Wearables – jak urządzenia noszone zmieniają nasze zdrowie

 Wearables jako technologia medyczna stały się w ostatnim czasie integralną częścią osobistej analityki, oferując mierzenie i rejestrację parametrów fizjologicznych oraz informując o harmonogramie przyjmowania leków. Stale rozwijające się platformy technologiczne nie tylko pomagają w prowadzeniu zdrowszego trybu życia, ale także dostarczają dane medyczne do aktywnego śledzenia stanu metabolicznego, diagnostyki oraz leczenia. W erze dynamicznego postępu technologicznego, wearables stały się nieocenionym narzędziem w medycynie, oferując zarówno pacjentom, jak i lekarzom nowoczesne metody monitorowania i poprawy zdrowia, które jeszcze kilka lat temu były tylko futurystycznymi wizjami.

Wprowadzenie do technologii wearables w medycynie

Wearables to akcesoria, które posiadają wbudowany komputer z zaawansowanymi technologiami elektronicznymi. W dobie rozwoju Internetu Rzeczy nie mogło zabraknąć urządzeń noszonych, czyli tzw. Wearables. Urzędzenia noszone są częścią sieci obiektów fizycznych, które zostały wyposażone w elektronikę, czujniki oraz oprogramowanie. Dzięki tym wszystkim komponentom możliwe jest łączenie się pomiędzy sobą, producentem takiego sprzętu i innymi użytkownikami, bez potrzeby ingerencji człowieka. 

Coraz częściej urządzenia typu wearables są wykorzystywane przez specjalistów medycznych do dostarczania danych klinicznych na temat pacjentów. W praktyce określane jest to jako Wearable DHT (Wearable Digital Health Technology). W 2020 r. około 84 mln Amerykanów korzystało z aplikacji zdrowotnych[1], a na świecie ponad 200 mln smartwatchy dostarczało informacji zdrowotnych. W 2022 r. 45% Amerykanów nosiło smartwatche, z czego 92% używało ich do dbania o zdrowie[2]. W Polsce popularność wearables również wzrastała. Od 2017 r. wdrażano technologie mHealth, które nabrały znaczenia podczas pandemii COVID-19, m.in. poprzez aplikację Domowa Opieka Medyczna. W 2022 r. wprowadzono Program Rozwoju e-Zdrowia na lata 2022-2027, wspierający użycie cyfrowych narzędzi mHealth, jak aplikacja mojeIKP, która ułatwia dostęp do e-recept i dokumentacji medycznej[3][4].

Podobnie jak na rynku światowym, aplikacje m-zdrowia są wykorzystywane do zarządzania chorobami, a w niektórych przypadkach praktykowania samoopieki. Jak widać jest to zgodne z szerszymi trendami europejskimi, w których mHealth nabiera rozpędu. Najczęściej to widać w przypadku chorób niezakaźnych, na przykład cukrzycy i chorób układu krążenia[5].

Jak działają wearables?

Wearables to urządzenia elektroniczne noszone na ciele, takie jak smartwatche, inteligentna odzież i monitory fitness, które monitorują parametry zdrowotne i sprawnościowe w czasie rzeczywistym, m.in. aktywność fizyczną, tętno i wzorce snu. Wyposażone są w sensory, jak akcelerometry śledzące ruch oraz czujniki tętna (np. zielone diody LED w Xiaomi Mi Band), które mierzą przepływ krwi. Gdy tętno przekroczy normę, urządzenie może wibrować, ostrzegając użytkownika. Prawidłowe tętno u dorosłych wynosi ok. 70, a u osób starszych – ok. 80 uderzeń na minutę.

