
| 5 лет | 93-100 |
| 7 лет | 90-95 |
| 8 лет | 80-85 |
| 9 лет | 80-85 |
| 10 лет | 78-85 |
| 11 лет | 78-84 |
| 12 лет | 75-82 |
| 13 лет | 72-80 |
| 14 лет | 72-78 |
| 15 лет | 70-76 |
| 16 лет | 68-72 |
Для чего необходимо контролировать пульс на беговой дорожке?
Чтобы тренировки были максимально эффективными, необходимо следить за частотой сердечных сокращений. Зона эффективности рассчитывается, исходя из значений максимальной частоты сердечных сокращений (МЧСС). Для мужчин МЧСС = 220 – возраст, для женщин это значение составляет МЧСС = 226 – возраст.
Условно целевые зоны можно разбить на четыре диапазона:
- Зона общей оздоровительной нагрузки (щадящий режим): 50-60 % от МЧСС. Такая зона рекомендуется начинающим пользователям и людям, ведущим малоактивный образ жизни.
- Зона умеренной нагрузки (общий режим): 60-70 % от МЧСС. Подходит для большинства тренировок, которые направлены на эффективное сжигание жира.
- Зона повышенной нагрузки (продвинутый режим): 70-80 % от МЧСС. Рекомендуется для опытных людей с тренированным сердцем, целевая зона предназначена для укрепления сердечно-сосудистой системы.
- Зона анаэробной нагрузки (кратковременный экстремальный режим): 80-90 % от МЧСС. Рекомендуется для спортсменов, работающих по индивидуальным программам в присутствии тренера.
Виды кардиодатчиков для беговых дорожек
Проводные датчики измерения пульса
Первые попытки электрически измерить пульс появились в начале 20 века. В 1902 году Виллем Эйнтховен с помощью струнного гальванометра получил первый электрический кардиосигнал. Вес его измерительного прибора составлял 270 кг, а вот принцип измерения дошел до наших времен. В основе измерений ЧСС лежит система отведений (треугольник Эйнтховена), который регистрирует момент электрического возбуждения желудочков.
Гальванометр, при помощи которого в 1902 году измеряли частоту сердечных сокращений
Современные беговые дорожки оснащаются проводными датчиками измерения пульса. Принцип работы таких датчиков прост: два электрода, расположенные на поручнях, измеряют разность потенциалов, а информацию по проводам передают в аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) консоли. Там информация обрабатывается и выдается на экран.
Недостатком такой системы является высокая погрешность измерений (20-30%), неудобство использования и скорость отображения реальных значений.
Часто получается так, что лишь через 30-40 секунд удерживания датчиков можно судить об истинных значениях ЧСС.
На поручнях консоли имеются проводные датчики измерения пульса
Беспроводные датчики измерения пульса
Беспроводные кардиодатчики имеют простое устройство и ряд преимуществ в сравнении с проводными устройствами:
- Максимально точные измерения ЧСС. Погрешность беспроводных датчиков +/- 1 удар в минуту
- Удобство использования. Кардиодатчик при помощи специального пояса закрепляется в районе сердца. При помощи двух электродов происходит регистрация разности потенциалов. Электроды рекомендуется смачивать водой для хорошего контакта. Далее по радиоканалу передается аналоговый либо цифровой сигнал, который поступает на приемник консоли и отображается на экране.
- Возможность использования кардиозависимых программ.
Беспроводные кардиодатчики для измерения пульса имеют более точные измерения частоты сердечных сокращений. Погрешность беспроводных датчиков +/- 1 удар в минуту
Недостатки такого метода несущественны:
- Необходимость использования в датчике батарейки. При каждодневных тренировках заряда хватит на 1 год.
- Неудобство использования кардиопояса при длительных тренировках.
Наиболее популярные беспроводные датчики измерения пульса
Для измерения пульса применяются беспроводные датчики, работающие в диапазоне частот 5 кгЦ. Датчики бывают кодированные (применяются в фитнес-залах), и некодированные (предназначенные для домашней эксплуатации).
