Что значит вср в видеокарте

Обновлено: 06.07.2024

Как в кинотеатре или на телевизоре, ваш компьютер симулирует движение на мониторе, выводя последовательность кадров. Частота обновления монитора указывает на то, сколько раз в секунду на экране будет обновляться картинка. Например, частота 75 Гц соответствует 75 обновлениям в секунду.

Если компьютер обрабатывает кадры быстрее, чем может выводить монитор, то в играх могут появиться проблемы. Например, если компьютер просчитывает 100 кадров в секунду, а частота обновления монитора составляет 75 Гц, то из-за накладок монитор может выводить только часть картинки за период своего обновления. В итоге появляются визуальные артефакты.

В качестве решения можно включить V-Sync (вертикальную синхронизацию). Она ограничивает число выдаваемых компьютером кадров до частоты обновления монитора, предотвращая появление артефактов. Если включить V-Sync, то число просчитываемых в игре кадров никогда не превысит частоту обновления. То есть при 75 Гц компьютер будет выводить не более 75 кадров в секунду.

Пиксель (Pixel)

Вершина (Vertex)

Текстура (Texture)

Шейдер (Shader)

Пиксельные программы-шейдеры позволяет видеокарте выдать впечатляющие эффекты, например, как эту воду в Elder Scrolls: Oblivion.

Сегодня существует два вида шейдеров: вершинные и пиксельные. Вершинные программы-шейдеры могут изменять или трансформировать 3D-объекты. Пиксельные программы-шейдеры позволяют менять цвета пикселей на основе каких-либо данных. Представьте себе источник света на 3D-сцене, который заставляет светиться освещаемые объекты ярче, и в то же время, приводит к отбрасыванию тени на другие объекты. Всё это реализуется с помощью изменения цветовой информации пикселей.

Пиксельные шейдеры используются для создания сложных эффектов в ваших любимых играх. Например, код шейдера может заставить пиксели, окружающие 3D-меч, ярче светиться. Ещё один шейдер может обработать все вершины сложного 3D-объекта и симулировать взрыв. Разработчики игр всё чаще прибегают к помощи сложных программ-шейдеров для создания реалистичной графики. Практически любая современная игра с богатой графикой использует шейдеры.

С выпуском следующего интерфейса прикладного программирования (API, Application Programming Interface) Microsoft DirectX 10 на свет выйдет третий тип шейдеров под названием геометрические шейдеры. С их помощью можно будет ломать объекты, модифицировать и даже уничтожать их в зависимости от требуемого результата. Третий тип шейдеров можно будет точно так же программировать, как и первые два, но роль его уже будет другой.

Скорость заполнения (Fill Rate)

Очень часто на коробке с видеокартой можно встретить значение скорости заполнения. В принципе, скорость заполнения указывает на то, с какой скорость графический процессор может выдавать пиксели. У старых видеокарт можно было встретить скорость заполнения треугольников (triangle fill rate). Но сегодня выделяют два типа скорости заполнения: пиксельную (pixel fill rate) и текстурную (texture fill rate). Как уже говорилось, пиксельная скорость заполнения соответствует скорости выдачи пикселей. Она рассчитывается как число растровых операций (ROP), помноженное на тактовую частоту.

Текстурную скорость заполнения ATi и nVidia считают по-разному. nVidia считает, что скорость получается умножением числа пиксельных конвейеров на тактовую частоту. А ATi умножает число текстурных блоков на тактовую частоту. В принципе, оба способа корректны, поскольку nVidia использует по одному текстурному блоку на блок пиксельных шейдеров (то есть по одному на пиксельный конвейер).

С учётом данных определений позвольте двинуться дальше и обсудить наиболее важные функции графического процессора, что они делают и почему они столь значимы.

Архитектура графического процессора: функции

Реализм 3D-графики очень сильно зависит от производительности видеокарты. Чем больше блоков пиксельных шейдеров содержит процессор и чем выше частота, тем больше эффектов можно наложить на 3D-сцену, чтобы улучшить её визуальное восприятие.

Графический процессор содержит много различных функциональных блоков. По количеству некоторых компонентов можно оценить, насколько графический процессор мощный. Перед тем, как двигаться дальше, позвольте рассмотреть самые важные функциональные блоки.

Вершинные процессоры (блоки вершинных шейдеров)

Как и блоки пиксельных шейдеров, вершинные процессоры выполняют код программ-шейдеров, которые касаются вершин. Поскольку больший бюджет вершин позволяет создавать более сложные 3D-объекты, производительность вершинных процессоров очень важна в 3D-сценах со сложными объектами или с большим их количеством. Впрочем, блоки вершинных шейдеров всё же не так очевидно влияют на производительность, как пиксельные процессоры.

Пиксельные процессоры (блоки пиксельных шейдеров)

Унифицированные шейдеры

Унифицированные (единые) шейдеры ещё не пришли в мир ПК, но грядущий стандарт DirectX 10 как раз опирается на подобную архитектуру. То есть структура кода вершинных, геометрических и пиксельных программ будет единая, хотя шейдеры будут выполнять разную работу. Новую спецификацию можно посмотреть в Xbox 360, где графический процессор был специально разработан ATi для Microsoft. Будет весьма интересно увидеть, какой потенциал несёт новый DirectX 10.

Блоки наложения текстур (Texture Mapping Unit, TMU)

Текстуры следует выбрать и отфильтровать. Эта работа выполняется блоками наложения текстур, которые работают совместно с блоками пиксельных и вершинных шейдеров. Работа TMU заключается в применении текстурных операций над пикселями. Число текстурных блоков в графическом процессоре часто используется для сравнения текстурной производительности видеокарт. Вполне разумно предположить, что видеокарта с большим числом TMU даст более высокую текстурную производительность.

Блоки растровых операций (Raster Operator Unit, ROP)

Процессоры растровых операций отвечают за запись пиксельных данных в память. Скорость, с которой выполняется эта операция, является скоростью заполнения (fill rate). В ранние дни 3D-ускорителей число ROP и скорость заполнения являлись очень важными характеристиками видеокарт. Сегодня работа ROP по-прежнему важна, но производительность видеокарты уже не упирается в эти блоки, как было раньше. Поэтому производительность (и число) ROP уже редко используется для оценки скорости видеокарты.

