Chun-Hao Chang

un Institut postuniversitar de științe sportive, Universitatea Națională Sportivă Taiwan, nr. 250, Wenhua 1st Rd., Districtul Guishan, orașul Taoyuan, Taiwan

cheltuielilor

Kuo-Chuan Lin

b Biroul de Educație Fizică, Universitatea Creștină Chung Yuan, Nr. 200, drumul Chung Pei, districtul Chung Li, orașul Taoyuan, Taiwan

Chin-Shan Ho

un Institut postuniversitar de științe sportive, Universitatea Națională Sportivă din Taiwan, nr. 250, Wenhua 1st Rd., Districtul Guishan, orașul Taoyuan, Taiwan

Chi-Chang Huang

un Institut postuniversitar de științe sportive, Universitatea Națională Sportivă din Taiwan, nr. 250, Wenhua 1st Rd., Districtul Guishan, orașul Taoyuan, Taiwan

Abstract

Context/obiectiv

Aplicarea senzorilor micro-electromecanici (MEMS) ca măsurători ale cheltuielilor de energie (EE) prezintă anumite dezavantaje. De exemplu, senzorii inerțiali nu pot distinge cu ușurință modificările pantei solului în timpul mersului/alergării, astfel încât precizia calculului EE este influențată. Pentru a rezolva această problemă, ritmul cardiac (HR) și rezerva de ritm cardiac (HRR) au fost utilizate ca factori compensatori, respectiv pentru a corecta formula empirică clasică a analizorului accelerometrului pentru EE în acest studiu.

Metode

Pentru a explora îmbunătățirea preciziei EE în timpul exercițiului ascendent și a compara nivelurile de corecție dintre HR și HRR, a fost utilizată absorbția de oxigen ca măsură de criteriu (CM). Treizeci de bărbați adulți sănătoși au purtat un ActiGraph GT3X cu monitorul Polar HR și calorimetrul indirect Vmax în timpul a douăsprezece activități cu bandă de alergat (3 gradienți și 4 viteze).

Rezultate

Când pante au fost crescute cu 0%, 3% și 6%, acuratețea măsurării accelerometrelor, calculată prin coeficientul de corelație intraclasă (ICC), a scăzut cu 0,877, 0,755 și, respectiv, 0,504 Accelerometru, ritm cardiac, absorbție de oxigen, activitate fizică, exercițiu de urcare

Introducere

Se știe că angajarea într-o activitate fizică regulată are multe beneficii pentru sănătate. Un nivel mai ridicat de activitate fizică este strâns legat de un risc mai scăzut de boli cronice și o rată de mortalitate generală mai scăzută.1, 2, 3. A fost sugerat de Asociația Americană a Inimii (AHA) în 20164 că, pentru adulți, exerciții fizice moderate pentru cel puțin 150 de minute pe săptămână sau exerciții fizice viguroase timp de cel puțin 75 de minute pe săptămână (sau combinația de exerciții fizice moderate și viguroase) ar putea îmbunătăți sănătatea cardiovasculară. În plus, se recomandă evaluarea periodică a activității fizice pentru includerea în planurile de tratament și în serviciile de asistență medicală

Senzorii inerțiali sunt, de asemenea, cunoscuți sub numele de monitoare de activitate. De exemplu, accelerometrele și pedometrele sunt utilizate pentru a monitoriza și cuantifica activitățile fizice din viața de zi cu zi, exercițiile fizice și cercetarea. Accelerațiile mișcărilor într-una sau trei axe verticale în timp sunt cuantificate de accelerometre, permițând monitorizarea continuă a activității fizice pentru o perioadă de timp controlată. Valorile măsurate prin accelerații pot fi transmise ca pași, număr de activități, intensități, magnitudini vectoriale (VM) și calorii.12, 13, 14 Monitoarele de activitate cele mai utilizate în cercetare sunt monitoarele de activitate ActiGraph.15 De asemenea, prin ecuații de calibrare de grup, ieșirea datelor (număr pe unitate de timp) poate fi transformată în EE (VO2) și intensitatea activității fizice.16, 17

