A pulzusmérő órák pontossága: következmények a testsúly kezeléséhez

Egyformán közreműködött ebben a munkában: Matthew P. Wallen, Sjaan R. Gomersall, Shelley E. Keating, Ulrik Wisløff, Jeff S. Coombes

A testmozgás, a fizikai aktivitás és az egészség kutatásának tagsági központja (CRExPAH), az emberi mozgás- és táplálkozástudományi iskola, Queenslandi Egyetem, Brisbane, Queensland, Ausztrália

Egyformán közreműködött ebben a munkában: Matthew P. Wallen, Sjaan R. Gomersall, Shelley E. Keating, Ulrik Wisløff, Jeff S. Coombes

Tartozás K.G. Jebsen Orvosi Gyakorlási Központ, Keringési és Orvosi Képalkotó Tanszék, Norvég Tudományos és Technológiai Egyetem, Trondheim, Norvégia

Egyformán közreműködött ebben a munkában: Matthew P. Wallen, Sjaan R. Gomersall, Shelley E. Keating, Ulrik Wisløff, Jeff S. Coombes

Matthew P. Wallen,
Sjaan R. Gomersall,
Shelley E. Keating,
Ulrik Wisløff,
Jeff S. Coombes

Ábrák

Absztrakt

Háttér

A csuklós monitorok azt állítják, hogy pontosan mérik a pulzusszámot és az energiafelhasználást. A fogyni vágyók ezeket az eszközöket használják az energiaegyensúly figyelemmel kísérésére, azonban ezen eszközök pontosságát az ilyen paraméterek mérésére nem sikerült megállapítani.

Négy csuklós eszköz (Apple Watch, Fitbit Charge HR, Samsung Gear S és Mio Alpha) pontosságának meghatározása a pulzus és az energiafelhasználás mérésére nyugalmi állapotban és edzés közben.

Mód

Huszonkét egészséges önkéntes (50% nő; 24 ± 5,6 év) teljes

1 órás protokollok, amelyek magukban foglalják a hanyatt fekvő és ülő pihenést, a futópadon való járást és futást, valamint az ergométeren történő kerékpározást. A protokoll során összegyűjtött eszközök adatait összehasonlítottuk referenciamódszerekkel: elektrokardiográfia (pulzus) és közvetett kalorimetria (energiafelhasználás).

Eredmények

Egyik eszköz sem teljesített lényegesen jobban összességében, azonban a pulzus mind a négy eszközön állandóan pontosabb volt, mint az energiafogyasztás. Az eszközök és a referencia-módszerek közötti korreláció mérsékelt vagy erős volt a pulzusszám szempontjából (0,67–0,95 [0,35–0,98]), gyenge és erős az energiafelhasználás szempontjából (0,16–0,86 [–0,25–0,95]). Valamennyi eszköz alábecsülte mindkét eredményt a referencia módszerekhez képest. A pulzus százalékos hibája kicsi volt az eszközökön (tartomány: 1–9%), de nagyobb az energiafelhasználásnál (9–43%). Hasonlóképpen, a megegyezés határai lényegesen szűkebbek voltak a pulzusszámnál (-27,3 és 13,1 ütés/perc között), mint az energiafelhasználás (-266,7 és 65,7 kcal között).

Következtetés

Ezek az eszközök pontosan mérik a pulzusszámot. Az energiafogyasztás becslése azonban gyenge, és kihatással lehet azokra az emberekre, akik ezeket az eszközöket fogyás céljából használják.

Idézet: Wallen MP, Gomersall SR, Keating SE, Wisløff U, Coombes JS (2016) A pulzusmérő órák pontossága: következmények a testsúly kezeléséhez. PLoS ONE 11 (5): e0154420. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0154420

Szerkesztő: Jose A. L. Calbet, Las Palmas de Gran Canaria Egyetem, SPANYOLORSZÁG

Fogadott: 2015. december 22 .; Elfogadott: 2016. április 13 .; Közzétett: 2016. május 27

Adatok elérhetősége: Minden releváns adat megtalálható a dokumentumban és a kiegészítő információkat tartalmazó fájlokban.

Finanszírozás: A tanulmány vezető kutatója (Coombes) korlátlan támogatást kapott a Coca Colától, amelyet a tanulmány részleges finanszírozására használtak fel (Research Master Number 2014002786, http://transparency.coca-colajourney.com.au). A finanszírozóknak nem volt szerepük a tanulmányok tervezésében, adatgyűjtésben és elemzésben, a közzétételre vonatkozó döntésben vagy a kézirat elkészítésében. Ehhez a tanulmányhoz további külső finanszírozás nem érkezett.