Конвейеры

Конвейеры используются для описания архитектуры видеокарт и дают вполне наглядное представление о производительности графического процессора.

Конвейер нельзя считать строгим техническим термином. В графическом процессоре используются разные конвейеры, которые выполняют отличающиеся друг от друга функции. Исторически под конвейером понимали пиксельный процессор, который был подключён к своему блоку наложения текстур (TMU). Например, у видеокарты Radeon 9700 используется восемь пиксельных процессоров, каждый из которых подключён к своему TMU, поэтому считают, что у карты восемь конвейеров.

С учётом сказанных допущений, число пиксельных конвейеров в графическом процессоре часто используют для сравнения видеокарт (за исключением линейки ATi X1x00). Например, если взять видеокарты с 24 и 16 конвейерами, то вполне разумно предположить, что карта с 24 конвейерами будет быстрее.

Архитектура графического процессора: технология

Техпроцесс

Под этим термином понимают размер одного элемента (транзистора) чипа и точность процесса производства. Совершенствование техпроцессов позволяет получить элементы меньших размеров. Например, техпроцесс 0,18 мкм даёт элементы большего размера, чем 0,13-мкм техпроцесс, поэтому он не такой эффективный. Транзисторы меньшего размера работают от меньшего напряжения. В свою очередь, снижение напряжения приводит к уменьшению теплового сопротивления, что даёт снижение количества выделяемого тепла. Совершенствование техпроцесса позволяет уменьшить расстояние между функциональными блоками чипа, а на передачу данных требуется меньше времени. Сокращение расстояний, понижение напряжения и другие улучшения позволяют достигать более высоких тактовых частот.

Тактовая частота графического процессора

Тактовая частота графического процессора измеряется в мегагерцах (МГц), то есть в миллионах тактов за секунду.

Локальная видеопамять

Память видеокарты очень сильно влияет на производительность. Но разные параметры памяти влияют по-разному.

Объём видеопамяти

Объём видеопамяти, наверное, можно назвать параметром видеокарты, который больше всего переоценивают. Неопытные потребители часто используют объём видеопамяти для сравнения разных карт между собой, но в реальности объём слабо влияет на производительность по сравнению с такими параметрами, как частота шины памяти и интерфейс (ширина шины).

В большинстве случаев карта со 128 Мбайт видеопамяти будет работать почти так же, как карта с 256 Мбайт. Конечно, есть ситуации, когда больший объём памяти приводит к увеличению производительности, но следует помнить, что больший объём памяти не будет автоматически приводить к росту скорости в играх.

Где объём бывает полезен, так это в играх с текстурами высокого разрешения. Игровые разработчики прилагают к игре несколько наборов текстур. И чем больше памяти будет на видеокарте, тем более высокое разрешение могут иметь загружаемые текстуры. Текстуры высокого разрешения дают более высокую чёткость и детализацию в игре. Поэтому вполне разумно брать карту с большим объёмом памяти, если все другие критерии совпадают. Ещё раз напомним, что ширина шины памяти и её частота намного сильнее влияют на производительность, чем объём физической памяти на карте.

Ширина шины памяти

Более высокая пропускная способность шины (выражается в битах или байтах в секунду, 1 байт = 8 бит) даёт более высокую производительность памяти. Именно поэтому шина памяти намного важнее, чем её объём. При равных частотах 64-битная шина памяти работает со скоростью всего 25% от 256-битной!

Типы памяти

Память можно разделить на две основные категории: SDR (одиночная передача данных) и DDR (удвоенная передача данных), при которой данные передаются за такт в два раза быстрее. Сегодня технология одиночной передачи SDR устарела. Поскольку у памяти DDR данные передаются в два раза быстрее, чем у SDR, важно помнить, что у видеокарт с памятью DDR чаще всего указывают удвоенную частоту, а не физическую. Например, если у памяти DDR указана частота 1000 МГц, то это эффективная частота, при которой должна работать обычная память SDR, чтобы дать такую же пропускную способность. А на самом деле физическая частота составляет 500 МГц.

Частота шины памяти

Подобно процессору, память (или, точнее, шина памяти) работает на определённых тактовых частотах, измеряемых в мегагерцах. Здесь повышение тактовых частот напрямую влияет на производительность памяти. И частота шины памяти является одним из параметров, которые используют для сравнения производительности видеокарт. Например, если все другие характеристики (ширина шины памяти и т.д.) будут одинаковыми, то вполне логично утверждать, что видеокарта с 700-МГц памятью работает быстрее, чем с 500-МГц.

Интерфейс видеокарты

Самая медленная шина, для которой выпускались видеокарты, это PCI (Peripheral Components Interconnect). Если не вдаваться в историю, конечно. PCI действительно ухудшала производительность видеокарт, поэтому они перешли на интерфейс AGP (Accelerated Graphics Port). Но даже спецификации AGP 1.0 и 2x ограничивали производительность. Когда стандарт увеличил скорость до уровня AGP 4x, мы начали приближаться к практическому пределу пропускной способности, которую могут задействовать видеокарты. Спецификация AGP 8x ещё раз удвоила пропускную способность по сравнению с AGP 4x (2,16 Гбайт/с), но ощутимого прироста графической производительности мы уже не получили.

Сегодня лучше всего покупать карту с интерфейсом PCI Express, он продержится на рынке ещё несколько лет. Самые производительные карты уже не выпускаются с интерфейсом AGP 8x, и решения PCI Express, как правило, найти уже легче аналогов AGP, да и стоят они дешевле.

Решения на нескольких видеокартах

Совместное использование нескольких видеокарт даёт достаточную производительность, чтобы вывести игру с высокими настройками качества в высоком разрешении. Но выбирать то или иное решение не так просто.

Начнём с того, что решения на основе нескольких видеокарт требуют большое количество энергии, поэтому блок питания должен быть достаточно мощным. Всё это тепло придётся отводить от видеокарты, поэтому нужно обратить внимание на корпус ПК и охлаждение, чтобы система не перегрелась.

Визуальные функции

Кроме чисто аппаратных спецификаций, различные поколения и модели графических процессоров могут отличаться набором функций. Например, часто говорят о том, что карты поколения ATi Radeon X800 XT совместимы с Shader Model 2.0b (SM), в то время как nVidia GeForce 6800 Ultra совместима с SM 3.0, хотя их аппаратные спецификации близки друг к другу (16 конвейеров). Поэтому многие потребители делают выбор в пользу того или иного решения, даже не зная, что означает это различие.