Ведущим лидером на рынке пульсометров является компания Polar . Наряду с ней в продаже можно встретить пульсометры торговых марок Sigma, Beurer, Oregon, Garmin, Suunto. Самые бюджетные модели имеют маленький набор функций и идут в цене от 500 рублей. В среднем ценовом диапазоне от 3000 рублей можно встретить качественные и удобные пульсометры. Дорогие модели, предназначенные для интенсивного и профессионального использования, нередко имеют кодированный сигнал, продаются в районе 20000 рублей.
Многие модели беговых дорожек имеют в комплекте беспроводной кардиопояс, преимущественно фирмы Polar, работающий на частоте 5,4 кГц.
Как узнать можно ли использовать беспроводной кардиодатчик на своем тренажере?
Перед покупкой беговой дорожки стоит уточнить наличие телеметрического приемника ЧСС в данной модели. Такую техническую информацию можно получить на официальном сайте продавца, либо в инструкции по эксплуатации тренажера.
Подключение кардиодатчика
Если кардиодатчик включается впервые, то необходимо установить батарейку питания, которая также поставляется в комплекте. Далее контактируемая с телом поверхность кардиодатчика смачивается водой и кардиопояс фиксируется на груди. После включения тренажера происходит автоматическое согласование устройств.
», в которой рассматривались схема и конструкция ИК датчика для определения частоты пульса по изменению объема крови в артерии пальца. Такой метод относится к фотоплетизмографии - методу непрерывной графической регистрации изменений объема крови, отражающих динамику кровенаполнения сосудов исследуемых органов, части тела человека или животного, основанного на измерении оптической плотности. Однако спецификации датчика в этой статье не было. Несмотря на это, схема датчика была проста для повторения, причем можно было использовать различные ИК светодиоды и фотодиоды, и для корректной работы потребовалось бы лишь подобрать номинал токоограничительного резистора и резистора обратной связи.
В этой статье речь пойдет о модернизированной версии сенсора, получившей название Easy Pulse. В проекте используется специальный ИК-датчик TCRT1000 , который упрощает схему и конструкцию, так как ИК-светодиод и фототранзистор расположены в одном компактном экранированном корпусе. Его конструкция позволит снизить помехи от внешней засветки и повысить эффективность датчика. Конструктивно датчик представляет собой компактную печатную плату, содержащую также схему преобразования и нормирования сигнала. На выходе датчика мы получаем цифровые импульсы, синхронизированные с пульсом (Рисунок 1). Датчик может подключаться к АЦП или к цифровому входу микроконтроллера для дальнейшей обработки и вычисления значения пульса (количество ударов сердца в минуту).
Теория
Проект основан на принципе фотоплетизмографии, который является неинвазивным методом измерения изменения объема крови в тканях с помощью источника света и фотодетектора. Поскольку изменение объема крови синхронно с биением сердца, этот метод может использоваться для расчета частоты сердечных сокращений. Существует два основных типа фотоплетизмографии: один основан на пропускании света, другой на отражении. В первом случае световой пучок пропускается сквозь часть тела человека (например, через палец или мочку уха), а фотодетектор определяет результирующую интенсивность света, поэтому источник излучения и приемник располагаются напротив друг друга. Во втором случае источник света и фотоприемник располагаются на одной стороне, и информацию о пульсе несет отраженный сигнал. Измерение пульса по такому методу может производиться на любой части человеческого тела. При любом методе измерений в интенсивности света, отраженного от объекта или прошедшего через часть тела, будут обнаружены флуктуации в соответствии с пульсирующим потоком крови, вызванных биением сердца.
На Рисунке 2 схематически изображен датчик для получения сигнала пульса от пальца человека. ИК-светодиод используется для освещения пальца субъекта. В зависимости от объема крови в пальце, поглощается больше или меньше света, следовательно, меняется интенсивность отраженного света. Графическое представление зависимости изменений сигнала во времени и есть сигнал фотоплетизмографии.
Фотоплетизмограмма имеет несколько составляющих, она регистрирует волны первого, второго и третьего порядка. Волны второго и третьего порядка относятся к медленным колебаниям (их можно назвать постоянной составляющей). Волны 1-го порядка относятся к быстрым колебаниям и соотносятся с пульсом (можно назвать переменной составляющей). Они отражают движение объема крови в измеряемой точке во время систолы и диастолы и могут использоваться в качестве источника информации о пульсе. Для извлечения данного сигнала потребуются эффективные схемы усиления и нормирования сигнала.