Urządzenia typu wearables wyposażone są też w czujnik GPS, aby śledzić swoją aktualną lokalizację. Swoją aktywność można udostępnić w social mediach, aby „pochwalić się” swoją aktywnością oraz zainspirować swoich znajomych do podejmowania podobnych aktywności. Bazując na publikacji[6] optymalna liczba kroków dziennie dla zdrowia różni się w zależności od wieku i codziennej aktywności. Zatem liczba przebytych kroków będzie się różniła ten w zależności od tego, czy wykonujemy pracę fizyczną czy umysłową. W przypadku osób dorosłych w wieku poniżej 60 lat wykonywanie od 8 000 do 10 000 kroków dziennie wiąże się z niższym ryzykiem przedwczesnej śmierci w wyniku chorób przewlekłych. W przypadku osób dorosłych w wieku 60 lat i starszych korzyści zdrowotne wyrównują się między 6000 a 8000 kroków dziennie, co oznacza, że chodzenie więcej niż w tym zakresie nie zapewnia dodatkowych korzyści dla długowieczności, ale nadal może poprawić kondycję i ogólne samopoczucie. Na podstawie publikacji[7] w zaktualizowanej metaanalizie możemy wysnuć wniosek, że im więcej kroków, tym obniża się ryzyko śmierci. Już przy 3 143 krokach dziennie zaczynamy odczuwać pozytywne efekty ochronne dla zdrowia. Co więcej, na każde dodatkowe 1 000 kroków, ryzyko śmierci maleje o 9%. Najlepsze rezultaty zaobserwowano u osób wykonujących ponad 12 500 kroków dziennie, które miały aż o 65% niższe ryzyko śmierci w porównaniu z tymi, które wykonywały mniej kroków. Codzienne spacery – nawet te krótsze – mają ogromny wpływ na nasze zdrowie, a im więcej się ruszamy, tym większą ochronę zyskujemy. Warto pamiętać, że nawet umiarkowana aktywność przynosi wyraźne korzyści. 

Zagłębiliśmy się w działanie podstawowych sensorów w urządzeniach typu wearable, ale warto też zaznaczyć, że również ważne są elementy, które są montowane w bardziej zaawansowanych urządzeniach. Mowa o czujnikach EEG, które rejestrują aktywność serca i potencjalne nieprawidłowości w jego pracy. Zastosowanie czujnika EEG możemy wykorzystać jako narzędzie do monitorowania snu. W badaniu [8] przetestowano 6 modeli opasek, które występowały w 4 klasach urządzeń: opaska na głowę oparta na EEG, aktygrafia klasy badawczej, iteracyjnie ulepszany tracker konsumencki i tani tracker konsumencki. Główne technologie:, które zostały wyprodukowane urządzenia to opaska Dreem 3, Actigraph GT9X, Oura Ring Gen3, Fitbit Sense, Xiaomi Mi Band 7 czy Axtro Fit3. Ochotnicy, którzy testowali ww. urządzenia spędzili noc w laboratorium od położenia się spać aż do czasu przebudzenia. Przeprowadzono analizę rozbieżności sen/czuwanie (2-etapowe) i sen/czuwanie (4-etapowe; czuwanie/światło/głębokie/szybkie ruchy gałek ocznych) (urządzenia vs. polisomnografia). Po zebraniu wszystkich wyników i dokładnej analizie, badacze z Sleep and Cognition Laboratory, National University of Singapore zgodnie uznali, że najlepiej z tym zadaniem poradziło sobie urządzenie Dreem 3, w tym najniższym całkowitym czasem snu, wydajnością snu, opóźnieniem początku snu i rozbieżnościami wybudzenia po rozpoczęciu snu w porównaniu z polisomnografią.

 

Proporcjonalne odchylenia były powodowane przez noce z gorszym snem (dłuższe opóźnienia rozpoczęcia snu i/lub wybudzanie po rozpoczęciu snu). Dreem oparty na EEG jest zalecany do oceny niskiej jakości snu lub gdy wymagana jest najwyższa dokładność oceny snu. Iteracyjnie ulepszane urządzenia do śledzenia snu inne niż EEG (Oura, Fitbit) równoważą dokładność klasyfikacji z dobrze tolerowanym i ekonomicznym wdrożeniem na dużą skalę i są zalecane do badań obejmujących głównie zdrowe osoby śpiące. 