Microsoft DirectX и версии Shader Model

До появления графических API каждый производитель графических процессоров использовал собственный механизм общения с играми. Разработчикам приходилось писать отдельный код для каждого графического процессора, который они хотели поддержать. Очень дорогой и не эффективный подход. Для решения этой проблемы были разработаны API для 3D-графики, чтобы разработчики писали код под конкретный API, а не под ту или иную видеокарту. После чего проблемы совместимости легли уже на плечи производителей видеокарт, которым пришлось гарантировать, что драйверы будут совместимы с API.

Единственной сложностью остаётся то, что сегодня используются два разных API, а именно Microsoft DirectX и OpenGL, где GL расшифровывается как Graphics Library (графическая библиотека). Поскольку API DirectX сегодня в играх более популярен, мы сконцентрируемся именно на нём. Да и на развитие игр этот стандарт повлиял сильнее.

DirectX периодически обновляется, по мере того, как графические технологии продвигаются вперёд, а игровые разработчики внедряют новые методы программирования игр. Поскольку популярность DirectX быстро возросла, производители графических процессоров начали подгонять выпуск новых продуктов под возможности DirectX. По этой причине видеокарты часто привязывают к аппаратной поддержке того или иного поколения DirectX (DirectX 8, 9.0 или 9.0c).

Многие новые игры требуют установки новейшей версии DirectX, даже если видеокарта относится к предыдущему поколению. То есть новая игра, которая будет использовать путь DirectX 8, всё равно требует установки новейшей версии DirectX 9 для видеокарты класса DirectX 8.

В DirectX 9 можно создавать ещё более сложные программы-шейдеры. DirectX 9 поддерживает Pixel Shader 2.0 и Vertex Shader 2.0. DirectX 9c, обновлённая версия DirectX 9, включила спецификацию Pixel Shader 3.0.

DirectX 10, грядущая версия API, будет сопровождать новую версию Windows Vista. На Windows XP установить DirectX 10 не получится.

HDR-освещение и OpenEXR HDR

Перед появлением видеокарт класса DirectX 9 графические процессоры были серьёзно ограничены точностью вычислений освещения. До сих пор освещение можно было рассчитывать только с 256 (8 бит) внутренними уровнями.

Графические процессоры, соответствующие последней спецификации Pixel Shader 3.0, позволяют рассчитывать освещение с более высокой 32-битной точностью, а также выполнять смешение (blending) с плавающей запятой. Таким образом, видеокарты класса SM 3.0 могут поддерживать специальный метод HDR-освещения OpenEXR, специально разработанный для киноиндустрии.

Некоторые игры, которые поддерживают только HDR-освещение методом OpenEXR, не пойдут с HDR-освещением на видеокартах Shader Model 2.0. Впрочем, игры, которые не опираются на метод OpenEXR, будут работать на любой видеокарте DirectX 9. Например, Oblivion использует метод OpenEXR HDR и позволяет включать HDR-освещение только на новейших видеокартах, которые поддерживают спецификацию Shader Model 3.0. Например, nVidia GeForce 6800 или ATi Radeon X1800. Игры, которые используют 3D-движок Half-Life 2, та же Counter-Strike: Source и грядущая Half-Life 2: Aftermath, позволяют включать HDR-рендеринг на старых видеокартах DirectX 9, которые поддерживают только Pixel Shader 2.0. В качестве примеров можно привести линейку GeForce 5 или ATi Radeon 9500.

Полноэкранное сглаживание

Сглаживание очень сильно зависит от производительности видеопамяти, поэтому скоростная видеокарта с быстрой памятью сможет просчитать полноэкранное сглаживание с меньшим ущербом для производительности, чем недорогая видеокарта. Сглаживание можно включать в различных режимах. Например, сглаживание 4x даст более качественную картинку, чем сглаживание 2x, но это будет большим ударом по производительности. Если сглаживание 2x удваивает горизонтальное и вертикальное разрешение, режим 4x его учетверяет.

Текстурная фильтрация

На все 3D-объекты в игре накладываются текстуры, причём, чем больше угол отображаемой поверхности, тем более искажённой будет выглядеть текстура. Чтобы устранить этот эффект, графические процессоры используют фильтрацию текстур.

Первый способ фильтрации назывался билинейным и давал характерные полоски, которые были не очень-то приятны глазу. Ситуация улучшилась с внедрением трилинейной фильтрации. Обе опции на современных видеокартах работают практически без ущерба производительности.

На сегодня самым лучшим способом фильтрации текстур является анизотропная фильтрация (AF). Подобно полноэкранному сглаживанию, анизотропную фильтрацию можно включать на разных уровнях. Например, 8x AF даёт более высокое качество фильтрации, чем 4x AF. Как и полноэкранное сглаживание, анизотропная фильтрация требует определённой вычислительной мощности, которая увеличивается по мере повышения уровня AF.

Текстуры высокого разрешения

Все 3D-игры создаются с учётом конкретных спецификаций, и одно из таких требований определяет текстурную память, которая понадобится игре. Все нужные текстуры должны умещаться в память видеокарты во время игры, иначе производительность будет сильно падать, поскольку обращение за текстурой в оперативную память даёт немалую задержку, не говоря уже о файле подкачки на жёстком диске. Поэтому, если разработчик игры рассчитывает на 128 Мбайт видеопамяти как минимальное требование, то набор активных текстур не должен превышать 128 Мбайт в любое время.

У современных игр есть несколько наборов текстур, так что игра без проблем будет работать на старых видеокартах с меньшим количеством видеопамяти, а также и на новых картах с большим объёмом видеопамяти. Например, игра может содержать три набора текстур: для 128 Мбайт, 256 Мбайт и 512 Мбайт. Игр, которые поддерживают 512 Мбайт видеопамяти, сегодня очень мало, но они всё же являются самой объективной причиной для покупки видеокарты с таким объёмом памяти. Хотя увеличение объёма памяти практически не сказывается на производительности, вы получите улучшение визуального качества, если игра поддерживает соответствующий набор текстур.