Metode

Participanți

Un total de 30 de bărbați adulți sănătoși (M ± SD; vârstă 24,53 ± 1,55 ani; greutatea corporală 75,13 ± 10,40 kgw; înălțimea corpului 1,78 ± 0,16 m; indicele de masă corporală 23,86 ± 2,67 kg/m2) au participat voluntar la acest studiu. Înainte de începerea studiului, toți participanții au completat formulare de consimțământ în cunoștință de cauză aprobate de Consiliul de revizuire instituțională al spitalului Landseed. Participanții au fost excluși în cazul în care au avut contraindicații pentru exerciții fizice, au luat medicamente care le-ar putea afecta rata metabolică sau au avut un diagnostic de boli cardiovasculare care i-ar putea opri să finalizeze procedurile de evaluare în condiții de siguranță. După completarea formularelor de consimțământ informat, subiecții au fost incluși în acest studiu. Subiecții au fost obligați să poarte echipamente de cercetare și să finalizeze testul de 1,5 ore în mediul de laborator. Informațiile și datele personale ar fi excluse dacă s-ar găsi un eșec în procesul de testare (de exemplu, viteza subiectului a fost prea lentă sau subiectul a renunțat înainte de finalizarea testului).

Calorimetru indirect

VO2 și VCO2 au fost testate de sistemul de testare a exercițiilor cardiopulmonare (Vmax Encore 29 System, VIASYS Healthcare Inc., Yorba Linda, CA) pentru măsurarea criteriului metabolic (CM). Subiecții purtau măști de dimensiuni mici (Hans-Rudolph) pentru a-și acoperi gura și nasul. Volumul de aer respirație cu respirație și compozițiile de O2 și CO2 au fost măsurate prin eșantionarea liniilor de gaz și a senzorilor de flux digitali conectați la măști.

Monitor de activitate

ActiGraph GT3X (Actigraph Corporation, Pensacola, FL, SUA) este un accelerometru triaxial care poate colecta date din activități pe 3 axe. Acest monitor este mic (3,8 × 3,7 × 1,8 cm) și ușor (27 g). Înainte de test, inițializarea GT3X a fost finalizată de software-ul ActiLife6 (versiunea 6.12.1, Cary, NC, SUA). Frecvența de eșantionare a acestui monitor a fost stabilită la epoci de 30 Hz și 10 secunde pentru a colecta numărul de activități din acest studiu. Conform manualului de utilizare ActiGraph, GT3X a fost fixat pe șoldul drept al fiecărui subiect pe linia midaxilară printr-o centură elastică moale reglabilă.

Monitor de ritm cardiac

Monitorul de ritm cardiac Polar RS800CX (Polar, Kempele, Finlanda) a fost plasat chiar sub piept, cu eșantionare la 1000 Hz pentru a colecta HR (beat-by-beat) pe parcursul întregului test. Datele de resurse umane au fost descărcate folosind software-ul Polar Precision Performance (Polar).

Protocol experimental

Subiecții prezentați la laborator la orele programate individual pentru a verifica înălțimea și greutatea lor și pentru a calcula HR maximă individuală prevăzută (HRmax = 220 - Vârstă) ca indicator al siguranței la efort. Înainte de începerea experimentului, a fost măsurată mai întâi ritmul cardiac în repaus în poziția șezut. Subiectul a stat într-o poziție de repaus timp de 20 de minute, iar cea mai mică HR înregistrată în ultimele 5 minute a fost stabilită ca valoare de repaus.32 Subiecții au efectuat 12 teste de mers pe jos/alergare pe bandă de alergare într-o secvență aleatorie. Intervalul dintre două studii a fost de 4 minute. Volumele de VO2 în timpul procesului de testare au fost înregistrate continuu și sincron prin numărarea indirectă de calorimetrie, HR și accelerometru.