Każde urządzenie można połączyć bezprzewodowo ze smartfonem lub komputeram za pomocą technologii Bluetooth lub Wi-Fi. Umożliwia to synchronizację i analizę danych w odpowiednich aplikacjach lub platformach zdrowotnych, takich jak Apple Health lub Google Fit. Niektóre urządzenia wearables mają własną łączność komórkową, co pozwala im działać niezależnie od telefonu. 

Zastosowania wearables w opiece zdrowotnej

Wearables zrewolucjonizowały opiekę zdrowotną, oferując ciągłe monitorowanie parametrów życiowych i aktywności pacjentów w czasie rzeczywistym. Urządzenia te, w tym smartwatche, urządzenia do monitorowania kondycji, a nawet inteligentna odzież, dostarczają szeregu danych zdrowotnych, takich jak tętno, poziom tlenu we krwi, wzorce snu i aktywność fizyczna. Wearbles są powszechnie wykorzystywane do monitorowania pacjentów z chorobami przewlekłymi, jak na przykład astma oskrzelowa, cukrzyca czy arytmia. Urządzenia śledzą poziom cukru we krwi, wykrywają nieregularne rytmy serca i monitorują nasycenie tlenem. Przy astmie przychodzą z pomocą aplikację, gdzie można codziennie praktykować poprawne oddychanie. 

Podczas pandemii COVID-19 urządzenia wearables umożliwiały pracownikom ochrony zdrowia śledzenie objawów choroby, jak na przykład tętno czy poziom tlenu w czasie rzeczywistym. 

Urządzenia zachęcają użytkowników do aktywności poprzez codzienne śledzenie ilości wykonanych kroków, odnotowywania spożytych kalorii czy rutynowych ćwiczeń[10]. Dane z tych urządzeń mogą być powiązane z innymi aplikacjami. W tym przy telefonach z systemem Android/iOS możemy powiązać opadkę Xiaomi Mi Band z aplikacją Zepp Life czy Mi Fitness. 

Urządzenia, które nosimy w domu śledzą filozoficzne oznaki stresu i niepokoju poprzez zmianę tempa tętna (HRV) i mogą dostarczać alerty w czasie rzeczywistym. Mogą także zachęcać do czasu relaksacji. Okazało się to przydatne w zarządzaniu stanami zdrowia psychicznego, takimi jak depresja i lęk[11].

Wyzwania i ograniczenia technologii wearables

Technologie wearables oferują znaczny potencjał w zakresie poprawy opieki zdrowotnej, ale wiążą się również z kilkoma kluczowymi wyzwaniami i ograniczeniami. Urządzenia typu wearables stale gromadzą wrażliwe dane zdrowotne, a przechowywanie tych danych, zwłaszcza na platformach chmurowych, może narazić je na nieautoryzowany dostęp. Zapewnienie zgodności z przepisami dotyczącymi prywatności, takimi jak ogólne rozporządzenie o ochronie danych (RODO), ma zasadnicze znaczenie dla ochrony informacji o użytkownikach[12]. 

Dokładność danych gromadzonych przez urządzenia wearables może się różnić w zależności od typu urządzenia i zastosowanego czujnika. Na przykład monitorowanie tętna za pomocą smartwatcha może różnić się od odczytów dokonywanych przez urządzenia klasy medycznej. Ta zmienność może prowadzić do niespójnych danych, wpływając na niezawodność urządzeń wearables w warunkach klinicznych[13]. 

Urządzenia wearables pochodzą od różnych producentów, a ich formaty danych często nie są standaryzowane, co utrudnia dostawcom opieki zdrowotnej integrację informacji z różnych urządzeń w spójny system. Ten brak interoperacyjności ogranicza możliwość skutecznego wykorzystywania danych z urządzeń do noszenia na różnych platformach opieki zdrowotnej.

Podsumowanie

Wearable technologie, choć rewolucyjne w opiece zdrowotnej, napotykają na istotne wyzwania, które ograniczają ich skuteczność.  Gromadzenie wrażliwych informacji zdrowotnych przez urządzenia noszone, takich jak smartwatche, stwarza ryzyko naruszenia prywatności. Dane przechowywane w chmurze są szczególnie podatne na ataki, co wymaga ścisłej ochrony zgodnej z przepisami, takimi jak RODO. 