Bevezetés

A rendszeres testmozgásban való részvétel előnyei jól dokumentáltak [1], ugyanakkor a fizikai inaktivitás a világ legnagyobb kockázati tényezője a kardiometabolikus betegségek kialakulásának [2]. A viselhető eszközök népszerűvé váltak az aktivitáson alapuló eredmények mérésének és a viselkedés megváltoztatásának elősegítésére a súlycsökkenés érdekében [3]. Becslések szerint ezekből az eszközökből körülbelül 25 milliót értékesítenek 2015-ben, és várhatóan 2018-ra a globális értékesítés körülbelül 12,6 milliárd amerikai dollárra nő [4]. Az előrejelzések szerint a 2018-ban szállított viselhető eszközök 87% -át a csuklós monitorok jelentik [5]. Ezek az eszközök azt állítják, hogy pontos energiamegtakarítást és újabban a pulzusszámot nyújtanak fotopletizmográfiával.

Az energiaköltség-becslések érvényességét vizsgáló korábbi tanulmányok olyan eszközökre korlátozódtak, amelyek nem tartalmazzák a pulzus mértékét. Ezek a tanulmányok mérsékelt érvényességet mutattak, jellemzően a mért készüléktől függően 10–30% -kal alábecsülve a referencia-módszerekhez képest az összes energiafelhasználást [6–9].

A kifinomult fotopletizmográfiai technológia bevezetésével az új generációs eszközök, mint például az Apple Watch és a Fitbit Charge HR, szívritmusból származtatott algoritmusok használatával hozzájárulhatnak az energiaintenzitás becsléséhez a tevékenység intenzitása alapján [10,11]. A legfrissebb bizonyítékok szerint ennek a módszernek elfogadható érvényessége van, azonban van benne rejlő változékonyság, amely azt bizonyítja, hogy ezen eszközök pontossága a használt eszköztől, az aktivitás típusától és intenzitásától, valamint a bőr fényérzékenységétől függ [12,13], a melanin koncentrációjától és a bőrtől a pigmentáció csillapíthatja az ezekből az eszközökből kibocsátott fény hullámhosszát, ezáltal csökkentve a pulzusszám detektálását [14]. Fontos azonban felismerni, hogy a korábban értékelt eszközöket tipikusan sportteljesítményhez tervezték, és a korabeli tevékenységkövetőket (pl. Apple Watch, Fitbit Charge HR) még nem értékelték.

Tekintettel ezeknek az eszközöknek a fogyasztók általi gyors elterjedésére, elengedhetetlen annak pontosságának meghatározása, hogy ezeket a változókat különféle üzemmódokban és intenzitásokban mérjék, tekintettel arra, hogy jelentősen befolyásolhatják az életmódbeli viselkedést és a súlykezelést. Ennek a tanulmánynak a célja az volt, hogy meghatározza négy népszerű csuklós eszköz (Apple Watch, Fitbit Charge HR, Samsung Gear S és Mio Alpha) képességét a pulzus és az energiafelhasználás pontos mérésére körülbelül egy óra pihenés, kerékpározás és futópad járás.

Mód

Résztvevők

Egészséges 18–70 év közötti férfi és női önkénteseket hívtak meg részvételre. Az összes résztvevőt egy nagyvárosi egyetemről toborozták. A tanulmány etikai engedélyt kapott a Queenslandi Egyetemen (HMS15/2403). A kutatószemélyzet átvizsgálta az összes résztvevőt olyan orvosi indikációkkal, amelyek kizárhatják őket a testmozgás teszteléséből, és írásos tájékozott beleegyezést kapott. Minden látogatás előtt azt javasolták a résztvevőknek, hogy tartózkodjanak a koffein és az alkohol fogyasztásától, kerüljék az erőteljes 24 órás fizikai aktivitást, valamint a nagy étkezés elfogyasztását előtte négy órával. Két órával az összes tesztelés előtt egy szabványosított étkezést helyettesítő italt (Up & Go, Sanitarium, Ausztrália) bocsátottak a résztvevők rendelkezésére. A második tesztelés előtt 24 órás fizikai aktivitás és étrendi napló készült el, és a résztvevőket arra kérték, hogy az utolsó vizsgálat előtt ismételjék meg ezeket a viselkedéseket.