Принципиальная схема
Как было сказано выше, в качестве ИК сенсора используется TCRT1000 - экранированный оптический отражательный датчик компании , в состав которого входят ИК-светодиод и фототранзистор. На Рисунке 3 изображена схема включения внешних компонентов, необходимых для управления датчиком. Подача высокого уровня на вход Enable включает ИК-светодиод, т.е. активирует сенсор TCRT1000. Палец человека сверху датчика действует как отражатель, фототранзистор фиксирует отраженный свет.
На выходе датчика (V SENSOR ) мы получим периодический физиологический сигнал, связанный с изменением интенсивности отраженного ИК-излучения, обусловленным пульсирующим объемом крови в пальце. Сигнал, таким образом, синхронизирован с частотой сердцебиения. Следующая схема (Рисунок 4) представляет собой первый этап преобразования сигнала от ИК-датчика, на котором выполняется подавление достаточно больших медленных волн (постоянной составляющей) и повышение слабых быстрых волн (переменной составляющей), которые несут информацию о пульсе.
На схеме выше видно, что сигнал с ИК-сенсора сначала проходит через пассивный фильтр верхних частот (ФВЧ), чтобы избавиться от постоянной составляющей. Частота среза фильтра (f c ) равна 0.7 Гц. Далее сигнал проходит через активный фильтр нижних частот (ФНЧ), выполненный на операционном усилителе. Коэффициент усиления фильтра равен 101, частота среза - 2.34 Гц. Такое решение позволяет устранить нежелательный сигнал постоянной составляющей и высокочастотные шумы, в том числе, наводку сети переменного тока 50 Гц (60 Гц), и усилить нужный сигнал, несущий информацию о пульсе, в 101 раз.
Далее следует еще одна подобная схема фильтрации (ФВЧ, ФНЧ) и усиления сигнала (Рисунок 5). Таким образом, общий коэффициент усиления составляет 101 × 101 = 10201. В результате, две стадии фильтрации и усиления преобразуют входной сигнал фотоплетизмографии в ТТЛ импульсы, которые синхронны с сердцебиением. Частота этих импульсов (f) связана с частотой сердечных сокращений (BPM) формулой:
Beats per minute (BPM) = 60 × f
Потенциометр 5 кОм на выходе первой схемы фильтрации и усиления нужен для достижения общего коэффициента менее 10201. Светодиод на выходе второй схемы фильтрации и усиления будет мигать с частотой сердцебиения. Заключительный узел схемы представляет собой простой не инвертирующий буфер для понижения выходного сопротивления. Это важно, если для чтения сигнала используется АЦП микроконтроллера.
Все операционные усилители, используемые в схеме, находятся в одной четырехканальном микросхеме - . Усилители имеют низкое энергопотребление и сохраняют работоспособность при напряжении питания в диапазоне от 1.8 до 6.0 В.
ИК-сенсор можно установить на плату, а можно вынести на шлейфе (Рисунок 6). Это придает гибкость при использовании, так как в таком случае его можно закрепить между двумя пальцами или на ладони.
Диапазон напряжений питания платы сенсора, равный 3 - 5 В, позволяет использовать ее с семействами микроконтроллеров с напряжением питания 3.3 В или 5 В.
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться . |
- В свое время пытались строить подобные датчики на базе клипсы на просвет как мобильные. Пытались, потому как наступил диплом и стало не до того. Датчик на отражение в принципе для этого должен подойти достаточно с обратной стороны подложить отражатель ик излучения.
- Все это хорошо для больного под наркозом (не движется). В такой схеме от мионаводок избавиться невозможно (проверено долгими клиническими испытаниями) - дернули пальчиком - получили крокозябру. Динамический диапазон сигнала фотоответа может превышать 60 дб (амплитуда может падать в 1000 и более раз даже у одного человека, в зависимости от его состояния в данный момент. Пример: измеряем амплитуду сигнала, глубоко вдыхаем и задерживаем дыхание. Гарантируется падение амплитуды в 10 - 100 раз.) Все эти схемки - радиолюбительство на школьном уровне. В нормальных детекторах лжи применяются те же принципы, но обработка сигнала иная.
