Zegarek sportowy nie odczytuje pracy serca bezpośrednio – oświetla skórę światłem diody i wylicza tętno ze zmian objętości krwi w mikrokrążeniu, podczas gdy pas piersiowy rejestruje elektryczną czynność serca. Ta sama liczba na ekranie może więc pochodzić z dwóch różnych zjawisk fizycznych, zależnie od tego, co ją zmierzyło.
Ta różnica nie jest szczegółem technicznym. Widać ją w badaniach walidacyjnych, w których ten sam wysiłek daje na nadgarstku i na klatce piersiowej odczyty rozjeżdżające się o kilkanaście uderzeń na minutę.
Poniżej opisano zasadę działania obu metod, źródła zakłóceń w odczycie z nadgarstka oraz to, jak dokładność zmienia się wraz z rodzajem ruchu, miejscem założenia czujnika i pigmentacją skóry.
|
Czym różni się pomiar optyczny od elektrycznego?
Obie metody odpowiadają na to samo pytanie, ale mierzą co innego. Pas piersiowy sięga po sygnał elektryczny, a zegarek po odbicie światła od tkanki.
Przegląd czujników tętna opublikowany w czasopiśmie „Sensors” (2022) porządkuje je według zjawiska fizycznego, na którym stoi pomiar, i wymienia trzy kategorie: elektrokardiografię, fotopletyzmografię i mechanokardiografię. Pas piersiowy należy do pierwszej, czujnik w zegarku do drugiej.
Elektrokardiografia zapisuje elektryczną czynność serca. Fotopletyzmografia mierzy światło odbite od łożyska naczyniowego skóry, a krew w tych naczyniach pulsuje w rytm kolejnych uderzeń. Pierwsza sięga więc po sygnał, który serce wytwarza samo, druga po jego ślad w naczyniach skóry. Im dalej od źródła, tym więcej czynników może ten sygnał zaburzyć. Fotopletyzmografia jest przy tym kluczową techniką czujnikową w urządzeniach noszonych, takich jak smartwatche i opaski sportowe, co odnotowuje mapa drogowa tej technologii z „Physiological Measurement” (2023).
| Sposób pomiaru | Co jest rejestrowane | Skąd bierze się liczba tętna |
|---|---|---|
| Pas piersiowy z elektrodami | elektryczna czynność serca | z odstępów między kolejnymi uderzeniami |
| Czujnik optyczny w zegarku | światło odbite od łożyska naczyniowego skóry | z tętniącej składowej zapisu, powtarzającej rytm serca |
Na czym polega fotopletyzmografia?
Fotopletyzmografia to prosta i tania technika optyczna, którą można wykrywać zmiany objętości krwi w mikrokrążeniu tkanki.
Tak definiuje ją praca przeglądowa z „Physiological Measurement” (2007). Pomiaru dokonuje się zwykle nieinwazyjnie, na powierzchni skóry. W urządzeniu noszonym oznacza to diodę świecącą w stronę skóry i detektor zbierający światło odbite od łożyska naczyniowego.
Zapis, który z tego powstaje, ma dwie warstwy. Pierwsza tętni w rytm serca i odpowiada zmianom objętości krwi przy każdym uderzeniu. Druga zmienia się wolno i niesie składowe o niższej częstotliwości, przypisywane oddychaniu, aktywności układu współczulnego i termoregulacji. Tętno powstaje z pierwszej warstwy, odsianej od drugiej.
Sam mechanizm nie jest do końca poznany. Autorzy przeglądu z 2007 roku zaznaczają, że źródła poszczególnych składowych tego sygnału nie są w pełni zrozumiane, choć przyjmuje się, że sygnał niesie wartościowe informacje o układzie krążenia.
Jak pas piersiowy odczytuje pracę serca?
Pas piersiowy odczytuje elektryczną czynność serca i wyznacza odstępy między kolejnymi uderzeniami. W badaniu dziesięciu osób taki pas rozpoznał poprawnie 99,6% odstępów RR, a przy wysiłku o dużej intensywności 99,4%.
Porównanie opublikowano w „European Journal of Applied Physiology” (2019). Dziesięć osób wykonało pięć czynności o intensywności od niskiej do wysokiej, nosząc jednocześnie pas piersiowy i holter EKG. Odniesieniem była wzrokowa ocena surowego zapisu elektrokardiograficznego, a miarą jakości udział poprawnie wykrytych odstępów między uderzeniami. Holter uzyskał 94,6% w całym protokole i 89,8% przy czynnościach o wysokiej intensywności.
Zgodność pasa z zapisem EKG sprawdzono również podczas jazdy na rowerze do wyczerpania. W osobnym badaniu z „Sensors” (2022) dwadzieścia pięć osób wykonało rampę obciążeniową. W fazie wysiłkowej obciążenie było istotne statystycznie dla wszystkich zmiennych, ale dla odstępów między uderzeniami i dla tętna jego wielkość pozostała minimalna.