Kísérleti protokollok

A résztvevők három alkalommal vettek részt a kutatólaboratóriumban, 48 óra és 7 nap között. Látogassa meg az egyik magasság-, súly- és bőrtípus-értékelést, a Fitzpatrick Bőrtípus skálán keresztül [15]. A közvetett kalorimetriával (MetaMax 3B, Cortex, Németország) a maximális oxigénfelvételt () szintén Bruce futópad protokoll segítségével értékeltük. A gázelemző készülékek (kétpontos kalibrálás szobai levegővel és ismert 4,07% CO2/15,95% O2 gázkoncentrációval) és térfogatának (3L Hans Rudolph kalibrációs fecskendő, Kansas, Egyesült Államok) standard kalibrálását minden egyes értékelés előtt elvégeztük a gyártói utasítások szerint. Az oxigénfogyasztás, a szén-dioxid-termelés és a perc szellőzés mérése nyugalmi állapotban és edzés közben történt.

A második és a harmadik látogatás tesztelési munkamenet volt, munkamenetenként két eszközt teszteltek (mindegyik karon egyet) randomizált és ellensúlyozott módszerrel. Minden látogatás során a készülékek pulzusát és energiakiadását egyidejűleg rögzítették számos tevékenység során, összehasonlítás céljából a referencia módszerekkel. Mivel az eszközök közül három is mért lépéseket, a tesztelés időtartamának teljes lépéseit is rögzítették ezeknél az eszközöknél (Apple Watch, Fitbit Charge HR, Samsung Gear S). A résztvevők megfelelő hidratálásának biztosítása érdekében érkezéskor értékelték a vizelet ozmolalitását (Osmocheck Pocket Refractometer, Vitech Scientific Ltd, Tokió). Az 58 perces protokollhoz nyugalmi tevékenységeket (fekvés, ülés, álló helyzet) és testmozgást (gyaloglás, kerékpározás) választottak (1. ábra). A résztvevők kezdetben ötperces fekvő, ülő és álló periódusokat hajtottak végre. Ezután egy Bruce osztályozott futópad edzésprotokoll három szakaszát hajtották végre, majd öt perc ülő pihenőt. A résztvevők ezután egy 25 wattos (25 W-nál kezdődő) lépéses teszt három, három perces szakaszát teljesítették egy kerékpár-ergométeren, majd az utolsó öt perc ülő pihenés.

A tesztelt eszközök az Apple Watch (Apple Inc., Kalifornia, Egyesült Államok), a Fitbit Charge HR (Fitbit Inc., San Francisco, Egyesült Államok), a Samsung Gear S (Samsung Electronics Co., Ltd., Suwon, Dél-Korea) voltak. és Mio Alpha (Mio Global, Kanada). A gyártó utasításainak megfelelően az eszközöket kor, nem és antropometriai adatok alapján egyedileg alakítottuk ki. Az kompatibilis okostelefonos szoftverrel rendelkező eszközöket Bluetooth-on keresztül szinkronizálták egy megfelelő okostelefonnal az adatgyűjtés megkönnyítése érdekében (a megjelenítés megkönnyítése).

Referencia módszerek

Minden látogatás alkalmával elektrokardiográfiai (EKG) elektródákat (3 vezetékes, CASE testtesztelő rendszer, GE Healthcare, Egyesült Királyság) szereltek fel, és a protokoll során 15 másodpercenként manuálisan rögzítették az EKG és az eszközök pulzusát. Az energiafelhasználást közvetett kalorimetriával mértük hordozható gázelemző rendszerrel (MetaMax 3B, Cortex, Németország). A résztvevőket a futópadon sétálva vették fel, és a felvétel lépésszámát retrospektív módon, szemrevételezéssel, félsebességes lejátszáskor határozták meg.

Statisztikai analízis

A korrelációkat és a Bland-Altman-féle megállapításokat (átlagos eltérés és a megegyezés határai) az 1. táblázat mutatja be. Egyetlen eszköz sem teljesített jobban, azonban a pulzus eredménye mind a négy eszköz esetében következetesen pontosabb volt, mint az energiafogyasztás. Az eszközmértékek és a referenciamódszerek közötti összefüggés az eredménytől és az alkalmazott eszköztől függően változott, a pulzusszám mérsékeltétől az erősig terjedt (0,67–0,95 [0,35–0,98]), az energiafelhasználás pedig gyengétől erősig (0,16–0,86 [- 0,25–0,95]) (1. táblázat).