Testul benzii de rulare

În cadrul unui laborator, subiecților li s-a cerut să completeze banda de alergare (h/p cosmos mercury 4.0, Nussdorf-Traunstein, Germania) teste de mers/rulare la viteze de 5,61 km h -1, 7,20 km h -1 (mers rapid), 7,20 km h -1 (alergare lentă) și 8,02 km h -1 pe pante de 0%, 3% și 6%. Fiecare test a fost de 7 min, iar intervalul dintre două teste a fost de 4 min. 33, 34 S-a folosit viteza de 7,2 km/h, deoarece este viteza de tranziție preferată (PTS) de la mers pe jos la alergare. 34, 35 În orice test de exercițiu, dacă frecvența cardiacă sigură a fost depășită sau subiectul nu a putut finaliza testul în siguranță (de exemplu, viteza benzii de alergat a fost prea rapidă), testul a fost încheiat și datele au fost excluse din analiză.

Prelucrarea și analiza datelor

Toți cei treizeci de subiecți au finalizat testele de efort în condiții de siguranță. Datele de la Vmax, Polar și GT3X au fost transmise în Excel. Datele de la Vmax și Polar au fost utilizate pentru a calcula parametrul 10s-by-10s și sincronizate cu datele de la GT3X. În conformitate cu metoda de prelucrare a datelor de către Lyden și colab., 33 primele 120 de secunde ale fiecărui test au fost excluse pentru a se asigura că datele au fost într-o stare stabilă, iar ultimele 10 secunde au fost excluse pentru a minimiza erorile de sincronizare de sincronizare între monitor și metabolice. măsurători efectuate de cercetători. VO2 și VCO2 au fost calculate pentru a determina EE prin formula lui Weir: EE (Kcal · min -1) = 3.491 (VO2 în L/min) + 1.106 (VCO2 în L/min) .36 Datele din GT3X au fost analizate în ActiLife6 . EE a fost calculată prin ecuația combinației Freedson VM337 cu următoarea formulă: EE (Kcal · min -1) = 0,001064 VM + 0,087512 BW (greutatea corporală în kgw) - 5,500229. Valorile EE au fost împărțite la greutatea corporală (kcal · kgw -1-1 min -1) ca standardizare. Parametrul HHR în fiecare test a fost calculat prin formula HRmax - HRrest în fiecare etapă.

analize statistice

tabelul 1

Comparația EE măsurată prin Vmax (calorimetrie indirectă) și EE estimată de GT3X EE în 12 teste de mers pe jos/alergare pe bandă rulantă (medie ± SD).

Grad Viteza benzii de rulare (km/h) CMEE (kcal · kgw −1 · min −1) GT3X EE (kcal · kgw −1 · min −1) MPE (%) ICC
0%5,610,080 ± 0,0070,083 ± 0,0102.27.877
7.200,113 ± 0,0120,110 ± 0,014
7.200,137 ± 0,0120,138 ± 0,022
8.02 0,153 ± 0,012 0,150 ± 0,021
3% 5,610,097 ± 0,0090,088 ± 0,00910,85 .755
7.200,130 ± 0,0130,112 ± 0,015
7.200,154 ± 0,0120,141 ± 0,022
8.02 0,169 ± 0,014 0,149 ± 0,020
6%5,610,111 ± 0,0100,088 ± 0,01320,97.504
7.200,151 ± 0,0170,112 ± 0,016
7.200,171 ± 0,0120,141 ± 0,023
8.020,187 ± 0,0130,150 ± 0,021

Valorile medii ± abaterea standard (SD). CMEE, criteriu de măsurare a cheltuielilor de energie; GT3X, accelerometru ActiGraph GT3X; Eroare procentuală medie (MPE) =/n; ICC, coeficient de corelație intraclasă.