Skąd biorą się zakłócenia w odczycie z nadgarstka?
Czujnik na nadgarstku przylega do skóry luźno, więc ruch wprowadza do sygnału optycznego silniejsze i bardziej złożone zakłócenia. Jedno z proponowanych rozwiązań odejmuje je, biorąc za odniesienie zapis z trójosiowego akcelerometru.
Tak opisuje problem praca z „IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics” (2018), poświęcona odszumianiu sygnału z nadgarstka. Zaproponowane w niej rozwiązanie korzysta z czterech sygnałów odniesienia: trzech osi akcelerometru i różnicy między dwoma sygnałami optycznymi. Z każdej oczyszczonej wersji zapisu powstaje osobne oszacowanie tętna, a wybierana jest ta wartość, która leży najbliżej oszacowania z poprzedniego okna czasowego.
Autorzy pracy walidacyjnej z „JMIR mHealth and uHealth” (2025) podają, że zielone światło w fotopletyzmografii zmniejsza zakłócenia ruchowe w pomiarze tętna.
Ruch nie jest jedynym czynnikiem. Praca walidacyjna z „JMIR Cardio” (2025) wymienia obok niego miejsce noszenia czujnika, przepływ krwi i aktualizacje oprogramowania urządzenia.
Jak dokładny jest odczyt optyczny przy różnych formach ruchu?
Dokładność odczytu optycznego zależy od rodzaju ruchu. W badaniu pięćdziesięciu osób zgodność z zapisem EKG wyniosła 0,996 dla pasa piersiowego i od 0,67 do 0,92 dla pięciu urządzeń optycznych, a na orbitreku z ruchomymi ramionami żadne z nich nie osiągnęło progu przyjętego przez autorów.
Badanie opublikowano w „Medicine and Science in Sports and Exercise” (2017). Pięćdziesiąt dorosłych osób w wieku 38 ± 12 lat wykonało protokoły na bieżni, rowerze stacjonarnym i orbitreku, w wariancie z ruchem ramion i bez niego. Na bieżni wszystkie urządzenia poza jednym uzyskały zgodność od 0,88 do 0,93. Przy jeździe na rowerze próg 0,80 przekroczyły trzy z nich. Na orbitreku bez ruchomych ramion dokładne było jedno urządzenie, ze zgodnością 0,94, a na orbitreku z ruchomymi ramionami żadne. Autorzy podsumowali, że dokładność optycznych czujników tętna zmienia się wraz z rodzajem wysiłku i była najwyższa na bieżni, a najniższa na orbitreku.
Analiza opublikowana w „JMIR mHealth and uHealth” (2025) objęła 77,5 godziny zapisów od dwudziestu sześciu osób uprawiających sześć dyscyplin. Podczas biegu odczyt zegarka odbiegał od pasa piersiowego średnio o 0,1 uderzenia na minutę, przy średnim błędzie procentowym 1,2%. W badmintonie i piłce nożnej ta sama opaska zaniżała odczyt średnio o 16,5 uderzenia, przy błędzie 16,2% i 17,5%. Zdaniem autorów wyniki sugerują dużą wrażliwość na zakłócenia ruchowe przy czynnościach z gwałtownymi i przypadkowymi ruchami ramion. Sami zaznaczają przy tym, że ruchu ramion nie mierzyli, co ogranicza ich wnioski.
Osobno sprawdzono bieg w terenie. W pracy z „PLoS One” (2020) dwadzieścia jeden osób przebiegło w terenie 3,22 km, najpierw pod górę, potem z powrotem w dół. Średni błąd procentowy urządzeń optycznych wyniósł od 6% do 23%, a najniższą wartość, 2%, osiągnął zegarek współpracujący z pasem piersiowym, czyli urządzenie spoza tej grupy. Autorzy podsumowali, że w tych warunkach wszystkie urządzenia fotopletyzmograficzne wykazały słabą zgodność tętna.
Część pomiarów wypada jednak wyraźnie lepiej. W pracy z „JMIR mHealth and uHealth” (2017) dwadzieścia cztery osoby biegły w terenie z intensywnością submaksymalną, w tempie dobieranym przez siebie, a czujnik nadgarstkowy odczytał tętno ze średnim błędem procentowym 1,9%. Oświadczenie o konflikcie interesów wymienia przy tej pracy czterech autorów: dwóch jest pracownikami producenta badanego urządzenia, a dwóch było przez niego zatrudnionych w okresie prowadzenia badania. W materiałach konferencyjnych IEEE EMBC (2021) opisano z kolei pomiar laboratoryjny na bieżni u dziesięciu osób, w którym jeden zegarek zszedł poniżej 5%, a inne urządzenie noszone na nadgarstku przekroczyło 15%.