- Это же элементарно, Ватсон.Параметры нормального пульса известны. Возможные отклонения тоже не секрет и не новость. Создаем генератор имитирующий пульс и корректируем его показаниями датчика.А поскольку такой приборчик все равно ну ни как не обойдется без процессора, то генератор запросто можно организовать программно. В этом случае помехи уже не важны. Программа не анализирует весь шум а только вылавливает полезный сигнал. Ну к примеру выделяет среднее значение на тех или иных участках, отсекает мгновенно возникающие большие помехи как неверояные, а следовательно ошибочные, в общем отслеживает полезный сигнал, сравнивает наблюдаемую динамику с виртуальной и корректирует временные параметры виртуального пульса. Даже если в какие то мгновения датчик окажется не на пальце, то программа отбросит эти замеры как невероятные.
- Неуверено, что схема выполненный на операционном усилителе (рис.4) активный фильтр нижних частот (ФНЧ).
- Artak_Barsegyan Откуда такие сомнения? В цепи отрицательной обратной связи стоит ёмкость.
- А почему только " пытались". У меня дома велотренажер и на нем есть такая клипса.
Монитор сердечного ритма
или по 
Почти все мониторы сердечного ритма работают одинаково: датчик, закреплённый на вашей груди, передаёт биения сердца устройству с экраном, которое замеряет и/или записывает сердечный ритм. |
|
|
При повседневном использовании Носите часы Suunto хотя бы на1 палец выше костей запястья так, чтобы часы плотно прилегали к руке. Часы должны постоянно соприкасаться с кожей и не должно быть видно света от датчика. |
Во время упражнений Проверьте положение: главное, носить часы как можно выше на запястье и не давать им соскальзывать вниз во время выполнения упражнений. Хороший показатель - это положение примерно на 2 пальца выше запястья . Носите часы, плотно и равномерно прижатыми к коже, но не слишком плотно, чтобы не нарушить циркуляцию крови. |
При ношении часов с пульсометром имейте в виду следующее:
Для достижения наилучших возможных результатов:
- Разомнитесь перед началом занятий, чтобы измерять частоту сердечных сокращений. Это обеспечит стабильные показания часов с самого начала.
- Если во время занятий часы теряют частоту сердечных сокращений, остановитесь на некоторое время (примерно на 10–30 секунд). Продолжите занятие после того, как часы зафиксируются на частоте сердечных сокращений.
Избегайте следующего:
- Слишком свободное ношение часов. Датчик должен постоянно прилегать к коже. Вы не должны видеть свет, испускаемый датчиком.
- Слишком плотное ношение часов. Слишком плотное ношение часов может нарушать ток крови и снизить способность датчика контролировать частоту сердечных сокращений.
Уход за кожей:
- Регулярно снимайте часы с руки, мойте часы и ремешок водой и мягким мылом для рук, тщательно ополаскивайте и хорошо вытирайте полотенцем, прежде чем надеть их обратно.
- Рекомендуем промывать корпус часов и ремешок после каждой тренировки, предусматривающей большие нагрузки.
- Чтобы удалить остатки масла или лосьона, скопившиеся под ремешком (например, средства от загара, репеллента от насекомых или увлажняющего крема), воспользуйтесь не очень жестким мылом для рук, затем прополосните ремешок как следует и высушите с помощью полотенца.
- Ношение часов в течение длительного времени на одной и той же руке может вызвать раздражение кожи. Регулярно давайте коже отдохнуть, сняв часы или надев их на другую руку.
- Примечание: такие аллергены, как фруктовый сок, сырой картофель, сельдерей, белок, кукуруза, горох, морепродукты, орехи, соя, шерсть и т. д., а также такие абразивы, как пыль песок и некоторые лосьоны для кожи, попав под ремешок, могут очень быстро вызвать сильное раздражение кожи.
Как работает оптическое измерение частоты сердечных измерений
Оптический датчик частоты сердечных сокращений, расположенный на нижней стороне часов, светит на запястье светодиодом и измеряет свет, рассеиваемый в токе крови. Измерение основывается на том факте, что свет, попадающий в тело, рассеивается предсказуемым образом при изменении динамики тока крови, например, при изменении частоты пульса крови или изменениях объема крови (сердечный выброс).
