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Comment une montre de sport mesure la saturation en oxygène
31/8/2021
Traduction: David Berthold
Les montres de sport collectent une multitude de données quand on les porte. Elles mesurent par exemple la saturation en oxygène du sang. À haute altitude, la technologie semble par contre atteindre ses limites.
Vous reprendrez un peu de fonctions ? La variété de fonctions des montres de sport ou des montres connectées un minimum ambitieuses est stupéfiante. Ces produits, en plus d’offrir des fonctions de navigation et d’entraînement, nous proposent toutes sortes de données pour lesquelles une visite chez un spécialiste aurait été encore nécessaire il y a quelques années. C’est par exemple le cas de l’oxymètre de pouls, qui utilise des capteurs pour déterminer la saturation en oxygène du sang, une fonction pas uniquement intégrée aux montres de sport. Il existe des clips peu coûteux qui mesurent la valeur au doigt et leurs ventes ont explosé depuis le début de la pandémie.
Même les applications promettent des mesures sur le smartphone, mais les experts ne croient guère à leur fiabilité. Mais qu’en est-il des produits à tout faire que nous portons au poignet ? Bien entendu, les fabricants tels que Garmin soulignent que les données de saturation en oxygène ne sont pas destinées au diagnostic médical ou à la prévention des maladies :
Bien que nous nous efforcions de garantir un haut niveau de précision, des lectures inexactes peuvent avoir lieu en raison de certaines limites. Les caractéristiques physiques de l’utilisateur, le réglage de l’appareil et la lumière ambiante peuvent affecter les mesures.
Cette précision est importante. Aucun clip, aucune montre, aucune application ne peut remplacer une analyse menée par un professionnel de la santé. Mais la vraie question est de connaître la précision d’un tel produit de consommation. Qu’entend-on par « haut degré de précision » lorsque la montre est correctement paramétrée ? Après tout, de nombreuses personnes la regardent et voient en général une valeur rassurante juste en dessous de 100 %. Certains utilisent une montre connectée pour détecter les signes d’apnée du sommeil la nuit ou la portent lorsqu’ils font du sport en montagne, où l’altitude peut poser problème.
Comment ça fonctionne ?
Vous avez pas mal de lecture devant vous si vous voulez comprendre le fonctionnement de ces produits dans les moindres détails. Vous pouvez approfondir le sujet ici. Il suffit néanmoins de quelques lignes pour comprendre le principe de base. L’oxymétrie de pouls fonctionne avec une lumière rouge et infrarouge de différentes longueurs d’onde. Cette dernière est émise par des diodes électroluminescentes et reçue à nouveau par une photodiode. Vous trouverez les deux au dos de la montre de sport ou dans le cas d’un oxymètre de pouls pur, l’un en face de l’autre dans un clip.
L’hémoglobine transporte l’oxygène dans notre sang. Selon le nombre de sites de transport occupés par l’oxygène, les ondes lumineuses sont absorbées et réfléchies différemment. Le pouls influence également la lumière et peut être mesurée de cette manière. À partir des valeurs reçues, les oxymètres de pouls calculent la saturation partielle en oxygène, qui est donnée en pourcentage et se nomme SpO2. Cette méthode fournit une valeur approximative, qui n’atteint de loin pas la précision d’une gazométrie artérielle.
Une montre de sport mesure la lumière réfléchie par le tissu, car la photodiode réceptrice se trouve à côté des LED. Un capteur à clip mesure ce qui arrive du côté opposé. Il se fixe sur un doigt, un orteil ou un lobe d’oreille.
Même si les deux fonctionnent de manière relativement fiable dans la plupart des cas, l’exception s’avère très intéressante : que se passe-t-il si la saturation en oxygène chute effectivement de manière brutale ? Les possibilités et les risques de l’oxymétrie de pouls avec des montres de sport au poignet ont été examinés dans deux études. On y constate de grandes différences d’efficacité en fonction des paramètres.
De légères différences
Dans cet article, les chercheurs ont pris la Garmin Fenix 5x Plus et ont simulé différentes altitudes avec 23 sujets de test dans une chambre à pression. Mesurée au repos, la pression correspondait à des altitudes comprises entre 900 et 12 000 pieds, soit environ 275 à 3650 mètres. Si l’air se raréfie, les gens y font face de manière différente, bien que la saturation en oxygène ne soit pas un indicateur généralement valable du bien-être. Dans certains cas, des valeurs de SpO encore plus basses sont mesurées chez les personnes entraînées que chez celles non entrainées, ce qui, selon cette étude peut être dû en partie à un besoin moindre de respirer, c’est-à-dire en oxygène.