| Warunki pomiaru | Odniesienie | Wynik urządzeń optycznych |
|---|---|---|
| Bieżnia, rower stacjonarny i orbitrek, 50 osób (2017) | zapis EKG | zgodność od 0,67 do 0,92; na orbitreku bez ruchomych ramion dokładne było jedno urządzenie, z ruchomymi żadne |
| Sześć dyscyplin w warunkach naturalnych, 26 osób (2025) | pas piersiowy | bieg 1,2% błędu, badminton 16,2%, piłka nożna 17,5% |
| Bieg terenowy na 3,22 km, 21 osób (2020) | pas piersiowy | błąd od 6% do 23%, słaba zgodność wszystkich urządzeń optycznych |
| Bieg w terenie w tempie dobieranym przez badanych, 24 osoby (2017) | zapis EKG | błąd 1,9%, czterech autorów w stosunku zatrudnienia z producentem |
| Bieżnia w laboratorium, 10 osób (2021) | pas piersiowy | jedno urządzenie poniżej 5%, drugie powyżej 15% |
Odczyt tętna jest przy tym wsadem do innych liczb pokazywanych przez zegarek, między innymi do algorytmu, z którego powstaje szacunek pułapu tlenowego, oraz do podziału na zakresy tętna w bieganiu.
Dlaczego odczyt spóźnia się przy zmianach intensywności?
Odczyt optyczny gorzej znosi przejścia między spoczynkiem a wysiłkiem. W badaniu trzydziestu osób spadek tętna po zakończeniu wysiłku pojawiał się w odczycie badanego zegarka później niż w zapisie EKG w 97% przypadków.
Protokół opisano w „International Journal of Sports Physiology and Performance” (2024). Trzydzieści osób wykonało dwie trzynastominutowe sekwencje złożone z trzech minut spoczynku, pięciu minut wysiłku o intensywności submaksymalnej i pięciu minut biernego wypoczynku, na bieżni i na cykloergometrze. Autorzy wskazują, że dokładność tętna mierzonego nadgarstkowym czujnikiem optycznym zmienia się właśnie w przejściach ze spoczynku do wysiłku i z wysiłku do spoczynku.
Co zmienia miejsce założenia czujnika?
Ten sam rodzaj czujnika daje inny błąd zależnie od tego, gdzie został założony. W badaniu szesnastu osób czujnik optyczny na ramieniu miał średni błąd bezwzględny 1,43 uderzenia na minutę, a zegarek na nadgarstku niedominującym 6,41.
Dane pochodzą z pracy w „JMIR Cardio” (2025). Szesnaście osób wykonało dziewięć czynności o różnej intensywności, od leżenia po trening interwałowy o wysokiej intensywności, każdą dwukrotnie, a odniesieniem był pas piersiowy z elektrodami. Czujnik na ramieniu zaniżał odczyt średnio o 0,05 uderzenia na minutę, przy średnim błędzie bezwzględnym 1,43 uderzenia i błędzie procentowym 1,35%. Zegarek na nadgarstku niedominującym zawyżał odczyt średnio o 2,56 uderzenia, przy średnim błędzie bezwzględnym 6,41 uderzenia i błędzie procentowym 6,82%.
Powtarzalność odczytu z nadgarstka zależała przy tym od czynności i wahała się od 3,64% przy siedzeniu po wysiłku do 23,03% przy leżeniu.
Bliżej serca nie znaczy jednak automatycznie dokładniej. W protokole na pięćdziesięciu osobach z „Medicine and Science in Sports and Exercise” (2017) czujnik noszony na przedramieniu uzyskał zgodność 0,75, czyli niższą niż trzy z czterech zegarków nadgarstkowych, które osiągnęły 0,92, 0,83 i 0,81. Wyżej wypadł tylko od czwartego, ze zgodnością 0,67.
Czy pigmentacja skóry wpływa na odczyt?
Melanina zmienia pochłanianie światła przez skórę, więc pigmentacja może wpływać na sygnał optyczny. Wyniki badań się jednak rozchodzą: w przeglądzie dziesięciu prac cztery wykazały gorszą dokładność przy ciemniejszej karnacji, cztery nie wykazały wpływu, a dwie dały wyniki mieszane.
Przegląd systematyczny z „Journal of Racial and Ethnic Health Disparities” (2023) objął dziesięć prac i 469 uczestników. Jego autorzy określają dotychczasowe dane jako niejednoznaczne i wskazują na potrzebę badań o większej liczebności prób oraz o bardziej obiektywnym podziale uczestników według karnacji.