Что следует знать об измерениях с помощью запястного пульсометра
Запястный пульсометр - это простой и удобный прибор для отслеживания частоты сердечных сокращений. Однако следует помнить, что точность и надежность оптического измерения частоты сердечных сокращений может быть разной у разных людей и при некоторых занятиях может не работать. В 90 % случаев показания лучших запястных датчиков расходятся с показаниями нагрудных пульсометров на 5 % или менее.
Вместе с компанией Valencell мы выявили следующие факторы, способные повлиять на измерение частоты сердечных сокращений:
- Во время занятий в прохладную или холодную погоду организм пытается поддерживать стабильную температуру тела за счет направления тока крови от рук и ног к торсу. Такое уменьшение тока крови к рукам может затруднить измерение частоты сердечных сокращений датчиком.
- Если у вас часто мерзнут руки, то перед занятием может потребоваться хорошая разминка, которая повысит точность показаний частоты сердечных сокращений.
- Движения рук и сгибание мышц, например, захват теннисной ракетки или кроссфит-тренировка высокой интенсивности, а также виды спорта с сильной вибрацией, напр., езда на велосипеде по неровной поверхности, могут изменить точность показаний датчика.
- Оптический датчик может предоставлять неточные показания частоты сердечных сокращений во время плавания, т. к. вода, проходящая под часами, влияет на способность оптического датчика точно считывать частоту сердечных сокращений.
- Татуировки темных цветов могут повлиять на точность показаний оптического датчика.
Обновляйте программное обеспечение своего устройства
Данные наручного датчика ЧСС не сохранены
При повседневном использовании: Если пульсометр отказал (не обнаруживает и/или не считывает частоту пульса) и если светодиоды пульсометра, расположенного на обратной стороне часов, не мигают (возможно, пульсометр не работает или отключен), проверьте, что функция Daily HR (Пульс за день) включена. Откройте Settings (настройки) >Activity (занятия) >Daily HR (дневная ЧСС) и убедитесь, что флажок зеленый. Это значит, что частота сердечных сокращений измеряется постоянно в течение дня.
Во время тренировки: Если запястный пульсометр не функционирует перед началом тренировки, убедитесь, что ваши часы не сопряжены с поясным пульсометром. Откройте Settings (Настройки) >Connectivity (Подключение) > Paired devices (Сопряженные устройства) . Если в списке есть датчик ЧСС, нажмите среднюю кнопку и выберите «Забыть».
Если вышеуказанные советы не помогли решить проблему , если ваши часы не считывают пульс или если возникли иные неполадки датчика, программная перезагрузка может решить возникшие проблемы.
Слишком большая или слишком маленькая ЧСС в начале упражнения
Если часы показывают неверные показатели ЧСС в начале упражнения, выполните разминку - это может решить проблему:
- Разминка для себя:
Качество показаний, полученных при использовании запястного пульсометра, сильно зависит от притока крови к рукам и ладоням. Правильная 10-15-минутная разминка улучшает ток крови и повышает качество измерения ЧСС.
И - Разминка для датчика ЧСС: Датчику нужно время, чтобы снять показания вашего пульса (обычно это занимает несколько минут). Чтобы у датчика было время, рекомендуется отрыть экран начала упражнения во время подготовки к тренировке (например, во время переодевания).
Более точные показания с нагрудного датчика ЧСС
Для получения более точных показателей рекомендуется использовать совместимый нагрудный датчик ЧСС, например, пояс-пульсометр SuuntoSuunto Smart Sensor. Использование нагрудного пульсометра также позволит получать показания частоты сердечных сокращений при закреплении часов на руле велосипеда или поверх рукава.
Если ваши часы подключены к поясу с пульсометром, на значке ЧСС на экране начала упражнения отображается небольшой пояс. При использовании наручного пульсометра значок остается в форме сердца.
|
|
|
Примечание.
Всегда помните, что показания частоты пульса, полученные оптическим или иным путем, являются приблизительными и их следует использовать только для справки или в рекреационных целях, а не для каких-либо медицинских целей.
