Prevent cardiac deaths at marathons
來源：
「今早起床，感覺不太好，有點累。」
「嗯，不過我還是決定堅持完成我的跑步計劃。」
「我不是一個輕言放棄的人。」
「我相信我的精神毅力可以戰勝我的身體。」
如果你是一個跑步愛好者或一個「跑者」，你可能經常對自己說如此的話。
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。
按此比例，每一年僅僅美國就有上千萬跑步者，因為受傷而不得不暫時中斷練習，或者去醫院治療。不正確的跑步姿勢，及運動過量，是跑步損傷的主要原因。其中30％－90％是因過量運動，導致受傷。
另外據世界著名跑步雜誌《跑者世界》的一份調查顯示，每5萬名完成馬拉松的參賽者中，就有1人死亡（包括賽後24小時內的猝死者），平均每2場大型馬拉松賽事就有1人猝死。
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圖1 運動損傷
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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。
這篇文章主要結合當下時興的智慧穿戴領域新技術，透過從運動損傷預防，及運動猝死原因及現狀分析，來探討運動手錶的心電功能，是如何解決運動安全問題。
一、心電測量預防運動損傷
有研究試圖透過測量，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。疲勞狀態下的過量運動，是導致跑步損傷的主要原因之一。
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。
具備心電功能的運動手錶，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，即時監控運動強度，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。
1、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，可以透過心率變化的程度，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，並制訂個體化的運動處方。
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圖2 HRV數據統計
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2、疲勞度測試
透過運動手錶中配置的心電晶片，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。
透過心電ECG原始數據，配置醫學算法要求，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；
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圖3 埃微能量手錶P1測試疲勞度
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用戶在佩戴心電手錶後，測試疲勞度，並根據測試出的數值，即可直觀的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，會直觀的改變疲勞度數值，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。
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，而透過測量出的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。
3、疲勞度測試意義
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，透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、環境變化（溫度、高度）等，但長期監測HRV可幫助您優化訓練，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。
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圖4 心電手錶預防運動損傷原理
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HRV最直觀的回饋是，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。運動員可以透過心電手錶，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。
4、疲勞度具體應用
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，來調整鍛鍊強度。
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。
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圖5 疲勞度數值與運動強度
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如上圖所示，白色曲線代表疲勞度，條形柱狀圖代表運動量。週二測試疲勞度數值高，表示個體狀態好，可在常規運動的基礎上，加大運動量；週三測試疲勞度低，代表個體狀態不好，建議當天常規運動的基礎上，降低運動量。
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。
二、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。據義大利研究人員，在2006年報告中證實，實施篩查（包括心電圖），可使運動員因心臟病原因，而導致的死亡率相對減少89％。
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| 圖6 突發性運動猝死 |
在發生運動猝死前，猝死者的心電圖都會出現異常變化。如果能捕捉到心電異常的變化，並加以及時治療，那麼對預防運動猝死有極大貢獻。
拋開醫療資源及費用原因，醫生及科學家們，大都贊同心電圖檢查，對預防運動猝死具備重要意義。
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症狀，進行自動分析與診斷。十二導聯心電監測設備，通常是體積龐大的固定式裝置，購置成本較高，主要用於醫院，或其他集中性醫療服務場所。
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圖7 醫院採用十二導聯測量心電
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智慧手錶上增加心電晶片，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。
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。
透過心電手錶來測量，及記錄心電數值，特別是在運動員突發心悸、胸悶、頭暈、胸痛等症狀時，能即時監測，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的參考。
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圖8 APP展示心電手錶測試及記錄的心電
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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，那麼對心臟早期隱憂問題的判斷和分析，則有巨大預防意義。
醫院的十二導聯心電監測機，雖然測量精準，但是無法做到即時記錄，而會致使發送心臟異常時的數據缺失。
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。
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圖9 心電手錶預防運動猝死原理
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運動手錶上增加一個高品質的心電晶片，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。
埃微能量運動手錶P1在經過長達一年半的研發週期，在手錶內增加了高精度心電晶片，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，醫學使用價值較大。
埃微作為精準運動理念的倡導者和先行者，同時也作為智慧穿戴領域的首批參與者，未來將會在運動健康領域，貢獻更多的創新而實用的產品及解決方案。
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