Nowsze badanie zmierzyło pigmentację przyrządem. W pracy z „European Journal of Applied Physiology” (2026) u dwudziestu ośmiu osób karnację oceniono kolorymetrem, a tętno rejestrowano trzema urządzeniami optycznymi wobec pasa piersiowego. Braki danych występowały nieproporcjonalnie często u osób o ciemnej karnacji w dwóch z trzech urządzeń, a od 56% do 62% wartości odstających przypadało na tę grupę we wszystkich trzech. Sam błąd pomiaru tętna wzrósł natomiast w niewielkim stopniu, o około jedno uderzenie na minutę, i tylko dla jednego urządzenia.
Metaanaliza z „Journal of Medical Internet Research” (2024) objęła cztery prace nad tętnem z urządzeń noszonych, łącznie 176 osób. Granice zgodności były przy ciemnej pigmentacji szersze niż przy jasnej, natomiast samo obciążenie pomiaru nie zależało od pigmentacji w sposób istotny statystycznie ani klinicznie. W badaniu z „JMIR mHealth and uHealth” (2025), obejmującym dwadzieścia sześć osób uprawiających sześć dyscyplin, również nie zaobserwowano wpływu karnacji na obciążenie pomiaru.
Najczęstsze pytania o pomiar tętna w zegarku
Co to jest fotopletyzmografia?
To optyczna metoda wykrywania zmian objętości krwi w drobnych naczyniach tkanki, opisana w przeglądzie z „Physiological Measurement” (2007) jako technika prosta i tania, stosowana nieinwazyjnie na powierzchni skóry. W zegarku sprowadza się do diody świecącej w stronę skóry i detektora zbierającego światło odbite. Rytm serca odczytuje się z tętniącej składowej tego sygnału, oddzielonej od wolno zmiennego tła, które przypisuje się oddychaniu, aktywności układu współczulnego i termoregulacji.
Dlaczego zegarek pokazuje inne tętno niż pas piersiowy?
Bo obie metody mierzą co innego. Pas odbiera elektryczną czynność serca, a zegarek obserwuje jej skutek na obwodzie ciała, czyli pulsowanie krwi w naczyniach skóry. Do tego dochodzi ruch, który przy luźnym styku czujnika ze skórą silnie zaburza sygnał optyczny. Pomiar na pięćdziesięciu osobach, opisany w „Medicine and Science in Sports and Exercise” (2017), dał pasowi zgodność z zapisem EKG na poziomie 0,996, a urządzeniom optycznym od 0,67 do 0,92.
Przy jakim ruchu odczyt z nadgarstka rozjeżdża się najbardziej?
Przy ruchu zmiennym i szarpanym. W analizie 77,5 godziny zapisów od dwudziestu sześciu osób, opublikowanej w „JMIR mHealth and uHealth” (2025), różnica wobec pasa piersiowego wynosiła podczas biegu 0,1 uderzenia na minutę, a w badmintonie i piłce nożnej 16,5 uderzenia. W badaniu z „Medicine and Science in Sports and Exercise” (2017) żadne z pięciu urządzeń optycznych nie osiągnęło progu przyjętego przez autorów na orbitreku z ruchomymi ramionami.
Czy czujnik na ramieniu mierzy inaczej niż zegarek na nadgarstku?
Tak, choć nie zawsze na korzyść ramienia. Według pomiaru z „JMIR Cardio” (2025) opaska założona na ramieniu odbiegała od pasa piersiowego średnio o 1,43 uderzenia na minutę, a zegarek na nadgarstku niedominującym o 6,41. Odwrotny układ dało badanie z „Medicine and Science in Sports and Exercise” (2017). Tam czujnik na przedramieniu wypadł słabiej niż trzy z czterech porównywanych zegarków nadgarstkowych.
Czy pas piersiowy też się myli?
Jego odczyt również nie jest bezbłędny, ale w pomiarach wypada bliżej zapisu EKG. Pomiar na dziesięciu osobach z „European Journal of Applied Physiology” (2019), obejmujący pięć czynności o intensywności od niskiej do wysokiej, dał pasowi 99,6% poprawnie rozpoznanych odstępów między uderzeniami, a przy czynnościach o wysokiej intensywności 99,4%. Porównywany z nim holter EKG uzyskał odpowiednio 94,6% i 89,8%.
Czy kolor skóry wpływa na pomiar tętna?
Dane są niejednoznaczne. Melanina może zmniejszać ilość światła przechodzącego przez skórę, ale przegląd dziesięciu prac z 469 uczestnikami, opublikowany w „Journal of Racial and Ethnic Health Disparities” (2023), przyniósł cztery wyniki wskazujące na gorszą dokładność przy ciemniejszej karnacji, cztery bez takiego wpływu i dwa mieszane. W badaniu z „European Journal of Applied Physiology” (2026) pogarszała się głównie jakość danych, czyli częstość braków i wartości odstających, a nie sam błąd pomiaru.