Если вы попробовали все эти советы и поиск и устранение неисправностей, но проблемы с устройством Suunto остались, обратитесь в поддержку Suunto . Будем рады вам помочь!
В то время, когда медицина не имела современных технических средств диагностики, пульс измеряли, прикладывая палец к артерии, и считали количество толчков стенки артерии через кожу за определенный промежуток времени - обычно 30 секунд или одну минуту. Отсюда и пошло название этого эффекта - pulsus (лат. «удар»), измеряющийся в ударах в минуту.
Существует много методик определения пульса, но самые известные - прощупывание пульса на запястье, на шее, и в области сонной артерии.
После появления электрокардиографа (ЭКГ), пульс стали вычислять по сигналу электрической активности сердца, замеряя длительность интервала (в секундах) между соседними зубцами R на ЭКГ, а затем пересчитывая в «удары в минуту» по простой формуле: ЧСС = 60/(RR-интервал).
Электрокардиограмма может многое сказать о нашем сердце и помимо пульса, но для снятия и расшифровки ЭКГ нужны оборудование и кардиолог, которых не возьмешь с собой на пробежку. К счастью, в современном мире практически каждый может позволить себе пульсометр, который будет определять частоту пульса во время бега и в состоянии покоя.
Как работает пульсометр
Измерение пульса по электрокардиосигналу
Электрическая активность сердца была обнаружена и описана в конце 19 века, а уже в 1902 году Виллем Эйнтховен стал первым, кто ее технически зарегистрировал с помощью струнного гальванометра.
Помимо этого, Эйнтховен впервые записал электрокардиограмму (он сам дал ей такое название), разработал систему отведений и ввел названия сегментов кардиограммы. За свои труды в 1924 году он стал лауреатом Нобелевской премии.
В современной клинической практике для регистрации ЭКГ используют различные системы отведений (то есть схемы прикрепления электродов): с конечностей, грудные отведения в различных конфигурациях и т.д.
Для того чтобы измерить пульс, можно использовать любые отведения - на основании этого принципа были разработаны спортивные часы, умеющие определять ЧСС.
Ранние модели пульсометров состояли из коробочки (монитор) и проводов, крепящихся к груди. Первый беспроводной ЭКГ-монитор был изобретен в 1977 году, и стал незаменимым помощником в тренировках сборной Финляндии по лыжным гонкам. В массовую продажу первые беспроводные пульсометры поступили в 1983 году, с тех пор прочно заняв свою нишу в любительском и профессиональном спорте.
При проектировании современных спортивных гаджетов система отведений была упрощена до двух точек-электродов, а самым известным вариантом такого подхода стали спортивные нагрудные датчики в виде ремешка (HRM strap/HRM band).
Для получения стабильного и качественного сигнала необходимо смочить «электроды» на нагрудном ремне водой.
В таких ремешках электроды выполнены в виде двух полосок из проводящего материала. Ремешок может быть частью всего устройства или пристегиваться к нему застежками. Значения пульса, как правило, передаются по Bluetooth на спортивные часы или смартфон по протоколу ANT+ или Smart.
Измерение пульса с помощью оптической плетизмографии
Сейчас это самый распространённый способ измерения пульса с точки зрения массового применения, реализованный в спортивных часах, трекерах, мобильных телефонах. А первые попытки использования этой технологии предпринимались ещё в 1800-х годах.
Сужение и расширение сосуда под действием пульсации кровотока вызывают соответствующее изменение амплитуды сигнала, получаемого с выхода фотоприемника.
Способ широко используется в больницах, позже технология перешла и в бытовые устройства - компактные пульсоксиметры, регистрирующие пульс и насыщение кислородом крови в капиллярах пальца. Прекрасно подходит для периодических измерений пульса, но совершенно не подходит для постоянного ношения.
Пульсометры
Идея измерения пульса с запястья спортсмена с помощью оптической плетизмографии без дополнительного ношения нагрудных ремешков выглядела очень заманчиво. Первыми эту идею реализовали в часах Mio Alpha, которые провозгласили свое устройство прорывом и новым витком в измерении пульса. Сам модуль измерительного датчика был разработан компанией Philips.