Думаю, для большинства пользователей это уже не секрет, но все-таки мы рассмотрим, и вникнемся за что отвечают те или иные блоки и сами гигабайты.

Начнем с основных характеристик всех видеоадаптеров.

Ширина шины памяти , измеряется в битах — количество бит информации, передаваемой за такт. Важный параметр в производительности карты.
объём видеопамяти , измеряется в мегабайтах — объём собственной оперативной памяти видеокарты. Больший объём далеко не всегда означает большую производительность.
частоты ядра и памяти — измеряются в мегагерцах, чем больше, тем быстрее видеокарта будет обрабатывать информацию.
текстурнаяипиксельнаяскорость заполнения , измеряется в млн. пикселей в секунду, показывает количество выводимой информации в единицу времени.

И перейдем к самым важным, особенно для игровых видеокарт

Количество вычислительных (шейдерных) блоков или процессоров
Блоки текстурирования (TMU)
Блоки операций растеризации (ROP)
И пожалуй тип памяти (GDDR-X или HBM-X)

Теперь немного разжуем, что это и какие задачи выполняет.

Количество вычислительных (шейдерных) блоков или процессоров

Пожалуй, сейчас эти блоки — главные части видеочипа. Они выполняют специальные программы, известные как шейдеры. Причём, если раньше пиксельные шейдеры выполняли блоки пиксельных шейдеров, а вершинные — вершинные блоки, то с некоторого времени графические архитектуры были унифицированы, и эти универсальные вычислительные блоки стали заниматься различными расчётами: вершинными, пиксельными, геометрическими и даже универсальными вычислениями.

Впервые унифицированная архитектура была применена в видеочипе игровой консоли Microsoft Xbox 360 , этот графический процессор был разработан компанией ATI (впоследствии купленной AMD ). А в видеочипах для персональных компьютеров унифицированные шейдерные блоки появились ещё в плате NVIDIA GeForce 8800 . И с тех пор все новые видеочипы основаны на унифицированной архитектуре, которая имеет универсальный код для разных шейдерных программ (вершинных, пиксельных, геометрических и пр.), и соответствующие унифицированные процессоры могут выполнить любые программы.

По числу вычислительных блоков и их частоте можно сравнивать математическую производительность разных видеокарт. Большая часть игр сейчас ограничена производительностью исполнения пиксельных шейдеров, поэтому количество этих блоков весьма важно. К примеру, если одна модель видеокарты основана на GPU с 384 вычислительными процессорами в его составе, а другая из той же линейки имеет GPU с 192 вычислительными блоками, то при равной частоте вторая будет вдвое медленнее обрабатывать любой тип шейдеров, и в целом будет настолько же производительнее.

Эти блоки GPU работают совместно с вычислительными процессорами, ими осуществляется выборка и фильтрация текстурных и прочих данных, необходимых для построения сцены и универсальных вычислений. Число текстурных блоков в видеочипе определяет текстурную производительность — то есть скорость выборки текселей из текстур.

Хотя в последнее время больший упор делается на математические расчеты, а часть текстур заменяется процедурными, нагрузка на блоки TMU и сейчас довольно велика, так как кроме основных текстур, выборки необходимо делать и из карт нормалей и смещений, а также внеэкранных буферов рендеринга render target.

С учётом упора многих игр в том числе и в производительность блоков текстурирования, можно сказать, что количество блоков TMU и соответствующая высокая текстурная производительность также являются одними из важнейших параметров для видеочипов. Особенное влияние этот параметр оказывает на скорость рендеринга картинки при использовании анизотропной фильтрации, требующие дополнительных текстурных выборок, а также при сложных алгоритмах мягких теней и новомодных алгоритмах вроде Screen Space Ambient Occlusion.

Блоки растеризации осуществляют операции записи рассчитанных видеокартой пикселей в буферы и операции их смешивания (блендинга). Как мы уже отмечали выше, производительность блоков ROP влияет на филлрейт и это — одна из основных характеристик видеокарт всех времён. И хотя в последнее время её значение также несколько снизилось, всё ещё попадаются случаи, когда производительность приложений зависит от скорости и количества блоков ROP. Чаще всего это объясняется активным использованием фильтров постобработки и включенным антиалиасингом при высоких игровых настройках.

В бюджетных видеокартах в основном стоит GDDR3 , но и бывает GDDR5 , соответственно лучше GDDR5 , но в наше время, лучший тип памяти это - GDDR6 или HBM2 (пока слишком дорогая).

Это пусть и не самый главный, но далеко не маловажный аспект в видеопамяти, благодаря охлаждению, будут более приемлемые температуры и более низкий уровень шума. Что сделает видеокарту, более приятной и не сбрасывающей вольтаж/частоты, соответственно подарит ей более стабильную и долгую работу.

Ну и не забываем про тип подключения основной - PCI-Express х16 3.0 пока что, но уже у AMD есть PCI-Express х16 4.0 и к примеру для RX 5500 XT этот параметр важен, видеокарта становится производительнее до 40% , но это особенность видеокарты, ведь дорожек у нее не ( х16 ), а всего ( х8 ).

Вывод таков, всегда выбирайте те или иные видеокарты с умом, и желательно предварительно просматривать тесты в играх, которые необходимы, или можете захватить сразу все, чтобы было видно результат "на лицо".

Согласно нашим исследованиям (мы – это med-tech платформа Engy Health для контроля здоровья, энергии, стресса и напряжения по методологии анализа вариабельности сердечного ритма), больше 70% пользователей фитнес-гаджетов не обращает внимание на показатели «Энергия», «Стресс» или «Напряжение». В восприятии пользователей это малозначащий маркетинговый наворот.

Мы попросили физиологов понятно объяснить принцип работы этих показателей. В качестве бонуса расскажем, почему в условиях эпидемии их отслеживание может кому-то из вас или ваших близких спасти жизнь.

За «фантастическими» расчетами стресса и энергии в вашем фитнес-гаджете стоит кардиологическая методология анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР), или Heart Rate Variability — HRV.

Методология ВСР только появляется в массовой индустрии фитнес-гаджетов, однако её история насчитывает почти 60 лет и берет начало в 1960-х, годах на старте космических программ супердержав.

