新款Apple Watch能測血氧飽和度了，先不說錢，我們真的需要它嗎？

2020-09-22 12:29

來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客

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原創(chuàng) 萬物把科學帶回家

撰文比鄰星

上周蘋果的云端發(fā)布會看了嗎？它帶著新產品開始了“表”演，款款而來。掐指一算，你的感想發(fā)言很可能包括但不限于——

“害，沒有新手機啊。”

“藍色的iPad真好看?！?/p>

“Watch的表帶真不錯。”

“信用卡能提額嗎……”

身為資深果粉的小編，其實也是這樣的發(fā)言。不過，Apple Watch背后的那幾個發(fā)光小點，以及與之相配套的血氧飽和度監(jiān)測功能，成功引起了我的興趣。知乎網友坦言：

所以血氧飽和度到底是怎么測出來的？它對我們重要嗎？

測出血氧飽和度的儀器叫脈搏測氧儀，早就有了，一般是夾在手指尖上的▼

要想搞清楚測試原理，還要從一個簡單的事實說起，眾所周知，我們的血液是紅色的。

這是因為血液的紅細胞中含有血紅蛋白。血紅蛋白背著氧氣在身體里跑來跑去，運到目的地再卸貨。于是，我們的血液中有兩種狀態(tài)的紅細胞，一種是帶著氧氣的氧化態(tài)，另一種是已經完成卸貨的還原態(tài)。細胞呼吸都需要氧氣，所以肯定是氧化態(tài)越多越健康。

紅細胞醬的小推車里堆著氧氣

圖源 | 《工作細胞》

有趣的是，氧化態(tài)的血紅蛋白和還原態(tài)的血紅蛋白在吸收色光這件事上有明顯的喜好差異。氧化態(tài)的更喜歡吸收波長在940nm左右的紅外線，對于紅光（660nm）興趣不大，因此當陽光照向血液時，氧化態(tài)的血紅蛋白吸收了其他色光，剩下的紅光要么從間隙穿透，要么直接反射，人眼接收到了紅光信號，因此看到了紅色的血液。相比之下，還原態(tài)的血紅蛋白對660nm紅色光的吸收能力更強，卻不太喜歡吸收紅外線。

這是一個血紅蛋白，

中間一跳一跳的藍色分子就是氧氣。

一個醫(yī)學常識是，如果你身體有傷口，流出的血是咕咚咕咚的有力的鮮紅色血液，那么傷到的是動脈。相反，假如緩緩淌出的是暗紅色的血液，傷到的則是靜脈。這就是因為靜脈血中還原態(tài)的血紅蛋白比較多，吸收了一些紅光，所以色號就從迪奧999變成了深邃姨媽紅。

（也許不該用口紅色號作比喻，

怕是讓人更糊涂了。）

這個生理規(guī)律，正是脈搏血氧儀的原理。先說傳統(tǒng)的指夾式，它采用透視式監(jiān)控。儀器發(fā)出紅色光和紅外光，從手指的上端向下照，色光穿過手指到達下端的光感受器，儀器分析其中的色光成分。根據(jù)接收到紅外光和紅色光的比例，就可以計算出含氧紅細胞的比例。接收到的紅外線信號越弱，說明含氧量越高。

光的路線為從指甲蓋到指肚子

我們再看看手腕上的Apple Watch（不，我沒有），如果按照這個原理，應該是表盤背面發(fā)光，穿過手腕以后，表帶上還有個光感受器來接收信號。并沒有，Watch采用的是反射式監(jiān)測。光感受器也在表盤背面。它安裝了一組光電二極管，這是一種光敏元件，對不同色光的靈敏度不同。

這就是新款Apple Watch表盤背面，

既有發(fā)光的LED，也有光敏接收裝置。

發(fā)出的紅光和紅外線照向血細胞，除了一部分穿透的，還有一部分反射回來的。光電二極管捕獲的就是反射的這部分。隨后同樣根據(jù)色光的組成來得出血氧飽和度的值。所以它測試所需要的時間會稍微久一些，反射式需要15秒，透視式僅需3秒左右。

了解了這一點，你就能看懂這個藝術感十足的官方產品介紹視頻了。

閃著光的就是紅細胞們

下一個問題就是，血氧飽和度能說明什么？

它是反映心肺功能的一個指標，但對正常人而言，并不需要每天監(jiān)測自己的血氧飽和度。血氧飽和度的正常指標為95%至100%，低于95%的被稱為低血氧癥。一些疾病會造成類似癥狀：哮喘、心臟病、過敏反應或者慢性阻塞性肺疾?。–OPD）。血氧濃度低時，身體會有明顯的胸悶、氣短、頭痛、胸痛等癥狀。所以，有監(jiān)測需求的一般是有慢性心血管疾病或肺部疾病的患者，或者是出現(xiàn)上述癥狀的正常人。

不過，還有個領域的人在用另一種方式關注血氧指標。聽起來似乎沒什么聯(lián)系——腦科學研究者。他們用到的倒不是脈搏測氧儀。是它。

紅色區(qū)域表示比較活躍的腦區(qū)

氧化態(tài)和還原態(tài)的血紅蛋白，除了吸收色光的性質不同，在磁場中的表現(xiàn)也差異很大。攜帶氧氣的紅細胞具有反磁性，也就是在強磁場環(huán)境中能被微弱磁化，產生對磁場的排斥。相反，未攜帶氧氣的紅細胞具有順磁性，即被微弱磁化后產生對磁場的吸引。利用這個原理，發(fā)展出了一項如今在腦科學領域應用甚廣的技術——功能性磁共振成像（fMRI）。

當你開完頭腦風暴大會，或者完成了一場大考，可能很快會饑腸轆轆。明明坐在那里一動不動，能量都耗在哪兒了？大腦。我們在思考的時候需要大量能量，因此神經元比較活躍的腦區(qū)，會有大量紅細胞裝著氧氣奔涌而去。功能性磁共振檢測時，人的頭部處于強磁場環(huán)境，當大腦中某個區(qū)域活躍度較高時，就會顯示出高血氧量的磁場特性。這樣你就可以直接地看到一個人在說話的時候、哭泣的時候、看電影的時候都激活了哪些腦區(qū)，借此幫助腦科學研究者繪制出大腦地圖。當然，這樣的測量方式并不會很精準，它只是個大概區(qū)域，但無法精確到具體的神經元。