A Bland-Altman-diagramok azt mutatták, hogy az összes eszköz alábecsülte az összes kimenetel mértékét a referencia-módszerhez képest (2. ábra). Az eszközök átlagos alábecsülése a referencia módszerekhez képest a pulzusszám 1–9% -a, az energiafelhasználásé pedig 9–43% között mozgott. A Samsung Gear S mutatta a legnagyobb változékonyságot a pulzusszámban (alsó LoA – felső LoA; -27,3–13,1 bpm) (3. ábra). Ezenkívül a Mio ALPHA mutatta a legnagyobb változékonyságot a becsült energiafelhasználás tekintetében (-266,7-65,7 kcal) (4. ábra). A Fitbit Charge HR és a Mio ALPHA eszközök energiafelhasználásának és pulzusának kimenetelén szisztematikus torzítást állapítottak meg. Nem volt statisztikai különbség a bőrszín alapján a pulzusszám korrelációi között (Fitzpatrick Skin Type skála IV (n = 7)], kivéve az Apple Watch-ot, ahol a Fitzpatrick Skin Type Scale> IV (r = 1,00) korrelációja statisztikailag volt különbözik a 2. ábrától.

Bland-Altman elemzi az eszközök összehasonlítását az (A) pulzusszám és (B) energiafelhasználás referenciamódszerével. Az átlagos különbséget a folytonos pont jelöli, a vonalak pedig az egyezés 95% -os határát mutatják. Megjegyzések: HR = pulzus, kcal = kilokalória, bpm = ütés percenként. Ahol az átlagos eltérés vagy az egyezési határok szisztematikusan elfogultak voltak, a pontbecsléseket a két mérés (eszköz és referencia) átlagának átlagértéke alapján számították ki.

Bland-Altman ábrázolja az eszközt [(A) Apple Watch; N = 22, (B) Fitbit Charge HR; N = 22, (C) Samsung Gear S; N = 22, (D) Mio ALPHA; N = 22] és az elektrokardiográfia (referencia) átlagos pulzusszám (ütés/perc). A folytonos vonal a két mérés közötti átlagos különbséget (bpm) jelenti, a szaggatott vonalak pedig az egyezés 95% -os határértékét (bpm). Megjegyzések: bpm = ütés percenként, LoA = megegyezési határok, MD = átlagos különbség.

Bland-Altman ábrázolja az eszközt [(A) Apple Watch; N = 22, (B) Fitbit Charge HR; N = 22, (C) Samsung Gear S; N = 19, (D) Mio ALPHA; N = 22] és a METAMAX (referencia) összes energiafelhasználás (kcal). A folytonos vonal a két mérés közötti átlagos különbséget (kcal) jelenti, a szaggatott vonalak pedig az egyezés 95% -os határértékét (kcal) jelentik. Megjegyzések: kcal = kilokalória, LoA = megegyezési határok, MD = átlagos különbség.

A mért eszközök közül hárman számítanak. A mért lépések és az Apple Watch (0,70 [0,38–0,87]), a Fitbit Charge HR (0,67 [0,34–0,85] és a Samsung Gear S (0,88 [0,72–0,95]) referenciamódszere közötti korrelációt mérsékeltnek vagy erősnek tekintették., a Fitbit Charge HR mutatta a legnagyobb változékonyságot a lépésszámlálásban (-353 és 235 lépés között) (5. ábra) .Az eszközök alulbecslésének átlagos hibája 4-6% között mozgott.

Bland-Altman ábrázolja az eszközt [(A) Apple Watch; N = 21, (B) Fitbit Charge HR; N = 21, (C) Samsung Gear S; N = 20] és közvetlen megfigyelési (referencia) lépéseket. A folytonos vonal a két mérés közötti átlagos különbséget (lépéseket) jelenti, a szaggatott vonalak pedig a megállapodás (lépések) 95% -os határértékeit jelentik. Megjegyzések: LoA = a megállapodás határai, MD = az átlagos különbség.

Vita

Ez az első olyan tanulmány, amely négy népszerű csuklón viselt eszköz pontosságát vizsgálja: az Apple Watch, a Fitbit Charge HR, a Samsung Gear S és a Mio Alpha a pulzus és az energiafelhasználás mérésére pihenés, kerékpározás és futópadon történő gyaloglás közben. Megállapításaink azt mutatják, hogy minden eszköz alábecsülte a pulzusszámot és az energiafelhasználást. Egyetlen eszköz sem mutatta folyamatosan nagyobb pontosságot ezekben az intézkedésekben, és a hiba nagysága az érdeklődés kimenetelétől függően változott.