Исследователи создали новый неинвазивный носимый сенсор, предназначенный для непрерывного измерения уровня гидратации пользователя.
Такое устройство может помочь футболисту поддерживать водный баланс в жаркий день сентября, не дать пожарному, который борется с огнём, слишком сильно обезвожиться или просто сообщить офисному работнику, что пора наполнить бутылку водой.
«Обезвоживание — это скрытая угроза, которая затрагивает миллионы людей каждый день», — говорит Наншу Лу, профессор аэрокосмической инженерии и инженерной механики в Школе инженерии им. Коккрелла при Техасском университете в Остине, которая возглавляла исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Наш носимый сенсор предоставляет простой и эффективный способ мониторинга уровня гидратации в режиме реального времени, позволяя людям принимать активные меры для поддержания здоровья и высокой производительности».
Как работает сенсор
Сенсор использует биоимпеданс — метод, который измеряет, как электрические сигналы проходят через тело, чтобы отслеживать уровень гидратации. С помощью стратегически расположенных электродов сенсор пропускает через руку небольшой безопасный электрический ток.
Поток электрического тока через тело зависит от количества воды в тканях. Вода — хороший проводник электричества, поэтому гидратированные ткани позволяют току проходить легче, в то время как обезвоженные ткани препятствуют его прохождению.
Данные, собранные сенсором, передаются на смартфон по беспроводной связи, что позволяет пользователям отслеживать уровень гидратации.
Эксперименты
Исследователи провели несколько экспериментов, чтобы протестировать устройство, включая исследование обезвоживания, вызванного приёмом мочегонных средств, и 24-часовое испытание в реальных условиях.
В исследовании обезвоживания участники принимали мочегонное средство, чтобы стимулировать потерю жидкости, а их уровень гидратации отслеживался с помощью носимого сенсора, а затем сверялся с анализом мочи.
Результаты показали сильную корреляцию между изменениями биоимпеданса руки и потерей веса из-за потери воды.
«Наши эксперименты показали, что биоимпеданс руки не только чувствителен к изменениям гидратации, но и тесно связан с измерениями гидратации всего тела», — говорит Матиджа Янкович, соавтор исследования и постдокторант в лаборатории Лу.
«Это означает, что сенсор может быть надёжным заменителем для отслеживания уровня гидратации даже во время повседневной деятельности, такой как ходьба, работа или физические упражнения».
Традиционные методы и перспективы
Традиционные методы оценки гидратации, такие как анализы мочи и крови, часто являются инвазивными, трудоёмкими и непрактичными для непрерывного мониторинга. Коммерческие устройства для оценки гидратации обычно требуют громоздкого оборудования и стационарных установок, что ограничивает их использование в повседневной жизни.
Лу и её команда использовали аналогичные технологии для создания датчиков для измерения других аспектов здоровья человека, включая:
* сенсор для измерения уровня стресса, который может помочь людям, выполняющим сложную работу, работать максимально эффективно;
* проводящие чернила, которые можно нанести на голову человека для измерения его мозговых волн.
Заключение
Гидратация необходима для здоровья человека. Она играет решающую роль в поддержании функции органов, регулировании температуры тела и поддержке жизненно важных физиологических процессов.
Однако обезвоживание — состояние, вызванное недостаточным количеством воды в организме — остаётся распространённой и часто упускаемой из виду проблемой. Даже лёгкое обезвоживание может ухудшить когнитивные функции, физическую работоспособность и терморегуляцию, а тяжёлое обезвоживание может привести к опасным для жизни состояниям, таким как камни в почках, сердечно-сосудистые заболевания и тепловой удар.
Помимо защиты работников в экстремальных условиях, устройство может найти применение в здравоохранении. Непрерывный мониторинг гидратации может помочь в диагностике и лечении таких заболеваний, как болезни почек, сердечно-сосудистые заболевания и хроническое обезвоживание.
В настоящее время сенсор отслеживает относительные изменения гидратации, но будущие исследования направлены на установление эталонных данных для абсолютного уровня гидратации. Это потребует сбора измерений биоимпеданса у большой группы населения для создания базовой линии для сравнения.
Исследователи также планируют изучить новые конструкции, такие как дышащие электронные татуировки и носимые устройства, отводящие пот, чтобы повысить комфорт и производительность при длительном использовании. Они надеются расширить тестирование на более крупные группы и изучить возможности применения для других частей тела, таких как предплечье или бедро.
«Это только начало», — говорит Лу. «Наша цель — сделать простой мониторинг гидратации доступным для всех».
Источник: UT Austin