Même si les valeurs peuvent surprendre, elles doivent bien être correctes. Dans le cas de la Garmin Fenix 5x Plus, un dispositif médical de Nonin a fourni les valeurs de référence et les mesures de la montre de sport ne s’en écartaient que légèrement. Le plus grand écart a été la saturation partielle en oxygène à l’altitude maximale de 12 000 pieds, mais celui-ci est quand même resté dans les limites avec une différence de 3,3 %. Autrement, la 5x Plus avait tendance à donner une valeur de SpO2 à peine supérieure et un pouls un peu inférieur à ceux de l’appareil de référence. Le verdict de cette étude (non financée par Garmin) : oui, les informations sont bonnes. Tout est donc pour le mieux ?
Montre de sport + montre connectée
Garmin fenix 5X Plus Sapphire
51 mm, Polymère, Métal, Taille unique
Les limites de la précision
La situation change lorsque la hauteur augmente. Dans la deuxième étude, on y teste la Garmin Forerunner 245. Les chercheurs se basent sur les bons résultats de la 5x Plus et choisissent donc volontairement des paramètres un peu différents. Ils simulent une utilisation entre le niveau de la mer et 5500 mètres. Après cela, ils mesurent les valeurs de leurs dix sujets en bonne santé non seulement au repos, mais aussi après cinq minutes d’effort à faible intensité, sur l’ergomètre du vélo. Conformément aux instructions, les sujets restent immobiles pendant les tests, afin de ne pas fausser le résultat.
L’objectif ? Connaître la pertinence des valeurs recueillies dans des conditions plus extrêmes. Les valeurs de référence sont fournies par un ECG et une autre mesure d’oxymétrie de pouls. Le clip de l’appareil de Nonin se fixe au lobe de l’oreille.
Si la mesure du pouls fournit des valeurs acceptables même lors d’un effort modéré, malgré quelques valeurs à côté de la plaque, ce n’est que partiellement le cas de la mesure de la saturation en oxygène. Comme dans le cas de la Garmin Fenix 5x Plus, les données sont encore plus proches les unes des autres jusqu’à environ 3500 mètres d’altitude, mais à cette hauteur, les écarts augmentent. À partir de 4000 mètres, les résultats des mesures de la montre de sport montent tellement qu’ils sont considérés comme dangereux. Il était par exemple possible qu’une saturation mortelle de 65 % affiche quand même 85 % sur la montre.
Que vaut la valeur ?
Les résultats montrent que la technologie a ses limites. Cette thèse pointe également du doigt la tendance des mesures d’oxymétrie de pouls à indiquer des valeurs trop élevées par rapport à à la gazométrie artérielle en haute altitude. Lorsque l’on mesure au niveau du poignet, ce risque semble augmenter. La force d’une montre de sport réside peut-être dans sa capacité à enregistrer toutes sortes de données presque en temps réel, possibilité très pratique, mais pas techniquement des plus faciles. La position s’avère en effet plus compliquée que sur le doigt, l’orteil ou le lobe de l’oreille. Les auteurs de l’étude Forerunner supposent que l’on ne peut tout simplement pas analyser assez de sang artériel dans cette partie du corps pour calculer des valeurs fiables lorsque la saturation diminue.
Peu importe à quel moment et avec quel appareil on a recours à l’oxymétrie de pouls, les sources d’erreur existent. Il en va de même avec les capteurs à clip. C’est la raison pour laquelle aux États-Unis, l’autorité sanitaire responsable FDA fournit des informations à ce sujet : le tabagisme, le vernis à ongles, la température de la peau, son épaisseur et sa couleur peuvent par exemple influencer et fausser les résultats. Le mouvement ou la lumière ambiante pénétrante constituent également un problème. En fin de compte, l’oxymètre de pouls de la montre de sport ou de la montre connectée est une belle fonction supplémentaire qui peut indiquer des problèmes dans le meilleur des cas. Néanmoins, malgré leurs progrès fulgurants ces dernières années, les « multitalents » de poignet connaissent toujours des limites qu’il est important de connaître.
Scientifique dans le domaine du sport, père haute performance et télétravailleur au service de Sa Majesté la tortue.