原創(chuàng) 萬(wàn)物 把科學(xué)帶回家

撰文 比鄰星

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

“害，沒(méi)有新手機(jī)啊?！?/p>

“藍(lán)色的iPad真好看?！?/p>

“Watch的表帶真不錯(cuò)?！?/p>

“信用卡能提額嗎……”

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

所以血氧飽和度到底是怎么測(cè)出來(lái)的？它對(duì)我們重要嗎？

測(cè)出血氧飽和度的儀器叫脈搏測(cè)氧儀，早就有了，一般是夾在手指尖上的▼

要想搞清楚測(cè)試原理，還要從一個(gè)簡(jiǎn)單的事實(shí)說(shuō)起，眾所周知，我們的血液是紅色的。

這是因?yàn)檠旱募t細(xì)胞中含有血紅蛋白。血紅蛋白背著氧氣在身體里跑來(lái)跑去，運(yùn)到目的地再卸貨。于是，我們的血液中有兩種狀態(tài)的紅細(xì)胞，一種是帶著氧氣的氧化態(tài)，另一種是已經(jīng)完成卸貨的還原態(tài)。細(xì)胞呼吸都需要氧氣，所以肯定是氧化態(tài)越多越健康。

紅細(xì)胞醬的小推車?yán)锒阎鯕?p>

圖源 | 《工作細(xì)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(zhǎng)在940nm左右的紅外線，對(duì)于紅光（660nm）興趣不大，因此當(dāng)陽(yáng)光照向血液時(shí)，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(hào)，因此看到了紅色的血液。相比之下，還原態(tài)的血紅蛋白對(duì)660nm紅色光的吸收能力更強(qiáng)，卻不太喜歡吸收紅外線。

這是一個(gè)血紅蛋白，

中間一跳一跳的藍(lán)色分子就是氧氣。

一個(gè)醫(yī)學(xué)常識(shí)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(dòng)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?yàn)殪o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(hào)就從迪奧999變成了深邃姨媽紅。

（也許不該用口紅色號(hào)作比喻，

怕是讓人更糊涂了。）

這個(gè)生理規(guī)律，正是脈搏血氧儀的原理。先說(shuō)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(guò)手指到達(dá)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(jì)算出含氧紅細(xì)胞的比例。接收到的紅外線信號(hào)越弱，說(shuō)明含氧量越高。

光的路線為從指甲蓋到指肚子

我們?cè)倏纯词滞笊系腁pple Watch（不，我沒(méi)有），如果按照這個(gè)原理，應(yīng)該是表盤背面發(fā)光，穿過(guò)手腕以后，表帶上還有個(gè)光感受器來(lái)接收信號(hào)。并沒(méi)有，Watch采用的是反射式監(jiān)測(cè)。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(duì)不同色光的靈敏度不同。

這就是新款A(yù)pple 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(xì)胞，除了一部分穿透的，還有一部分反射回來(lái)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(lái)得出血氧飽和度的值。所以它測(cè)試所需要的時(shí)間會(huì)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(diǎn)，你就能看懂這個(gè)藝術(shù)感十足的官方產(chǎn)品介紹視頻了。

閃著光的就是紅細(xì)胞們

下一個(gè)問(wèn)題就是，血氧飽和度能說(shuō)明什么？

它是反映心肺功能的一個(gè)指標(biāo)，但對(duì)正常人而言，并不需要每天監(jiān)測(cè)自己的血氧飽和度。血氧飽和度的正常指標(biāo)為95%至100%，低于95%的被稱為低血氧癥。一些疾病會(huì)造成類似癥狀：哮喘、心臟病、過(guò)敏反應(yīng)或者慢性阻塞性肺疾?。–OPD）。血氧濃度低時(shí)，身體會(huì)有明顯的胸悶、氣短、頭痛、胸痛等癥狀。所以，有監(jiān)測(cè)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(guò)，還有個(gè)領(lǐng)域的人在用另一種方式關(guān)注血氧指標(biāo)。聽(tīng)起來(lái)似乎沒(méi)什么聯(lián)系——腦科學(xué)研究者。他們用到的倒不是脈搏測(cè)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(zhì)不同，在磁場(chǎng)中的表現(xiàn)也差異很大。攜帶氧氣的紅細(xì)胞具有反磁性，也就是在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境中能被微弱磁化，產(chǎn)生對(duì)磁場(chǎng)的排斥。相反，未攜帶氧氣的紅細(xì)胞具有順磁性，即被微弱磁化后產(chǎn)生對(duì)磁場(chǎng)的吸引。利用這個(gè)原理，發(fā)展出了一項(xiàng)如今在腦科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用甚廣的技術(shù)——功能性磁共振成像（fMRI）。

當(dāng)你開(kāi)完頭腦風(fēng)暴大會(huì)，或者完成了一場(chǎng)大考，可能很快會(huì)饑腸轆轆。明明坐在那里一動(dòng)不動(dòng)，能量都耗在哪兒了？大腦。我們?cè)谒伎嫉臅r(shí)候需要大量能量，因此神經(jīng)元比較活躍的腦區(qū)，會(huì)有大量紅細(xì)胞裝著氧氣奔涌而去。功能性磁共振檢測(cè)時(shí)，人的頭部處于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境，當(dāng)大腦中某個(gè)區(qū)域活躍度較高時(shí)，就會(huì)顯示出高血氧量的磁場(chǎng)特性。這樣你就可以直接地看到一個(gè)人在說(shuō)話的時(shí)候、哭泣的時(shí)候、看電影的時(shí)候都激活了哪些腦區(qū)，借此幫助腦科學(xué)研究者繪制出大腦地圖。當(dāng)然，這樣的測(cè)量方式并不會(huì)很精準(zhǔn)，它只是個(gè)大概區(qū)域，但無(wú)法精確到具體的神經(jīng)元。

倒也不需要手表發(fā)出的警告，你開(kāi)會(huì)時(shí)因?yàn)槟X缺氧而流露出的呆滯眼神，足以向領(lǐng)導(dǎo)證明一切。

所以說(shuō)……許多人對(duì)Apple Watch Series 6的新功能依然持觀望態(tài)度，畢竟說(shuō)不好它在日常生活中的利用率有多高。但它的確體現(xiàn)了健康監(jiān)測(cè)類可穿戴設(shè)備的熱度趨勢(shì)，且給小編提供了一期科普選題（劃掉）。

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原標(biāo)題：《新款A(yù)pple Watch能測(cè)血氧飽和度了，先不說(shuō)錢的事，我們真的需要它嗎？》

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