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本研究创新性地将3分钟恒速登阶测试（3-min CRSST）与可穿戴设备结合，通过机器学习分析心率变异性（HRV）等生理指标，实现了病毒性呼吸道感染（VRTIs）相关炎症水平的早期预测（AUC=0.73），为公共卫生监测提供了无创、高效的预警工具。
背景
病毒性呼吸道感染（VRTIs）如COVID-19和流感仍是全球公共卫生挑战，传统检测依赖分子测试（如PCR）或症状报告，存在延迟和漏检无症状感染局限。本研究探索可穿戴设备结合标准化运动测试（3分钟恒速登阶测试，3-min CRSST）的早期炎症预测潜力。
方法学设计
55名健康成人（18-59岁）接种流感减毒疫苗（LAIV）模拟感染，连续12天监测生理指标。核心创新是3-min CRSST：30步/分钟固定节奏登阶3分钟+2分钟恢复期，通过Astroskin/Hexoskin传感器采集心率（HR）、呼吸频率（BR）、每分通气量（MV）和R-R间期（RRI）数据。炎症水平通过8种生物标志物（IFN-γ、IL-6、IL-8、IL-10、IL-15、IP-10、MCP-1、TNF-α）计算免疫反应评分（IRS），并采用个体化系数变异（CoV）标准化。
数据特征与模型构建
经视觉筛查（如图2展示典型与噪声心率信号对比）和Flirt工具处理，提取HRV时域/频域特征（如低高频比LF/HF ratio）。梯度提升模型（XGBoost）采用留一受试者交叉验证，结果显示恢复期HRV特征最具预测力：最佳模型（AUC=0.73）敏感度70%、特异度77%，关键特征包括LF/HF ratio（重要性0.174）、心率标准差（0.172）和RRI峰值数（0.167）。图7以水平条形图直观呈现特征重要性排序。
机制与临床意义
恢复期HRV优势源于自主神经调节机制：炎症抑制副交感神经再激活，使HRV成为“生理应激测试”敏感指标。研究证实标准化运动可揭示隐性炎症反应，较静息监测更早发现VRTIs相关炎症（图5展示IRS阈值转换逻辑）。通过调整决策阈值（-0.3至0.3）可平衡敏感度/特异度（图8 ROC曲线AUC=0.82），满足不同场景预警需求。
局限与展望
实验室环境固定步速（30步/分钟）限制泛化性，个体心肺适能差异可能影响结果。未来需验证居家环境应用，并扩展至老年/高危人群。尽管模型聚焦呼吸道炎症，其“应激-恢复”监测框架为感染早期预警提供了可推广的技术路径。
结论
本研究确立了可穿戴设备结合标准化运动测试的VRTIs炎症预测效能，HRV作为核心生物标志物，为公共卫生领域提供了可量化、低成本的早期干预工具。