Оптическая технология измеряет пульс с помощью светодиодов, которые оценивают кровоток на запястье. Это означает, что вы можете измерять пульс без использования нагрудного датчика. На практике это работает так: оптический сенсор на обратной стороне часов излучает свет на запястье с помощью светодиодов, и измеряет количество рассеянного кровотоком света.
Метод регистрации пульса для фотоплетизмографических датчиков
Для измерения пульса важна область с максимальным поглощением - это диапазон от 500 до 600 нм. Обычно выбирается значение 525 нм (зеленый цвет). Зеленый светодиод датчика пульса – самых ходовой вариант в смарт-часах и браслетах.
Сейчас эта технология хорошо отработана и внедрена в серийное производство. Спектр появившихся устройств с подобной технологией достаточно широк (смартфоны, браслеты-трекеры, часы), а производители спортивных устройств тоже не отстают – все наиболее значимые компании расширяют линейку пульсометров моделями с оптическими датчиками.
Ошибки при работе оптических датчиков
Считается, что оптические датчики достаточно точно определяют пульс при ходьбе и беге. Однако, при повышении частоты пульса, скажем, до 160 уд/мин, кровоток настолько быстро проходит через область датчика, что измерения становятся менее точными.
Помимо этого, на запястье, где не так много ткани, но много костей, связок и сухожилий, любое снижение кровотока (например, в холодную погоду) может исказить работу оптического датчика пульсометра.
В одном небольшом исследовании был проведен сравнительный анализ точности нагрудных и оптических датчиков пульсометров. Испытуемых разделили на две группы, в одной группе пульс измерялся с помощью нагрудного датчика, а в другой - с помощью оптического. Обе группы проходили тест на беговой дорожке, где они сначала шли, а потом бежали, в этом время регистрировалась частота пульса. В группе с нагрудным кардиодатчиком точность измерения ЧСС была 91%, тогда как в группе с оптическим датчиком она составила лишь 85%.
По мнению главы компании Mio Global, в настоящее время ни один из датчиков пульсометра не сравнится в точности с нагрудным ремнем.
Нельзя забывать и о специфических ситуациях, когда оптический датчик может не работать. Надетые поверх беговой куртки часы, наличие татуировки на запястье, неплотно прилегающие к коже часы, тренировка в спортзале - всё это может привести к погрешностям в измерении пульса с помощью оптических датчиков.
Несмотря на это, технологический прогресс в измерении ЧСС привел к появлению полезной альтернативы нагрудным ремням, и при устранении ряда недостатков оптических датчиков мы получим еще один мощный и точный инструмент наблюдения за пульсом во время занятий спортом.
Какие беговые показатели позволяет получить пульсометр
Строго говоря, продвинутая беговая динамика измеряется при наличии нагрудного ремня. Внешне обычный, внутри датчик состоит из трансмиттера и акселерометра, благодаря которому и происходит анализ движения бегуна. Те же самые акселерометры есть в телефонах, футподах, браслетах-трекерах.
К продвинутым беговым показателям относят три величины: время контакта с землей (ground contact time), вертикальные колебания (vertical oscillation) и частоту шагов, или каденс (cadence).
Время контакта с землей (ground contact time, GCT) показывает как долго ваша стопа находится на поверхности земли во время каждого шага. Измеряется в миллисекундах. Типичный бегун любитель тратит на контакт с поверхностью 160-300 миллисекунд. При повышении скорости бега значение GCT укорачивается, при замедлении – возрастает.
Существует взаимосвязь между временем контакта с землей и частотой развития травм, а также мышечным дисбалансом у бегуна. Уменьшение времени контакта с землей снижает частоту травм. Одним из наиболее действенных способов уменьшить этот показатель считается укорочение шага (повышение каденса), укрепление ягодичных мышц и включение коротких спринтов в программу тренировок.
Вертикальные колебания (vertical oscillation, VO). Посмотрите на любого профессионального бегуна - вы увидите, что верхняя половина их туловища совершает совсем незначительные движения, в то время как основную работу по перемещению бегуна выполняют ноги.
