С появлением фитнес-трекеров и другой носимой электроники сразу возникла идея, что эти гаджеты можно использовать для мониторинга здоровья. Ведь известно, что многие физиологические параметры дают важнейшую информацию о здоровье человека. Например, частота сердечных сокращений, артериальное давление, температура тела.

Носимые гаджеты постоянно отслеживают жизненные показатели в пассивном режиме, отправляя результаты на компьютер пользователя или лечащего врача, не требуя особого обслуживания или предварительного обучения перед началом использования.

Специалисты из Медицинской школы Стенфордского университета провели масштабное исследование, чтобы определить, насколько полезны на практике результаты измерений. Во всех случаях использовались устройства, которые есть в открытой продаже.

Раньше измерить физиологические параметры можно было только в кабинете врача, что представляло собой проблему — изменения в показателях зачастую выявлялись слишком поздно, ведь «здоровый» человек редко посещает врача для обычной проверки. Кроме того, физиологические параметры сильно варьируются в зависимости от возраста, пола, уровня физической подготовки и других факторов. Доктор при изучении показателей конкретного пациента обычно сравнивает их со средними показателями у населения, а это не всегда адекватная оценка из-за большого разбоса индивидуальных показателей.

Майкл Снайдер (Michael Snyder), профессор Медицинской школы Стенфордского университета, ведущий автор научной работы о фиксации отклонений в физиологических параметрах человека с помощью носимой электроники и корреляциях с заболеваниями, демонстрирует носимую электронику

В результате, слишком длительные периоды между измерениями сильно затрудняют определение изменений в состоянии здоровья конкретного человека. Получать постоянную информацию об этих показателях было бы значительным подспорьем для лечащего врача.

В процессе исследования в Стенфордском университете было собрано примерно 2 млрд результатов измерений от 60 человек. Это непрерывный поток данных с носимых биосенсоров и периодические анализы в медицинской лаборатории. В лаборатории брали анализ крови, проверяли экспрессию генов и делали другие более продвинутые тесты, чтобы выявить симптомы болезней.

Важной задачей исследования было определить «базовый уровень» нормальных физиологических показателей для каждого конкретного человека — и установить, насколько отклонения от этого базового уровня определяются с помощью носимой электроники и как эти отклонения коррелируют с реальными заболеваниями людей.

Каждый из участников эксперимента постоянно носил от 1 до 8 трекеров. Врачи фиксировали изменения в весе пациентов, сердечном ритме, уровне кислорода в крови, температуре кожи и активности людей, включая сон, ходьбу, бег и езду на велосипеде, потраченные калории и даже облучение гамма-лучами и рентгеновским излучением в обычной жизни.

Уровень облучения одного из пациентов в 25-дневный период. Фиолетовым цветом (нижние столбцы) отмечено время, проведённое в полёте. Звёздочки — сканирование ручной клади при регистрации на рейсы в аэропортах

В целом был собран очень большой объём данных.

Базовые показатели одного из пациентов

Исследование показало, что после вычисления базового уровня физиологических параметров действительно появляется возможность выявлять отклонения от базового уровня. Можно устанавливать корреляцию этих отклонений с внешними факторами, в том числе природными факторами, заболеваниями и другими факторами, которые оказывают влияние на здоровье. Разработанный алгоритм для выявления таких шаблонных отклонений и их объяснения в будущем, возможно, найдёт применение в медицине.

Интересно, что среди участников эксперимента был один из авторов научной работы — сам профессор Майкл Снайдер. Как и другие подопытные, на нём было семь биосенсоров во время авиаперелёта из Норвегии, когда профессор неожиданно заметил необычные изменения своих показателей. Из предыдущих полётов он знал, что его пульс обычно повышается в начале полёта, а уровень кислорода в крови понижен в течение всего полёта, но в этот раз показатели не вернулись в норму после приземления. Профессор видел, что показатели нестандартные — и его совершенно не удивило, когда у него вскоре появился жар и другие симптомы инфекционного заболевания.

За две недели до этого профессор помогал брату в постройке забора в Массачусетсе. Перед поездкой его очень беспокоило, что в сельской местности его может укусить клещ и поразить болезнь Лайма, поэтому он заблаговременно сходил к доктору и получил рецепт на доксициклин — антибиотик против болезни Лайма. Сейчас, после появления признаков инфекции, врач сделал анализы и убедился, что он не ошибся — в организм действительно попали возбудители болезни Лайма.

Впечатляюще, как простые коммерческие биосенсоры указали на возможность появления болезни ещё до проявления первых симптомов.

Многообещающие результаты корреляции ранних симптомов болезни и отклонений от нормальных показателей физиологических параметров, снятых с биосенсоров, проявились и у других пациентов во время исследования. Например, у нескольких из них повышенная температура кожи и увеличенный пульс коррелировали с повышенным содержанием С-реактивного белка в анализах крови. С-реактивный белок является маркером иммунной системы как индикатор воспалительных процессов, в результате которых может развиться инфекция, аутоиммунное заболевание, сердечно-сосудистая болезнь или даже раковая опухоль.

Изменение физиологических показателей во время инфекции

Носимые гаджеты также позволили выявить пациентов с невосприимчивостью к инсулину — указание на риск диабета 2-го типа. Из 20 пациентов, которые прошли тест на толерантность к глюкозе, у 12 оказалась невосприимчимость к инсулину. Авторы научной работы составили алгоритм, который учитывает количество пройденных шагов за день, дневной сердечный пульс и различие между дневным и ночным пульсом, чтобы с высокой вероятностью предсказать, кто из пациентов не пройдёт тест на толерантность к глюкозе.

Зависимость изменения в массе тела и пульса в состоянии покоя от количества пройденных шагов за день, статистика от 43 пациентов

Такой мониторинг собственного здоровья может проводить на постоянной основе каждый человек, а в будущем они вполне могут составить стандартную медицинскую практику. «В наших автомобилях больше сенсоров, чем на человеческом теле», — говорит профессор Снайдер. Он считает такую ситуацию ненормальной и считает, что в будущем будет наоборот: у людей будет больше сенсоров, чем у автомобилей. Каждый человек должен знать свои базовые показатели и мгновенно получать сигнал, если они отклонились от нормы.

Научная статья опубликована 12 января 2017 года в журнале PLoS Biology.