Анализатор дыхания для прогноза сжигания жира во время физической нагрузки в реальном времени: данные о ротовом и альвеолярном выдыхаемом воздухе с использованием сверточной нейронной сети

Рост распространенности ожирения и метаболических нарушений создал значительный спрос на персонализированные устройства, способные эффективно отслеживать жировой обмен. В этом исследовании мы разработали усовершенствованную систему анализа дыхания, предназначенную для мониторинга сжигания жира, индуцированного физической нагрузкой, в реальном времени путем анализа летучих органических соединений (ЛОС) в ротовом и альвеолярном выдыхаемом воздухе. Ацетон в выдыхаемом воздухе и β-гидроксимасляная кислота (BOHB) в крови являются биомаркерами, тесно связанными с процессом метаболического сжигания жира, происходящим в печени, особенно после физической нагрузки. Анализатор дыхания использует массив датчиков для выявления паттернов ЛОС; полученные данные анализировали с помощью одномерной сверточной нейронной сети (1D CNN) для точного прогнозирования уровня BOHB в крови. Мы собрали и проанализировали 30 образцов выдыхаемого воздуха с помощью нашего анализатора и образцы крови на BOHB у участников до и после физической нагрузки. Результаты показали сильную корреляцию между откликами датчиков и уровнем BOHB: коэффициенты корреляции Пирсона составили 0,99 в разные моменты после нагрузки. Модель 1D CNN эффективно оценивала концентрации BOHB, достигнув коэффициентов Пирсона 0,96 для обучающей выборки и 0,86 для тестовой выборки. Кроме того, наши данные подтверждают, что образцы альвеолярного воздуха, содержащие метаболические продукты из более глубоких отделов легких, дают более надежные данные для анализа сжигания жира, чем образцы ротового воздуха. Этот неинвазивный инструмент мониторинга дыхания в реальном времени представляет собой перспективное решение для людей, которым важно оптимизировать режим тренировок и с высокой точностью отслеживать метаболическое здоровье.