Rezultatele a două modele de regresie multifactorială compuse din numărul de activități VM, greutatea corporală, HR și HRR sunt prezentate în Tabelul 2. Un coeficient de determinare (R2) semnificativ mai mare și o eroare standard de estimare (SEE) mai mică s-au găsit în Modelul B decât în ​​Modelul A cu pante diferite. Coeficientul de corelație (r) și ICC între EE și CMEE măsurate în modele cu pante diferite sunt enumerate în Tabelul 3. S-a constatat că r și ICC în Modelul B (r = 0,810 până la 0,905: corelație puternică până la înaltă; ICC = 0,795 până la 0,901: ICC înaltă) au fost mai mari decât cele din Modelul A și formula Freedson VM3 Combination. R și ICC în modelul B au fost mai mari decât cele din formula combinată Freedson VM3. Principalele diferențe dintre modelul A și modelul B au fost factorii HR și HRR. Pe baza rezultatelor de mai sus, HRR a fost un predictor precis al modificării pantei. HRR ar putea îmbunătăți ICC și validitatea valorilor prezise și ar putea crește fiabilitatea modelelor de predicție.

masa 2

Modele pentru a prezice EE (kcal · kg −1 · min −1) de la VM, BW și HR/HRR.

ModelGradePrediction ecuațieR 2 VEZI
Modelul A0%0,000010 VM - 0,000195 BW + 0,000286 HR + 0,024446.8010,013
3%0,000011 VM - 0,000376 BW + 0,000185 HR + 0,058023.7000,016
6%0,000012 VM - 0,000423 BW + 0,000086 HR + 0,085319.6420,019
Modelul B0%0,000009 VM - 0,000166 BW + 0,000493 HRR + 0,044276.8210,013
3%0,000009 VM - 0,000379 BW + 0,000445 HRR + 0,068036.7280,016
6%0,000011 VM - 0,000361 BW + 0,000256 HRR + 0,081400.6560,018

VM, magnitudini vectoriale; BW, greutatea corporală în kgw; HR, ritm cardiac; HRR, rezerva de ritm cardiac; R 2, coeficient de determinare; VEZI, eroare standard de estimare.

Tabelul 3

Analiza corelației și fiabilității EE și CMEE măsurate la modele cu pante diferite.

Combinație GradeFreedson VM3 Model A Model B rICCrICCrICC
0%.878.877.895.887.905.901
3%.848.755.836.825.854.844
6%.780.504.801.785.810.795

r, coeficientul de corelație al lui Pearson.

Discuţie

Subiecții din acest studiu au purtat ActiGraph GT3X și Polar RS800CX pentru a finaliza testele de bandă de alergat la trei raporturi de pantă. S-au comparat diferențele de acuratețe EE măsurate între ecuațiile de regresie cu parametrii HR (Model A) și HRR (Model B). De asemenea, a fost comparată ecuația combinației Freedson VM337. Pe baza acestei ecuații, EE și CMEE ale ICC pentru cele trei pante au fost 0%: 0,877; 3%: 0,755; și 6%: 0,504, respectiv. Aceste rezultate au indicat faptul că, cu o pantă mai mare, fiabilitatea accelerometrului a fost redusă. Fiabilitatea calculului EE a fost îmbunătățită prin revizuirea modelului A și a modelului B. ICC-urile dintre modelul A și CMEE au fost 0%: 0,887; 3%: 0,825; și 6%: 0,785, respectiv, și ICC între modelul B și CM au fost 0%: 0,901; 3%: 0,844; 6%: 0,795, respectiv. În consecință, s-au găsit efecte mai bune ale revizuirii EE măsurate în timpul exercițiilor înclinate pentru modelul B.

Concluzie

Senzorul inerțial purtabil este un produs semnificativ. Semnalele de vibrații produse de exerciții sunt procesate și calculate ca valorile EE prevăzute pentru a facilita măsurarea activității fizice pentru populația generală. Practic, o problemă esențială este încărcarea crescută cu modificări ale metabolismului energetic în timpul unui plan adecvat de antrenament sportiv la sportivi sau publicul larg. Astfel, este esențial să aveți o metodă eficientă de calcul al EE. Rezultatele acestui studiu au arătat că combinarea parametrilor de mărime vectorială a accelerometrului cu parametrii HRR au avut efecte compensatorii bune și au condus la o predicție mai precisă a EE în timpul exercițiului pe pante.