Rahel Gilgen-Ammann

1 Institutul Federal Elvețian al Sportului Magglingen, Magglingen, Elveția,

Theresa Schweizer

1 Institutul Federal Elvețian al Sportului Magglingen, Magglingen, Elveția,

Thomas Wyss

1 Institutul Federal Elvețian al Sportului Magglingen, Magglingen, Elveția,

Abstract

fundal

Ceasurile sportive și aparatele de fitness oferă un mod fezabil de a obține estimări ale cheltuielilor de energie (EE) în viața de zi cu zi, precum și în timpul exercițiului. Cu toate acestea, tehnologiile populare purtate la încheietura mâinii prezintă doar o precizie EE slabă până la moderată. Recent, invenția măsurării optice a ritmului cardiac și dezvoltarea în continuare a accelerometrelor în unitățile încheieturii mâinii au deschis posibilitatea măsurării EE.

Obiectiv

Acest studiu a avut ca scop validarea noului ceas de mână multisenzorial Polar Vantage și estimarea sa EE la indivizi sănătoși în timpul activităților de intensitate mică până la mare împotriva calorimetriei indirecte.

Metode

Per total, 30 de voluntari (15 femele; vârsta medie 29,5 [SD 5,1] ani; înălțimea medie 1,7 [SD 0,8] m; greutatea medie 67,5 [SD 8,7] kg; absorbția maximă medie de oxigen 53,4 [SD 6,8] mL/min · kg) a desfășurat 7 activități - variind ca intensitate de la ședință până la jocul floorball - într-un mediu interior semistructurat timp de 10 minute fiecare, cu pauze de 2 minute între ele. Aceste activități au fost efectuate în timp ce purtau ceasul de mână Polar Vantage M și spirometrul MetaMax 3B.

Rezultate

După estimarea EE, s-a raportat o medie (SD) de 69,1 (42,7) kcal și 71,4 (37,8) kcal pe activitate de 10 minute pentru MetaMax 3B și respectiv Polar Vantage, cu o corelație puternică de r = 0,892 (P Cuvinte cheie: validare, mHealth și eHealth, monitorizarea activității

Introducere

Cercetarea anterioară

Măsurarea exactă a cheltuielilor de energie ale corpului uman (EE) este un parametru important pentru multe aplicații [1,2]. De exemplu, intensitatea activității fizice poate fi evaluată pe baza energiei consumate în timpul efortului, iar îndrumarea dietetică poate fi dată pe baza EE zilnice totale [3].

Acest studiu

Smart Calories este un nou calcul EE realizat de Polar, care are ca scop îmbunătățirea estimării EE în viața de zi cu zi și în exerciții fizice. Polar Vantage (V și M) este o tehnologie multisenzorială purtată la încheietura mâinii, care exprimă EE în calorii pe activitate. Acest nou sistem de măsurare nu a fost validat înainte. Prin urmare, scopul acestui studiu a fost de a valida Polar Vantage și estimarea sa EE într-un eșantion sănătos și eterogen în repaus și în timpul diferitelor moduri de exercițiu și la intensități diferite în raport cu criteriul măsurii de calorimetrie indirectă.

Metode

Participanți

Un total de 30 de voluntari sănătoși și slabi au dat consimțământul informat pentru a participa la acest studiu. Niciunul dintre participanți nu a cunoscut că ia medicamente care afectează HR sau metabolismul și nici nu au avut tatuaje pe încheietura mâinii nedominante. Dintre participanți, 50% (15/30) erau de sex feminin și toți se aflau în intervalul de vârstă cuprins între 20 și 40 de ani. În ceea ce privește nivelurile de activitate, 33% (10/30) dintre participanți au îndeplinit sau aproape au îndeplinit ghidurile de activitate fizică (adică completând 150 de minute de activitate cu intensitate moderată pe săptămână), 33% (10/30) dintre participanți au fost activi (adică, participând la antrenamente regulate, dar fără obiective competitive) și 33% (10/30) dintre participanți erau sportivi de anduranță (adică participând regulat la alergări, triatlon sau competiții de ciclism). Participanții au completat formulare scrise de consimțământ informat și chestionare de pregătire pentru activitate fizică (PAR-Q) înainte de a lua parte la studiu. Niciunul nu a răspuns da la nicio întrebare PAR-Q. Pentru estimarea mărimii eșantionului, datele unui studiu similar și o precizie similară a monitorului preconizate au fost utilizate ca estimare pentru un test t cu două cozi asociat [13]. Aprobarea acestui studiu a fost acordată de comisia de etică din Cantonul Berna (2018-00309) și a fost conformă cu principiile Declarației de la Helsinki.

