基于心率和心電圖的可穿戴設備在預防馬拉松猝死中的可行性分析

李高華

（河南農(nóng)業(yè)大學體育學院，河南 鄭州 450002）

2011年，中國田徑協(xié)會明確規(guī)定要貫徹實施《全民健身計劃（2011-2015）》，以馬拉松運動為龍頭，在開展馬拉松運動的同時，努力把馬拉松運動和全民健身結(jié)合起來，并逐步發(fā)展形成以賽事、活動為平臺，覆蓋面廣、特點鮮明的全民健身運動模式[1]。據(jù)田協(xié)的統(tǒng)計，截至2016年6月，在協(xié)會注冊備案的馬拉松及相關(guān)運動賽事達到195場，比2011年增長了近8倍。其中，2015年中國馬拉松參賽人數(shù)超過150萬人，超過2011年近4倍。另外，全國跑團的數(shù)量已超過12萬個，常年參與跑團活動的總?cè)舜纬^1000萬[2]。2016年共計330場,幾乎是2015年（134場）的2.5倍，數(shù)量的暴漲體現(xiàn)了馬拉松運動在中國的發(fā)展速度[3]。

在城市馬拉松火爆的同時，安全問題不得不引起高度警示。2004-2016年間馬拉松選手猝死事件19例，最早一例為2004年10月的北京國際馬拉松，最近的一例為2016年5月的江西德興銅礦馬拉松。涉及北京、上海、廣州、深圳等12個省市以及香港和臺灣地區(qū)[4]。這些猝死事件的發(fā)生對于城市馬拉松的發(fā)展產(chǎn)生了巨大負面影響，對于籌辦方和個人帶來不可挽回的損失。故對馬拉松賽事中可能出現(xiàn)的猝死的預防顯得尤其重要。

1 馬拉松猝死的生理學原因分析

據(jù)統(tǒng)計，運動性猝死中，90%以上都是心源性猝死[5]。平時缺乏系統(tǒng)的訓練就貿(mào)然參加馬拉松比賽，或者不遵循訓練原則，盲目地加大運動量和運動強度，都可能誘發(fā)心律失常、心肌缺血、心電圖ST段異常改變，T波倒置、高尖和心力衰竭，從而造成運動性猝死。過大的運動強度更容易引發(fā)運動性猝死，因此，鍛煉時要控制好靶心率。隨著運動穿戴設備的普及，使得在馬拉松運動中通過穿戴設備中的實時心率和動態(tài)心電圖監(jiān)控運動強度、預防猝死成為可能。

2 心率和心電圖指標與運動中猝死的關(guān)系

國內(nèi)對心率和心電圖的研究中主要集中在醫(yī)學領(lǐng)域，較少涉及到運動醫(yī)學和運動訓練學方面。龔玲綜述了大量相關(guān)文獻，得出心率是一個獨立的危險因子，全因死亡率、心血管病死率及冠脈所致病死率均隨靜息心率加快而升高，靜息心率的預測作用在心肌缺血性疾病中已被證實[6]?？煨穆蕦π难苁录陌l(fā)生有著一定的病理學意義，心率的增快可能聯(lián)系著血流動力學的改變、血管順應性下降、血管內(nèi)皮功能受損以及血管炎癥反應等。心率過度增加，增加了耗氧、減弱了冠狀動脈灌注，并可能加劇冠脈事件的發(fā)生。心率變異性實際上就是對竇性心律不齊程度的一種新秒速，反映了自主神經(jīng)系統(tǒng)對竇房結(jié)功能的綜合作用，因此可以判定自主神經(jīng)系統(tǒng)與運動員心源性猝死之間的關(guān)系[7]。

國外的相關(guān)研究成果為通過心率和心電圖來監(jiān)控馬拉松賽猝死風險提供了理論支撐。Billat等人在研究馬拉松過程中，運動員疲勞時引起心率和跑速的對應關(guān)系的變化規(guī)律，為預防馬拉松猝死提供了證據(jù)[8]。心率變異性也可能作為慢性心衰[9]和預測心臟性猝死和心律失常事件中的有價值的指標[10,11]。在心肺功礙和動脈粥樣硬化[12]。研究者還比較了猝死和慢性心力衰竭造成的死亡之間在心率變化、礦質(zhì)元素和血液指標上差異，其中認為心率的變化程度對于預測猝死具有顯著相關(guān)[13]。心電圖T波電交替圖形改變也是預測運動猝死的風險因素[14]。脈搏血氧飽和度也可以作為監(jiān)控運動猝死前期低氧血癥的有效指標[10]。運動恢復期心臟復極化異常與猝死高度相關(guān)，可以用QT-RR之間的關(guān)系作為猝死的預測參數(shù)[15]。