Warto pokreślić, że nie wszyscy mają dostęp do technologii noszonych, co tworzy „przepaść cyfrową.” Czynnik ekonomiczny wpływa na nierówności w dostępie do monitorowania zdrowia za pomocą wearables. Ponadto, częsta potrzeba ładowania urządzeń może być uciążliwa, co zmniejsza ich użyteczność, zwłaszcza w długoterminowym monitorowaniu zdrowia osób starszych czy przewlekle chorych. Niemniej jednak podjęcie kroków w celu rozwiązania tych problemów, takich jak poprawa zabezpieczeń danych, standaryzacja urządzeń oraz promowanie dostępu do technologii noszonych, może zwiększyć ich użyteczność w opiece zdrowotnej.

References

[1] Phaneuf, A. (2020). The number of health and fitness app users increased 27% from last year. Insider Intelligence.

[2] Ruby D. Smartwatch statistics 2023: how many people use smartwatches? Demandsage. March 6, 2023 (https://www.demandsage.com/smartwatch-statistics/).

[3] Informacje na temat badania mHealth - https://law4tech.pl/mhealth/

[4] Program Rozwoju e-Zdrowia na lata 2022-2027 - https://www.gov.pl/web/zdrowie/program-rozwoju-e-zdrowia-na-lata-2022-2027

[5] Report by the Director-General, mHealth: Use of appropriate digital technologies for public health - https://apps.who.int/gb/ebwha/pdf_files/WHA71/A71_20-en.pdf 

[6] Jayedi, A., Gohari, A. & Shab-Bidar, S. Daily Step Count and All-Cause Mortality: A Dose–Response Meta-analysis of Prospective Cohort Studies. Sports Med 52, 89–99 (2022). https://doi.org/10.1007/s40279-021-01536-4

[7] Rodríguez-Gutiérrez, E., Torres-Costoso, A., del Pozo-Cruz, B., de Arenas-Arroyo, S. N., Pascual-Morena, C., Bizzozero-Peroni, B., & Martínez-Vizcaíno, V. (2024). Daily steps and all-cause mortality: An umbrella review and meta-analysis. Preventive Medicine, 108047.

[8] Ong, J. L., Golkashani, H. A., Ghorbani, S., Wong, K. F., Chee, N. I., Willoughby, A. R., & Chee, M. W. (2024). Selecting a sleep tracker from EEG-based, iteratively improved, low-cost multisensor, and actigraphy-only devices. Sleep Health, 10(1), 9-23.

[9] Gaiduk, M., Serrano Alarcón, Á., Seepold, R., & Martínez Madrid, N. (2023). Current status and prospects of automatic sleep stages scoring. Biomedical engineering letters, 13(3), 247-272.

[10] Okechukwu, C.E. The neurophysiologic basis of the human sleep–wake cycle and the physiopathology of the circadian clock: a narrative review. Egypt J Neurol Psychiatry Neurosurg 58, 34 (2022). https://doi.org/10.1186/s41983-022-00468-8

[11] Mutti, C., Misirocchi, F., Zilioli, A., Rausa, F., Pizzarotti, S., Spallazzi, M., & Parrino, L. (2022). Sleep and brain evolution across the human lifespan: A mutual embrace. Frontiers in Network Physiology, 2, 938012.

[12] AlMazrouei, A., Alzoubi, A. A., & Alzoubi, H. M. (2024). Data Protection and Privacy Management for Healthcare Wearable Devices. In Technology Innovation for Business Intelligence and Analytics (TIBIA) Techniques and Practices for Business Intelligence Innovation (pp. 313-321). Cham: Springer Nature Switzerland. 

[13] Halba, K., Griffor, E., Lbath, A., & Dahbura, A. (2023). IoT capabilities composition and decomposition: A systematic review. IEEE Access, 11, 29959-30007.