Procedură

În ziua 2, măsurătorile valorilor EE în timpul odihnei, activităților zilnice și activităților sportive au fost obținute într-o sală de gimnastică cu zone pregătite. Participanții au fost programați oricând în timpul zilei, la 2 ore după ultimul aport alimentar și la 12 ore după ultimul aport de cofeină. Participanții au fost echipați cu Polar Vantage M, cureaua toracică Polar H10, înregistratorul de date MetaMax 3B și o mască de față cu spirometru. După o scurtă plimbare recreativă de 3 minute ca încălzire, participanții au efectuat 7 activități de viață liberă simulate timp de 10 minute fiecare. După fiecare activitate, participantul a mers la următoarea activitate și a rămas nemișcat pentru restul pauzei de 2 minute; totuși, în urma activității de alergare, pauza a durat 4 minute. În timpul acestor faze de recuperare, viitoarea activitate a fost explicată. Timpul de pornire și oprire a fiecărei sarcini de activitate a fost înregistrat de cercetător pe o versiune pe hârtie a protocolului de studiu, folosind un cronometru principal. Mai mult, când fiecare activitate a fost începută și oprită, au fost înregistrate valorile EE respective date de Polar Vantage M pentru fiecare activitate.

Cele 7 activități și ordinea lor au fost după cum urmează:

Așezat pe scaun și citind (activitate sedentară; alt mod de antrenament în interior).

Ștergeți podeaua cu un mop și atârnați rufele într-o ordine și ritm autoguidat (treburile casnice; modul de antrenament altele în interior).

Mers normal pe o pistă interioară rotundă de 290 de metri cu instrucțiunea de stimulare „așa cum te-ai duce la stația de autobuz fără grabă” (activitate de mers; mers pe jos pentru antrenament).

Jogging pe o pistă rotundă interioară de 290 de metri cu instrucțiunea de stimulare „alege-ți propriul ritm în care ai putea vorbi cu cineva” (activitate de mers; modul de antrenament alergând).

Un circuit de antrenament de forță cu antrenamente de 45 de secunde, cu o ganteră în fiecare mână, urmat de odihnă de 15 secunde, incluzând genuflexiuni, ridicări de umeri, bucle bicepiene, plămâni și așezări [19] cu instrucțiunea „alegeți propria greutate a ganterei ritm, astfel încât antrenamentul să fie cel puțin oarecum greu ”(valoarea scării Borg> 12; activitate sportivă; antrenament de forță în modul de antrenament).

Ciclism pe un ergometru (Ergoselect 200; Ergoline GmbH) la 80 de runde pe minut și un HR în jur de 120 de bătăi pe minut (activitate sportivă; modul de antrenament ciclism în interior).

Un curs de floorball (aproximativ 80 de metri lungime) incluzând picurarea, trecerea mingii, tragerea și jogging-ul [20], pentru care executarea sarcinii a fost auto-ritmată, dar au fost necesare faze scurte de recuperare de 10 secunde de mers pe jos lent pe rundă; modul de antrenament alt interior).

Imediat după terminarea fiecărei sarcini, valorile individuale ale scării Borg au fost raportate pentru a evalua efortul perceput [18].

Instrumente

Dispozitivul investigat a fost ceasul de mână Polar Vantage M (Polar Electro Oy), care folosește un calcul optic HR asistat de bioimpedanță și un semnal de accelerație 3D. Polar Vantage M a fost așezat pe încheietura nedominantă a participantului, cu 1 deget în spatele osului încheieturii. Valorile antropometrice ale participantului, HR de repaus, HRmax și VO2max au fost introduse în profilul utilizatorului și fiecare mod de antrenament corespunzător a fost setat în setarea utilizatorului înainte de a începe activitatea respectivă. HR a fost evaluat utilizând cureaua toracică Polar H10 [21]. Pentru a obține măsuri de consum de oxigen (VO2) și de producție de dioxid de carbon (VCO2) pentru a determina VO2max, a fost utilizat Quark CPET (Cosmed). Pentru a calcula criteriul EE în timpul activităților de viață liberă simulate, VO2 și VCO2 au fost obținute utilizând un sistem metabolic portabil cu circuit deschis (MetaMax 3B; Cortex Biophysik) [22,23]. MetaMax 3B a fost montat pe participant cu o mască de față și un ham de piept. Toate dispozitivele au fost calibrate înainte de fiecare măsurare conform instrucțiunilor producătorului.