3 心率在運動監(jiān)控中的應用

而最大心率的公式推算是這一切利用心率來進行預防猝死的基礎(chǔ)。比較常用的是Fox推出的：HRmax=220-年齡，其實最早提出用年齡推算最大心率的是Robinson1938年提出的公式：HRmax=212-0.77╳年齡。對于一般人群而言，國際上使用較多的最大心率公式是：HRmax=208-0.5╳年齡[16]。由于個人最大心率受到年齡，訓練水平，體質(zhì)狀況，疾病狀態(tài)等因素的影響，這些公式的推導在某種程度上受到限制。Miller認為肥胖者可以用HRmax=220-0.5╳年齡，來推算最大心率[17]。因此在確定最大心率時要考慮個體因素，選擇相應的公式，最直接最準確的是采用運動測試的方法。由運動生理學知識可知，運動時的安全心率范圍可通過下面公式來確定：（60%-80%）╳（最大心率-安靜時心率）+靜息心率。所以在可穿戴設備中，可根據(jù)使用者個人的具體情況設置最大心率和安靜心率，從而控制好運動中的靶心率。

4 可穿戴設備在馬拉松猝死中應用的原理和可行性

2015年，國家大力倡導“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+運動健康”成為解決大眾健身中安全問題的重要突破口。隨著智能手機的發(fā)展和基于Android和IOS系統(tǒng)的可穿戴設備在運動健身領(lǐng)域的應用，越來越多的設備用來監(jiān)控運動中的生理指標。報道智能手機實時心電圖監(jiān)控系統(tǒng)輔助診斷競技運動員心動過速，為預防運動中猝死的發(fā)生提供了良好途徑。目前現(xiàn)有的可穿戴設備所獲得的數(shù)據(jù)反映了單一的健康指標監(jiān)測，沒有體現(xiàn)不同個體之間的差異，并且不能對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行個性化的分析對比，也沒有植入以運動醫(yī)學相關(guān)知識為背景進行數(shù)學模型的算法，很難真正意義上起到預測運動中猝死的作用。

所以本研究提出：利用運動醫(yī)學的背景知識，選取與運動誘導的心血管風險高度相關(guān)的生理指標（心率、心率變異性、心電圖各種特異性病理波形等），并結(jié)合數(shù)學建模的方法形成參考模型，與個人用戶可輸入日常運動中相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析整合，可以在個體運動中病發(fā)時或病發(fā)前及時發(fā)出報警信息終止運動，或?qū)で蠹皶r的醫(yī)療幫助，從而預防運動中風險的發(fā)生。

5 小結(jié)

心率是一個非侵入式、靈敏性很高的易變指標，通過運動中心率變化可監(jiān)控運動強度,預防馬拉松運動中的猝死風險發(fā)生。隨著移動設備的普及化，物聯(lián)網(wǎng)硬件的迅猛發(fā)展，使得通過可穿戴設備來實時監(jiān)控心率、心電圖等運動醫(yī)學相關(guān)生理指標來監(jiān)控運動中的危險成為可能。

[1]高麗麗.蘭州國際馬拉松賽的運行特征分析[D].蘭州：西北師范大學體育學院，2013.

[2]中國新聞網(wǎng).中國田徑里約奧運形勢不容樂觀將以獎牌為主要目標[EB/OL].http：//www.chinanews.com/ty/2016/06-07/7897534.shtml.2016-06-07.

[3]搜狐體育. 2016馬拉松大數(shù)據(jù)[EB/OL].http：//sports.sohu.com/ 20161226/ n4746 50993.shtml.

[4]肖克凡, 董廣新.我國馬拉松賽選手猝死事件調(diào)查研究[J].體育成人教育學刊, 2016, 32（5）：18-21.

[5]龔玲.心率：一個獨立的危險因子——現(xiàn)有的證據(jù)及基本機制[J].心血管病學進展，2009,30（4）：634-636.

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