Вертикальные колебания определяют насколько ваша верхняя половина «подпрыгивает» при беге. Эти подпрыгивания измеряются в сантиметрах относительно какой-то фиксированной точки (в случае нагрудного ремня - это сенсор, встроенный в нагрудный датчик). Считается, что наиболее экономичная техника бега предполагает минимальные вертикальные колебания, а уменьшение вертикальных колебаний достигается повышением каденса.
Частота шагов или каденс (cadence). Как понятно из названия показателя, он демонстрирует количество шагов за минуту. Достаточно важный параметр, оценивающий экономичность бега. Чем быстрее вы бежите, тем выше каденс. Считается, что частота около 180 шагов в минуту является оптимальной для эффективного и экономичного бега.
Пульсовые зоны (heart rate zones).
Зная максимальный пульс, различные модели беговых часов могут разбивать вашу тренировку по пульсовым зонам, показывая, сколько времени в ходе тренировки вы провели в той или иной зоне.
У разных производителей эти зоны обозначены по-своему, но их можно поделить на следующие типы:
- восстановительная зона (60% от максимального ЧСС),
- зона для тренировки выносливости (65%-70% от максимального ЧСС),
- зона тренировки аэробной емкости (75-82% от максимальной ЧСС),
- зона ПАНО (82-89% от максимального ЧСС),
- зона максимальной аэробной нагрузки (89-94% от максимального ЧСС).
Знание своих пульсовых зон поможет вам получить максимум от каждой тренировки. О тренировках по пульсу мы подробно расскажем в следующей статье рубрики.
Помимо продвинутых беговых характеристик современные пульсометры могут измерять и отслеживать еще несколько интересных показателей:
EPOC (excess post-exercise oxygen consumption). Показатель потребления кислорода после тренировки демонстрирует, насколько изменился ваш метаболизм после пробежки. Мы все знаем, что бег приводит к сжиганию калорий, но даже после того, как тренировка закончилась, калории продолжают сгорать. Безусловно, для их восполнения нужно качественно восстановиться.
Наблюдение за показателем EPOC поможет вам понять, какие тренировки наиболее энергетически затратные, а также улучшить процесс восстановления.
Подсчитанное потребление кислорода (est. VO2). Показатель текущего потребления кислорода, рассчитанный на основании максимального потребления кислорода (VO2max ) и максимальной ЧСС.
Максимальное потребление кислорода (VO2max).
Показатель отражает способность вашего организма потреблять кислород. Это важно, поскольку при повышении этого показателя ваше тело может лучше и быстрее утилизировать доставляемый к работающим мышцам кислород.
Значение максимального потребления кислорода (МПК) увеличивается при повышении тренированности. Это один из самых важных беговых показателей, напрямую связанный с экономичностью бега. Как и в случае с определением максимальной ЧСС, наилучшим способом определения МПК является тестирование в лаборатории, но ряд производителей пульсометров использует алгоритмы расчета МПК приемлемой точности. Тренировки помогают улучшить значения этого показателя.
Беговая производительность (running performance). Показатель, использующий VO2max (глобальный стандарт аэробной тренированности и выносливости) для отслеживания прогресса в тренировках.
Пиковый тренировочный эффект (peak training effect, PTE). Показывает влияние тренировочной сессии на общую выносливость и аэробную производительность. Чем вы тренированнее, тем тяжелее вы должны тренироваться для того, чтобы достичь более высоких цифр PTE.
Вместо вывода
При интенсивном использовании пульсометр может быть великолепным помощником для бегуна. Крайне неверно считать пульсометр дорогой игрушкой, который совсем необязателен для «серьезных» спортсменов. Определитесь с целями на сезон, а после начните выстраивать тренировочный план.
Помните, что измерение и контроль ЧСС во время тренировок - надежный способ улучшить результаты и избежать перетренированности.
Для тех, кто только начинает свой беговой путь, можно порекомендовать сначала наблюдать за пульсом в ходе лёгких пробежек, и уже затем переходить к какому-либо тренировочному плану. Данные, полученные с помощью пульсометра, помогут понять, как ваш организм реагирует на нагрузку.
Тем не менее, не нужно становиться заложником цифр и гаджетов. Учитесь слушать свой организм, оценивайте ощущения от каждой тренировки, ну а цифры станут важным дополнительным источником информации.