Procesarea datelor

HR de repaus al fiecărui participant a fost calculat pe baza valorilor medii minime de 30 de secunde obținute în timpul măsurării de repaus de 10 minute, în timp ce VO2max și HRmax au fost calculate pe baza valorilor medii maxime de 30 de secunde obținute în timpul testului gradat [17].

Pentru a investiga estimările EE în ziua de măsurare 2, valorile EE afișate pe afișajul Polar Vantage M au fost notate pentru fiecare activitate de 10 minute. Pentru a calcula criteriul EE, formula prezentată de Elia și Livesey [24] a fost utilizată pentru a însuma datele schimbului de gaze în kilocalorii pe minut pentru a genera EE totală pentru o activitate de 10 minute [25]. Fiecare dintre cei 30 de participanți au îndeplinit toate cele 7 sarcini de activitate, dar au fost raportate 2 defecțiuni tehnice în timpul cursului de floorball. Prin urmare, din cele 210 activități, 208 au fost înregistrate și analizate (99%).

Analize statistice

Rezultate

a 0 = păr mic, 1 = păr moderat sau mult.

b Scara Fitzpatrick de la 1 la 6.

c bpm: bătăi pe minut.

masa 2

Efortul perceput, ritmul cardiac, consumul de energie măsurat și ratele de eroare ale Polar Vantage M în comparație cu MetaMax 3B.

ActivitateScara Borg (6-20), medie (SD)% HRmax a EE b de MetaMax 3B (kcal), medie (SD)EE prin Polar Vantage M (kcal), medie (SD)Bias sistematic în kcal, (limite ale acordului)Eroare absolută medie în kcal, (eroare procentuală absolută medie)20% precizie c, n/N (%)
Toate activitățile10,9 (3,5)59.669,1 (42,7)71,4 (37,8)2,3 (37,8)14,0 (20,6)123/208 (59,1)
Stând și citind6,1 (0,3)34,013,7 (2,5)13,6 (2,1)−0,1 (3,1)1.2 (9.1)28/30 (93)
Treburile casnice7,6 (1,0)45.739,1 (8,6)50,1 (10,6)11,0 (16,5)11,8 (31,4)8/30 (27)
Mers (5,4 [0,5] km/h)8,5 (0,9)46.343,4 (6,8)52,3 (8,5)9,0 (12,3)9,0 (21,4)15/30 (50)
Jogging (9,6 [1,2] km/h)11,8 (1,0)71.4113,7 (26,7)103,3 (21,5)−10,4 (33,5)16,9 (14,8)21/30 (70)
Circuit de antrenament de forță (5,1 [2,8] kg)13,5 (0,9)63.361,8 (16,9)71,0 (18,5)9,2 (29,7)14,3 (25,2)15/30 (50)
Ciclism (130,7 [22,6] V)14,1 (1,1)72,990,2 (15,5)102,0 (24,9)11,8 (34,9)18,0 (20,6)20/30 (66,7)
Curs de floorball15,1 (1,7)83,4125,5 (36,1)110,1 (29,3)−15,4 (63,0)27,5 (21,8)16/28 (57,1)

a% HRmax = procentul ritmului cardiac maxim.

b EE: cheltuieli energetice.

c Procentajul la care EE estimat de Polar Vantage M a fost în limita a 20% de la criteriul MetaMax 3B.

mână

Graficul Bland și Altman al estimării cheltuielilor de energie (EE) obținute în timpul celor 7 sarcini de activitate (208 măsurători). Linia continuă reprezintă prejudecata sistematică; liniile punctate reprezintă limitele acordului (părtinire sistematică, SD 1.96).

Deviația relativă a estimării cheltuielilor de energie (EE) de către Polar Vantage M în comparație cu măsurarea criteriului MetaMax 3B separat pentru fiecare activitate de activitate. Liniile roșii indică zona de echivalență propusă (SD 20% din medie); limita inferioară și superioară a diagramelor box indică cuantilele de 25% și respectiv 75% din datele EE, iar crestătura din mijloc indică valoarea mediană a datelor. Mustățile includ toate punctele de date care se încadrează în intervalul 1,5 intercuartilic al valorilor cuantice de 25% și 75%. Cercurile și stelele indică punctele de date EE care se află dincolo de intervalele 1,5 și respectiv 3 intercuartile.