Задача методологии заключалась в исследовании уровня здоровья космонавтов на предмет их готовности адаптироваться к экстремальным условиям подготовки и полетов. Традиционная западная клиническая медицина на тот момент была направлена на борьбу с болезнями, однако у космонавтов просто не было «права» на болезнь: медики должны были гарантировать здоровье космонавта и отсутствие срывов перед полётом. (И поскольку карантинные меры в нынешней ситуации также направлены на «предотвращение болезни», логично обратиться к накопленному опыту физиологов).

В ходе исследований пульса у космонавтов (телекоммуникационные данные уже позволяли передавать их ритмограмму с орбиты на землю) были определены механизмы адаптации организма к изменяющимся условиям как внешней среды (например, к невесомости), так и внутренней среды (например, простуда или вирусная атака), а также свойства работы самих адаптационных систем. Эти наблюдения переосмыслили понятие здоровья. Здоровье – это не просто отсутствие болезни, а готовность организма адаптироваться к изменениям среды. Чем лучше здоровье, тем дольше вы можете приспосабливаться ко все более стрессовым изменениям.

Медики, разработчики ВСР, определили, что за успешную адаптацию к меняющимся условиям внешней и внутренней среды отвечает вегетативная нервная система, состоящая из двух отделов:

- симпатическая система (активация организма в условиях изменений внешней среды, отражает состояние стресса )

- парасимпатическая система, ее основной частью является блуждающий нерв (восстановление и отдых после стресса и регуляция внутренней среды организма)

- Если мощи компонентов вегетативной системы не хватает или они разбалансированы, к управлению адаптацией подключаются гумморальная система (отвечает за гормональное регулирование) и высшие отделы центральной нервной системы (реагирует на раздражители внешней среды через органы чувств)

Описание системы взаимодействия адаптационных систем организма Наталья Крутикова

Методология ВСР оказалась настолько эффективной с точки зрения превентивной медицины, то есть медицины, направленной не на борьбу с уже наступившими болезнями, а на их предотвращение, что уже с 1970-х годов ВСР стала крайне популярной в спортивной медицине при подготовке профессиональных спортсменов к соревнованиям, а позже – в промышленной медицине, авиации и пр. Вышедшая из космической медицины ВСР также стала предвестником получившей позднее признание интегративной медицины, то есть медицины, направленной на изучение организма как целостной системы и механик этого взаимодействия.

Сегодня, на фоне растущей необходимости следовать здоровому образу жизни и интереса к биохакингу, ВСР начинает становиться доступным обычным людям. Вполне возможно, что ВСР-замеры есть в вашем фитнес-браслете или пульсометре, а вы об этом не догадываетесь.

Что лежит в основе методологии ВСР в вашем фитнес-гаджете?

Итак, что же значат показатели «Энергия», «Стресс» и «Восстановление» в фитнес-гаджетах и действительно ли можно померить зарядку организма также, как смартфона. Попробуем максимально просто объяснить механику.

В основе лежит основа сердечного пульса, а точнее – вариабельности между ударами (на ритмограмме – RR- и NN-зубцов). Вариабельность предполагает, что при 60 ударах в минуту (в 60 секундах) разрыв между RR- и NN- зубцами в части ударов будет менее секунды, а часть – более.

При дальнейшем математическом анализе ритмограммы мы можем выявить волновую структуру вариабельности. При этом выделяется 3 частоты волн:

- короткие волны (High Frequency Waves, или HF-волны). Ученые выявили, что они характеризуют работу парасимпатической системы, отвечающей за восстановление в организме. Отражают влияние на пульс со стороны блуждающего нерва.

- длинные волны (Low Frequency Waves, или LF-волны). Эти волны отражают работу симпатической системы. В нашем организме она отвечает за реакцию организма на стресс.

- сверхдлинные волны (VLF-лн. Они отражают работу гумморальной системы с помощью гормонального воздействия, которая подключается к регулированию адаптации организма, когда силы симпатики и парасимпатики не хватает.

Дальнейшее преобразование данных позволяет выявить спектрограмму, определив уровень воздействия каждой из систем на ваш сердечный ритм. А значит, мы можем четко понять, какая из систем влияет на вас в момент замера в большей мере: симпатическая система (стресс), парасимпатическая система (восстановление после стресса) или гуморальная система (гормональное вмешательство при недостаточной работе симпатики и парасимпатики).

Анализ HF-, LF- и VLF-волн по спектральному анализу. Engy Health Так что же все-таки значат данные «Энергия», «Восстановление» и «Стресс» в вашем фитнес-браслете?

Научная работа с данными ритмограмм – для подтверждения гипотез в рамках ВСР были проведены многочисленные популяционные исследования по всему миру – позволила ученым сформулировать несколько показателей. Методология их расчётов была закреплена в 1996 году в международном стандарте измерения, физиологической интерпретации и клинического использования ВСР. Всего насчитывается более 20 показателей, однако здесь мы разберем несколько наиболее часто встречающихся в фитнес-гаджетах на российском рынке:.

«Энергия» (в международной терминологии Total Power)

Total Power рассчитывается по формуле TP=VLF+LF+HF. То есть, по сути, при измерении этого показателя вы видите суммарную мощность всех трех диапазонов вашего сердечного ритма. В целом, этот показатель свидетельствует о натренированности ваших адаптационных систем, это и есть «зарядка» вашего организма. Чаще всего показатели утренних замеров TP выше, чем вечером, так как в течение дня организм устаёт.

С помощью этого показателя вы можете отслеживать своё комплексное физиологическое состояние и готовность организма к дополнительным физическим, интеллектуальным и эмоциональным перегрузкам (вы отвечаете на вопрос, пойдет ли на пользу здоровья предстоящая физическая тренировка или волнительная презентация). Также важно понимать, что как слишком низкие, так и слишком высокие показатели TP критичны и говорят либо о нехватке мощи, либо о перенапряжении систем адаптации. (Ниже и далее указаны шкалы для здоровых людей в удовлетворительной физической форме. Данная шкала не подходит для профессиональных спортсменов с отличающимися нормативами)

Стресс отражает данные симпатической системы (LF-волны). Индекс Стресса отражает, в какой степени вы испытываете напряжение в ответ на стрессовый фактор. Важно понимать, что под стрессом в методики ВСР предполагается не психологический, а физиологический стресс. Как отсутствие, так и перенапряжение стресса одинаково критичны для организма: важно держать показатель в балансе для того, чтобы избегать общего ухудшения физиологического состояния.