Ambii predictori au indus o subestimare a EE. Modelele finale de regresie liniară pentru grupurile de activități grupate au fost similare cu datele prezentate pentru activitățile generale. Restul de variabile independente, efortul perceput și circumferința încheieturii mâinii, au explicat aproximativ 20% și 15% din MAE în activități grupate de intensitate mică-moderată și intensitate ridicată, precum și 44% și 17% din MAE în activități fără - mișcarea brațului puțin (constantă) și o mișcare (instabilă) a brațului.

Discuţie

Principalele constatări

În acest studiu, a fost evaluat un ceas de mână multisenzorial lansat recent, Polar Vantage. Acuratețea Polar Vantage a fost investigată într-un mediu de viață liber simulat în repaus și în timpul exercițiului, comparând estimările EE ale ceasului cu cele de calorimetrie indirectă. Rezultatele au relevat o prejudecată sistematică de 2 kcal la 10 min (-15 la 12 kcal/10 min) și o MAPE de 21% (9% -31%) în timpul diferitelor activități, de la ședere și citire la un curs de floorball. Investigațiile anterioare au demonstrat erori mai mari de estimare a EE de la 14% la 210% în timpul mersului, alergării și a șezutului [10]; 9% până la 43% în timpul minții, șezutului, mersului pe jos, alergării și ciclismului [13]; și 9% până la 24% pe parcursul a 13 activități, de la cele de intensitate redusă (de exemplu, scrierea la computer) la cele de intensitate vigurosă (de exemplu, exerciții eliptice sau joc de tenis Wii) [27]. Shcherbina și colab. [12] au investigat 7 monitoare purtate la încheietura mâinii, iar valorile MAPE în estimarea EE variau de la 27% la 93%, în funcție de dispozitiv. Ca atare, acești autori au susținut că niciun dispozitiv de monitorizare purtat la încheietura mâinii în 2016 nu a raportat EE într-un interval de eroare acceptabil în condiții de laborator controlate în timpul mersului, alergării și al ciclismului.

Extinzându-se din aceste studii, acest studiu a evaluat performanța tehnologiilor purtate la încheietura mâinii, estimând EE în timpul unei varietăți mai mari de activități de intensitate scăzută până la mare, combinate cu puțină sau multă mișcare a încheieturii și brațelor nestabile, într-un mediu de viață liber simulat. În special, constatările prezente sunt comparabile sau mai bune decât cele găsite în alte studii recente privind sistemele de măsurare care sunt utilizate și ca dispozitive de referință pentru măsurarea EE [11,28]. Electrocardiograma purtabilă Actiheart a prezentat o MAPE similară în estimarea EE de 20% (SD 15%), iar brațul SenseWear bazat pe temperatură și accelerație a arătat un MAPE de 39% (SD 18%) în activitățile semistructurate [11,28,29 ]. Pentru a îmbunătăți predicția EE, este necesară o calibrare individuală înainte de fiecare măsurare cu Actiheart, ceea ce împiedică fezabilitatea utilizării în viața de zi cu zi. În contrast, concluziile acestui studiu reprezintă o bună precizie generală EE la ceasul de mână Polar Vantage, cu avantajul suplimentar al ușurinței sale ridicate de utilizare.

Implicatii practice

Limitări

Măsurătorile au fost efectuate după ce au fost selectate modurile de exercițiu specifice pentru fiecare activitate investigată, care au fost configurări ideale pentru testarea monitorului. Ca atare, estimările EE prezentate în acest studiu au fost obținute într-un mod de antrenament și pot arăta diferit de cele măsurate în timpul unei evaluări a vieții cotidiene 24 × 7.

Concluzii

Acest studiu a demonstrat că ceasul de mână multisenzorial Polar Vantage are o precizie statistic moderată-bună în estimarea EE, care depinde de activitate. În timpul ședinței și activităților de lectură, estimarea EE este bună, în timp ce în timpul activităților nestabile care implică mișcarea mâinii și brațului, precizia EE este încă moderată. Cu toate acestea, comparativ cu celelalte monitoare EE purtate la încheietura mâinii, Polar Vantage poate fi recomandat, deoarece funcționează printre cele mai bune. Pentru a înțelege mai bine posibilele măsurători inexacte, utilizatorii ar trebui să fie conștienți de provocările pe care astfel de tehnologii trebuie să le depășească.

Mulțumiri

Polar Electro Oy (Finlanda) a finanțat parțial experimentul descris în această lucrare.