«Восстановление»

Под «Восстановлением» в большинстве гаджетов имеется в виду показатель RMSSD. Он показывает состояние парасимпатической системы, отвечающей за восстановление организма после стресса. Высокий RMSSD говорит о высокой степени восстановления организма и его готовности к очередным и большим нагрузкам, если тренд пошел вниз, то вам нужно больше отдыхать и дать организму возможность восстановиться. Этот показатель особенно популярен среди любителей и профессиональных спортсменов, так как помогает чётко регулировать нагрузку, отслеживать прогресс или деградацию физической формы.

Вегетативный баланс (LF / HF)

Вегетативный баланс отражает сбалансированность симпатической (стресс) и парасимпатической (восстановление) систем. Таким образом, вы в любой момент можете понимать, насколько ваш организм сбалансирован и что в нем преобладает на момент замера – симпатика (стресс) или парасимпатика (восстановление).

Шкала показателя "Вегетативного баланса" Engy Health Как начать измерять вариабельности сердечного ритма?

Чтобы начать делать замеры ВСР, прежде всего, вам нужен пульсометр, смарт-часы или фитнес-браслет с функцией замеров ВСР. Такая функция уже встроена у топовых моделей Apple Watch, Garmin, Polar или Suunto. Однако это совсем не значит, что за доступ к замерам ВСР нужно много заплатить.

Например, вы можете использовать популярные в спортивной среде нагрудные пульсометры, средняя цена за которые находится в диапазоне 4 000 – 6 000 рублей (при среднем чеке на смарт-часы в России в 2019 году в районе 18 000 рублей). Далее вы можете подключить ваш пульсометр к одной из платформ по анализу данных ВСР, например к Engy Health (это бесплатно и на русском языке) или же к иностранным платформам (HRV4Training, TrainingPeaks, EliteHRV, но они платные и на иностранном языке). Самое главное, при выборе пульсометра убедитесь, что в выбранном вами пульсометре есть поддержка замеров ВСР и функционал дальнейшей передачи данных на сторонние платформы.

Чтобы измерять ВСР, придерживайтесь несколько простых правил:

- делайте замеры регулярно (не реже 1 раза в день)

- в рамках одного дневного сценария (например, только утром после утренних гигиенических процедур до завтрака),

- при измерении не шевелитесь

- делайте замер не менее 5 минут (более короткий замер даст недостоверные данные). Это нужно, чтобы на ритмограмме проявились HF, LF и VLF волны.

Некоторые сервисы предлагают делать замеры пульса через просвет пальца с камеры телефона, что удобно, но обуславливает большое количество шумов на ритмограмме, и в итоге у вас бОльшая вероятность получить некорректные данные.

Возможность увидеть уровень состояния парасимпатической системы, то есть активности блуждающего нерва, может сохранить вам жизнь во время пандемии коронавируса.

Во многих случаях гибель людей при заражении CoviD-19 происходит не от самого вируса, а от иммунного гиперответа организма. Это явление называется «цитокиновый шторм». Когда организм впервые сталкивается с вирусом или бактерией, иммунная система активизируется и начинает бороться с непрошенным «захватчиком». Рядовые в этой борьбе – молекулы, называемые цитокинами, благодаря которым клетки организма получают сигнал о том, что необходима реакция. Как правило, чем сильнее иммунный ответ, тем больше шансов победить инфекцию. Как только враг побежден, иммунная система отключается. Однако примерно у 15% пациентов иммунная система продолжает бороться и после того, как вирус обезврежен. Именно поэтому на данный момент усилия медиков направлены не только на поиск противовирусной вакцины, но и более эффективных средств в борьбе с «цитокиновым штормом».

Хорошая новость заключается в том, что один из естественных способов подавления «цитокинового шторма» – работа блуждающего нерва через механизм «холинергического противовоспалительного пути», сигналы которого так точно отражают HF-волны в методологии ВСР.

Немного медицинских подробностей для тех, кто хочет глубже разобраться в вопросе. Холинергический противовоспалительный путь выглядит следующим образом: на поверхности макрофагов, вырабатывающих про-воспалительные цитокины, находятся ацетилхолиновые рецепторы. Нейромедиатор ацетилхолин, секретируемый нейронами, образующими блуждающий нерв, активирует эти рецепторы, подавляя работу макрофагов и останавливая выработку цитокинов. Активация блуждающего нерва происходит через холинергическую сеть мозга, которая повышает активность холинергического противовоспалительного пути. Таким образом, любая стимуляция парасимпатической нервной системы через блуждающий нерв приводит к повышению уровня ацетилхолина и подавляет воспаление. Одновременно этот процесс через эфферентные пути приводит к увеличению вариабельности сердечного ритма.

Таким образом, парасимпатическая система принимает активное участие в возможности естественного подавления негативных последствий «цитокинового шторма», в том числе когда он вызывается Covid19. При этом эффективность работы парасимпатической системы можно отследить с помощью анализа вариабельности сердечного ритма, который могут сделать ваши фитнес-гаджеты.

В итоге, защитит ли меня мой фитнес-гаджет от коронавируса?

Если вы определили с помощью ВСР, что ваша парасимпатика в полном порядке, это, безусловно, не значит, что можно смело нарушать карантинные меры и вирус вам не страшен. Ведь холинергический противовоспалительный путь – лишь один из сценариев борьбы с последствиями заражения. Однако можно с уверенностью сказать, что хорошие показатели работы парасимпатики значительно повышают ваши шансы с минимальной потерей перенести заражение, и это свидетельство о готовности организма дать качественный ответ вирусу.

А вот в случае, когда активность вашего блуждающего нерва мала (низкий показатель RMSSD или HF), или вегетативная система находится в дисбалансе и значения вегетативного баланса (LF / HF) находятся в критической области, у вас есть шанс, контролируя показатель напряжения парасимпатической системы и отслеживая, что влияет на его улучшение, изменить ситуацию к лучшему и снизить риск осложнений. Замеры ВСР у себя и близких позволят определить, кто из вашего окружения в зоне риска, а кто готов встретить вирус во всеоружии.

Многие ученые считают, что будущее за превентивной медициной: наши гаджеты будут собирать достаточное количество информации о показателях здоровья, чтобы можно было начать принимать меры еще до того, как появится реальная проблема. Пока это во многом мечты: точные замеры по-прежнему делаются в лабораториях и клиниках на дорогом и мощном оборудовании.

Тем не менее кое-что уже можно измерять и с помощью смартфона. Например — вариабельность сердечного ритма (heart rate variability, HRV). Мобильные приложения научились «распаковывать» простую метрику в десятки полезных данных об организме, по которой делаются выводы об уровне стресса, работе центральной нервной системы и многом другом.

Как это возможно? Расскажем в нашем гиде.

Космическая технология

Использовать HRV начали еще в 1960-х. Его придумали как неинвазивный способ измерять уровень стресса в организме, оценивать функциональное состояние, риск заболеть и другие параметры. Изначально HRV применяли, чтобы следить за самочувствием астронавтов. Но вариабельность оказалась таким всеобъемлющим показателем, что вскоре изучать ее стали и за пределами NASA.

Что такое вариабельность сердечного ритма

Если очень упрощать — это показатель, отражающий неравномерность вашего сердцебиения.

И это совершенно нормально. Сердце и не должно биться равномерно, оно даже не должно к этому «стремиться». Напротив — чем больше неравномерность, она же вариабельность сердечного ритма, тем лучше ваше функциональное состояние.

Как измерить HRV?

Большим прорывом стало появление новых технологий — в частности, смартфонов с камерами и вспышкой. Вы просто прикладываете палец к камере, и она фиксирует каждый удар сердца — приток крови затемняет кожу.

Показатели вариабельности рассчитывают различные приложения. Среди них, к примеру, Welltory — один из топовых сервисов в этой сфере с российскими корнями. Есть еще HRV4Training — это приложение заточено под спортсменов и помогает понять, как тренировки влияют на вариабельность (и наоборот). Приложение платное, им пользуются профессиональные спортсмены вроде членов NBA, NHL и участников Олимпийских игр.

Если вы хотите повысить точность измерений, можно подключать к приложениям гаджеты, которые считывают показатель вариабельности сердечного ритма — например, нагрудный датчик, специальный фитнес-браслет или клипсу. Есть и такие приложения — в частности, CardioMood и Elite HRV, — где вариабельность измеряется не с помощью камеры, а исключительно с помощью кардиомониторов.

Также показатель вариабельности самостоятельно измеряют некоторые гаджеты: например, Apple Watch и Oura Ring (кольцо, чья основная цель — мониторинг сна). Результаты можно увидеть в приложениях Apple Health и Oura соответственно. Но тут есть нюанс: эти гаджеты измеряют всего один показатель вариабельности — и поэтому их нельзя использовать для расширенной аналитики, в том числе подключать к приложениям, разработанным именно для анализа вариабельности.

Обратите внимание, что не каждый гаджет подойдет для измерения вариабельности — например, популярные Fitbit и Mi Band не «отдают» значения интервалов между ударами сердца, поэтому на базе их данных нельзя вычислить параметры, связанные с HRV. Список подходящих устройств можно посмотреть, например, тут.

Какие показатели рассчитываются на базе HRV

Один из главных параметров вариабельности сердечного ритма — это SDNN (Standard Deviation of the Normal-to-Normal). Как можно догадаться из названия, он помогает узнать стандартное (среднеквадратичное) отклонение интервалов между ударами сердца — их еще называют RR-интервалами — от среднего значения. Именно этот параметр отслеживают Apple Watch, и его можно увидеть в приложении Apple Health.

Есть еще один важный параметр вариабельности, сходный с SDNN — RMSSD (Root Mean Square of Successive Differences). Для его расчета используется разница между каждым RR-интервалом и предыдущим интервалом — то есть этот показатель дает представление о динамике. Параметр RMSSD использует в измерении вариабельности кольцо Oura Ring — его вы увидите на графике HRV в приложении Oura.

И SDNN, и RMSSD, и RR-интервалы измеряются в миллисекундах (мс).

На базе полученных параметров — SDNN, RMSSD и RR-интервалов — высчитывают и другие показатели. Один из важнейших — это pNN50: он показывает вероятность того, что каждый случайно выбранный интервал будет отличаться от среднего более чем на 50 мс. Сравнивая здоровых людей с теми, у кого, например, есть проблемы с сердцем, можно увидеть, что у здоровых показатель pNN50 оказывается выше.

Еще на базе HRV рассчитываются «волны». Не будем углубляться в детали — просто представьте, что все RR-интервалы выстроили в столбики, и стали считать маленькие колебания волнами с высокой частотой (high frequency, HF), а большие — с низкой (low frequency, LF и very low frequency, VLF).

Какое отношение к здоровью имеют эти цифры?

Это главный вопрос. Речь здесь идет не прямом соответствии показателя состоянию организма (сдаешь анализ на кортизол –> понимаешь, какой у тебя уровень стресса), а о корреляции. Но — корреляции, подкрепленной большой статистикой.

Наблюдая, например, за показателем SDNN в течение длительных — суточных — измерений, ученые выяснили, что вариация этого показателя отражает, насколько хорошо в целом организм контролирует работу сердца. Это косвенно говорит о том, эффективна ли вегетативная (автономная) нервная регуляция организма. Обнаружили они это математически — проследив за корреляциями показателя SDNN и параметров, отражающих работу вегетатики.

Вегетативная система регулирует работу желез и внутренних органов в автономном режиме — в том смысле, что не зависит от воли человека: мы не можем усилием мысли заставить сердце биться быстрее или сузить зрачки. Состоит из двух дополняющих друг друга частей — симпатической и парасимпатической. Первая, вопреки названию, обычно не сулит ничего хорошего — это система, реагирующая на стресс. Вторая — регулирует работу организма в расслабленном, спокойном состоянии. Проще всего представить работу двух систем на примере травоядного животного — скажем, зебры: пока она мирно пасется, работает парасимпатическая система, при виде хищника включается система симпатическая. Чрезмерная, незатихающая активность симпатической системы у человека — признак хронического стресса.

Что делает с нами симпатическая и парасимпатическая нервная система. Источник: Silvia Bunge, ResearchGate

С RMSSD, который достаточно точен даже при краткосрочных замерах — около 5 минут, другая история. Ученые во время своих экспериментов, тоже математически, выяснили, что в коротких промежутках на разнице между соседними ударами сердца и вариабельности сердечного ритма больше сказывается парасимпатика — та часть автономной нервной системы, что отвечает за расслабление. Именно поэтому параметр RMSSD можно использовать для того, чтобы оценить, насколько хорошо организм сейчас восстанавливается.

В итоге: RMSSD — более точный параметр для краткосрочных замеров, больше реагирует на парасимпатику, позволяет прямо сейчас оценить восстановление; SDNN — менее точный в быстрых замерах, имеет смысл наблюдать за ним в динамике, чтобы оценить, насколько вы в стрессе, сбалансирована ли автономная нервная система и не является ли ваша симпатика чересчур активированной.

Про упомянутые выше «волны» установили такие соответствия: HF-волны отвечают в большей степени за работу парасимпатической системы и за дыхание. Если они в данный момент сильны, значит, вы активно восстанавливаетесь. Мощность HF-волн недостаточна? Возможно, организм работает из последних сил, и нужно сесть и расслабиться, помедитировать и подышать.

А вот LF-волны, напротив, отражают активность симпатической нервной системы — той самой, что отвечает мобилизацией на стресс. Если их мощность достаточна, значит, вы в тонусе. Слишком высокий показатель может говорить о том, что вы перенапряглись, и нужно сбавить обороты. Низкая активность LF волн — показатель того, что вы чересчур расслаблены, и надо собраться и добавить здорового стресса в жизнь.

Еще один важный показатель — это соотношение LF/HF. Оно отражает то, насколько сбалансирована работа вегетативной нервной системы между двумя ее отделами — симпатическим и парасимпатическим. В норме это соотношение должно быть не ниже единицы.

Показатель VLF тоже говорит скорее о состоянии организма в целом. Он помогает определить, справляется ли автономная нервная система с регуляцией вашего состояния — или для борьбы со стрессом уже приходится подключать центральную нервную систему.

Как это работает: пример

Я измерила вариабельность сердечного ритма во время написания этого текста. Все показатели оказались в порядке: SDNN равен 76 мс (это даже лучше, чем в среднем у женщин моего возраста — 25–35 лет), RMSSD — 59 мс, тоже чуть лучше, чем в среднем. Если же брать нормативные диапазоны, то я буду на верхней границе нормы — отличный результат. И pNN50, который у меня равен 32,8%, находится ровно на уровне среднего здорового молодого человека.

Приложение, которое я использовала — Welltory — выдало мне вердикт: сейчас вы в хорошем состоянии, у вас много энергии, а стресс оптимален. Поэтому, например, я могу сегодня пойти на силовую тренировку или взяться за сложную задачу по работе (чем я, собственно, и занимаюсь).

Но завтра мои параметры могут быть совсем иными — а значит, я получу другие советы и буду корректировать нагрузку в соответствии со своим состоянием.

Другой пример. Вчера я сделала измерение HRV перед сном.

Показатель HF-волн был на уровне 2170 мc2, LF — 1580 мc2. Соответственно, соотношение LF/HF было равно 0,7 — вроде бы ниже нормы. Но, как выяснилось, для позднего вечера это в самый раз: это значило лишь, что я хорошо восстанавливаюсь, и организм вошел в режим расслабления перед сном.

Показатель VLF оказался равен 4495 мc2. Приложение сказало мне, что это очень много — я, видимо, слишком вымоталась, и «из-за повышенного физического или эмоционального возбуждения автономная нервная система уже не справляется с управлением ритмом вашего сердца». В этот день я прошла около 12 тысяч шагов — это почти в два раза больше, чем я хожу обычно. Наверно, проблема была в этом.

Можно проще?

Для тех, кому лень разбираться во всем многообразии сложных параметров вариабельности, приложения предлагают простой «вердикт» — для этого показатели HRV переводятся в интуитивно понятные всем факторы. В случае с Welltory, которым пользуюсь я, это стресс, энергия и продуктивность (в вечернее время параметр «продуктивность» меняется на «тяжесть дня»).

Как рассчитываются эти факторы? Все довольно просто.

Есть готовые формулы, которые исследователи вывели математически, изучая разные параметры HRV, объективные и субъективные факторы самочувствия человека. Оказалось, что уровень стресса коррелирует с SDNN и LF — показателями, связанными с симпатикой. Энергия рассчитывается на базе работы парасимпатики, то есть параметров RMSSD и HF: чем хуже работает парасимпатическая нервная система, тем больше усталости копится — и энергии становится меньше. Наконец, показатель продуктивности/тяжести дня скоррелирован с работой префронтальной коры: чем больше она вынуждена вмешиваться в контроль за работой сердца, тем меньше ресурса остается для продуктивной работы. И определить это можно с помощью параметра VLF.

А как все эти готовые формулы применимы к жизни конкретного человека? Вот как: эти формулы «калибруются» под каждого пользователя приложения. Понятно, что мы все разные — и предсказать самочувствие любого случайного человека по одной и той же формуле было бы нереально. Поэтому приложение использует самообучающийся алгоритм — и в качестве исходных данных берет ваши замеры и обратную связь о самочувствии (картинка в правом верхнем углу).

Как применять это на практике?

Вариабельность сердечного ритма — хороший способ быстро и достаточно точно оценить функциональное состояние организма. В отличие от пульса, который в большей степени отражает реакцию организма на физическую активность, HRV учитывает также ментальную и эмоциональную нагрузку. Поэтому, измерив вариабельность сердечного ритма, вы можете в целом оценить, как ваше тело переносит все происходящее в вашей жизни.

Показатели, связанные с HRV, нестабильны. Поэтому интереснее всего наблюдать за ними в динамике. Если уж решите измерять вариабельность сердечного ритма, делайте это регулярно, желательно — в одно и то же время. Хотя бы 4–5 замеров в неделю — и со временем вы сможете увидеть какие-то тренды, заметить корреляцию параметров с образом жизни и, возможно, внести в него какие-то изменения.

Наверное, не стоит относиться к показателям вариабельности слишком серьезно. Замеры не должны заменять здравый смысл и ощущения, но они могут помочь в некоторых ситуациях. Например, так.

Читайте также: