Application smartphone personnalisée pour guider l’accouplement locomoteur-respiratoire sur le terrain à l’aide de sons respiratoires adaptatifs au pas

Résumé

Le couplage locomoteur-respiratoire (LRC) est potentiellement avantageux pour les coureurs mais peut être difficile à réaliser. Nous présentons une solution sur mesure mise en œuvre sur un smartphone pour individualiser et guider les coureurs vers le LRC.

Résumé

Bien que la course à pied soit l’une des activités les plus populaires pour la compétition et les loisirs, on estime que 20 à 40 % des coureurs peuvent souffrir de limitations respiratoires. Certains de ces coureurs peuvent bénéficier de techniques de respiration pour améliorer leurs performances ou atténuer l’inconfort respiratoire. L’une de ces techniques est le couplage locomoteur-respiratoire (LRC), une synchronisation de fréquence et de phase de la respiration et du pas. Des études ont démontré que la LRC peut améliorer l’efficacité ventilatoire via des « flux par étapes », et certains experts ont fait valoir qu’elle pourrait être utilisée pour stimuler l’exercice ou augmenter les états émotionnels positifs. Néanmoins, il peut être difficile de le réaliser sans coaching ou orientation. Ici, nous proposons RunRhythm, une application pour smartphone personnalisée pour fournir un guidage sonore synchronisé pour LRC. Ce concept s’appuie sur des preuves antérieures qu’une orientation judicieuse peut être efficace et intègre des caractéristiques permettant de maximiser l’observance et l’individualisation. Les résultats préliminaires montrent que cette application est une méthode prometteuse et efficace adaptée à la recherche sur la LRC en exercice sur le terrain. Des recommandations d’utilisation et de développement sont discutées afin de développer davantage ce concept au profit d’une population plus large.

Introduction

La course à pied est peut-être la forme d’exercice la plus populaire, en partie en raison de son accessibilité et de la gamme d’avantages pour la santé physique et mentale ^1,2. Néanmoins, de nombreux coureurs en herbe ont du mal à commencer ou à maintenir leurs habitudes de course. Cela pourrait être dû à des difficultés respiratoires, qui affectent environ 20 à 40 % des coureurs ^3,4,5. Il est théoriquement possible de réduire l’essoufflement induit par l’exercice grâce à l’utilisation de techniques de respiration spécifiques, mais les méthodes exactes, les risques et les avantages de cette pratique ne sont pas clairs. Bien que l’amélioration de la condition physique et/ou la respiration lente au repos puissent atténuer l’inconfort respiratoire pendant l’exercice ^6,7, ces solutions prennent des semaines ou des mois pour en tirer des avantages. Certaines recherches ont émis l’hypothèse que la mise en œuvre directe de techniques de respiration pendant l’exercice pourrait être plus efficace pour produire des avantages aigus⁸, bien que ces recherches soient limitées. Des outils numériques permettant un enseignement individualisé pourraient être nécessaires pour réaliser de telles études dans un format d’intervention efficace.

Le couplage locomoteur-respiratoire (LRC) est un phénomène de synchronisation dans lequel la respiration et le mouvement sont synchronisés en fréquence et/ou en phase. Dans des exercices spécifiques tels que la course, LRC indique un rapport entier entier entre la respiration (BR) et la fréquence des pas (SR), ainsi que le verrouillage de phase de la frappe du pied pour commencer la respiration (c’est-à-dire marcher exactement sur l’inspiration). La LRC peut être exprimée volontairement ou automatiquement et peut émerger comme un comportement appris avec l’entraînement physique⁹. Les humains synchronisent naturellement la démarche avec les bruits auditifs interférents (y compris la respiration), peut-être pour réduire la stimulation auditive, ce qui suggère que LRC a une phénoménologie évolutive¹⁰. Certains rapports indiquent que la LRC est bénéfique pour le mouvement, l’économie et la performance, et réduit l’essoufflement 11,12,13,14,15. Certaines études ont rapporté des avantages négligeables 16,17,18. Tous les avantages physiologiques pourraient être liés à des « flux entraînés par des pas » : chaque coup de pied crée une dynamique descendante du contenu abdominal (le « piston viscéral »), qui, lorsqu’elle est synchronisée avec le début de l’inspiration ou de l’expiration, peut s’ajouter à la ventilation.

Daley et ^coll.19 ont mesuré le débit ventilatoire et les forces d’impact pendant la course sur tapis roulant et ont émis l’hypothèse que les débits entraînés par des marches peuvent contribuer jusqu’à 10 à 12 % à la ventilation totale. Ils ont également signalé qu’il pourrait accélérer les transitions ventilatoires. D’autres mécanismes neuromécaniques peuvent interagir avec ce phénomène⁹. Alors que le piston viscéral est le résultat d’un couplage de phase précis, le couplage de fréquence peut être indépendamment de la valeur, en particulier pour le coureur novice. Le BR est étroitement lié à l’effort pour différentes intensités d’exercice²⁰. Comme la RS est généralement stable et associée à une vitesse de course^{de 21}, la LRC peut favoriser la conscience de soi et permettre un rythme facile de la BR et, par conséquent, de l’intensité tout au long de la course. Enfin, la LRC à des ratios inégaux (par exemple, 5:1 pas par respiration) pourrait aider à prévenir les douleurs abdominales transitoires liées à l’exercice (« point de côté »). Une majorité de coureurs ressentent ce symptôme temporaire, mais distrayant et douloureux chaque année^22, conduisant souvent à leur besoin d’arrêter de courir. Une théorie de l’étiologie du point de côté est que la respiration répétée sur le même pied latéral peut irriter le nerf phrène. Ainsi, il pourrait être évité par LRC à des rapports inégaux, ce qui conduit à respirer sur des jambes alternées.

Peu de rapports ont discuté de la façon d’aider les coureurs à effectuer la LRC. Au moins deux études ont montré des méthodes de type biofeedback^14,23 tandis que beaucoup ont utilisé un simple coaching verbal^24,25. Bien que ces méthodes se soient révélées prometteuses pour stimuler de manière aiguë la LRC, elles sont hautement normalisées et nécessitent un équipement spécialisé. En tant que tels, ils ne conviennent probablement pas aux applications sur le terrain et ne sont pas accessibles à la plupart des coureurs. Quoi qu’il en soit, le guidage sonore est un choix naturel puisque les humains synchronisent intuitivement le mouvement avec des événements auditifs prévisibles (métronome ou musique⁾²⁶. Les applications doivent donc tenir compte du tempo et de la structure dans le contexte de l’apprentissage moteur. Bien que l’audio simple et à tempo constant soit prévisible et efficace pour stimuler l’entraînement, il contredit le comportement naturellement non linéaire du pas et des rythmes respiratoires chez les coureurs en bonne santé^27,28. Changer le SR préféré d’un coureur peut réduire l’économie de course ²⁹ ou pourrait modifier les facteurs de risque de blessure³⁰. Ainsi, les instructions sonores doivent être adaptées en permanence et en temps réel pour suivre le SR³¹ du coureur.

Nous avons récemment introduit un concept qui intègre les recommandations ci-dessus dans une application pour smartphone simple, conviviale et personnalisée³². La première itération permet de sélectionner un seul rapport LRC à instruire tout au long de l’exécution. L’algorithme SR d’origine du téléphone est exploité pour fournir des informations SR en temps réel à l’application. Ensuite, des sons synchronisés sont produits indiquant quand le coureur doit expirer et inspirer : un ton aigu pour les pas lors de l’inspiration et un ton grave pendant l’expiration. Les rapports LRC prescrits ont été calculés à partir d’une visite de contrôle sans instruction de respiration. Nous avons constaté une forte augmentation de la LRC de 26,3 ± 10,7 % à 69,9 ± 20,0 % de l’exécution avec l’instruction d’application pendant la course sous-maximale en extérieur. Les limitations notées avec le protocole et l’application comprennent une familiarisation approfondie requise, une taille d’échantillon limitée et des instructions sonores constantes. Par conséquent, une nouvelle version de cette application a été développée pour améliorer l’expérience utilisateur et permettre des tests et des expérimentations plus larges sur le terrain. Cette application s’appelle RunRhythm car son but est d’aider les coureurs à trouver et à maintenir un rythme pendant la course. Elle sera ci-après dénommée l’application.

L’objectif de ce rapport est d’introduire un nouvel outil numérique et une nouvelle approche méthodologique qui permettent un guidage intuitif et prêt sur le terrain pour les études de recherche impliquant des coureurs expérimentés ou en devenir. L’application est une application de recherche en phase de test bêta pour les appareils Android. Les fonctionnalités de base de l’application sont la détection SR et le guidage LRC. Lorsque la course à pied est détectée, des sons respiratoires sont créés en fonction des paramètres sélectionnés dans l’interface utilisateur. L’application calcule la RS à partir de l’accéléromètre du téléphone à l’aide de l’un des deux algorithmes suivants : soit l’algorithme SR d’usine mis en œuvre par le fabricant de l’appareil, soit un algorithme SR personnalisé créé par le fabricant de l’application. Les deux algorithmes produisent un flux constant de RS en direct, qui est ensuite lissé sur une moyenne mobile selon une fenêtre adaptative. La taille de la fenêtre est dynamique pour équilibrer la réactivité et le lissage des valeurs aberrantes. Le résultat est une valeur de SR en direct constamment mise à jour.

Étant donné que l’application calcule la SR à partir du mouvement de l’appareil, le placement du téléphone sur le corps est de la plus haute importance. La plupart des algorithmes SR d’origine sont agnostiques en termes de position et, par conséquent, peuvent être placés sur n’importe quelle partie du corps pendant la course pour produire des valeurs SR précises. L’algorithme personnalisé implémenté ici se comporte également comme tel. Cependant, un placement ferme plus près du centre de masse peut améliorer la stabilité de la détection SR et, par conséquent, la qualité sonore produite par l’application. Les essais pilotes montrent que les placements avec oscillation à 1 dimension (c’est-à-dire verticalement vers le haut et vers le bas, comme dans une poche de poitrine ou un sac de taille) peuvent être plus performants que ceux avec un mouvement à deux dimensions (c’est-à-dire se balançant, comme dans une poche de cuisse ou un brassard).

Les données SR sont transmises à un moteur sonore intégré (voir le tableau des matériaux). Les sons de pas ne sont émis que si le système détecte SR > 0. Lorsque le SR est supérieur à un seuil prédéfini (déterminé dans les paramètres du backend [section 3.6 du protocole], c’est-à-dire 120), l’application comprend que l’utilisateur est en train de courir et déclenche le début des sons de guidage respiratoire. Ensuite, cette valeur SR en direct est utilisée pour régler le tempo du pas et des sons de guidage respiratoire tant qu’une valeur SR « en courant » est maintenue. Lorsque le SR > seuil, les sons générés correspondent au tempo du SR par défaut. L’exception est lorsque le paramètre de backend « sound tempo » est modifié (déterminé dans les paramètres de backend [section 3.5 du protocole]). Par exemple, avec une limite supérieure sélectionnée de 180, même si le coureur commence à courir à un SR plus élevé de 185, le tempo sonore ne dépassera pas 180. Lorsqu’ils abaissent leur SR à 175, les sons descendent à 175, s’ajustant en permanence dans les limites prédéfinies. Comme décrit à l’étape 3.5 du protocole, ces curseurs permettent à l’utilisateur ou au chercheur de définir des limites sur le tempo sonore minimum et maximum (bpm). L’application permet de sélectionner différents rapports LRC (steps :breath) avant ou de les modifier pendant la course. Le nombre de pas par phase de respiration peut être modifié de 2 à 9 ; c’est-à-dire qu’un rapport de 2:3 reflète 2 pas par inspiration et 3 pas par expiration.

Différents « paysages sonores » ont été conçus pour offrir une expérience audio agréable à un plus grand nombre de coureurs ayant des goûts musicaux variés, en fonction des commentaires des utilisateurs et des premières expériences en^{laboratoire33}. Ils ont différents sons mappés sur la fréquence de pas en temps réel, les phases de respiration instruites et le bruit ambiant de fond. Les sons de pas sont des battements simples qui jouent au tempo de chaque pas (c’est-à-dire des pas à droite et à gauche). Les sons de respiration intègrent plusieurs éléments sonores et jouent à un tempo beaucoup plus lent en fonction du rapport LRC choisi. Les paysages sonores disponibles sont tribaux : organiques et instrumentaux avec des transitions de respiration nettes et des sons de pas ; apaisant : léger et inspiré de l’océan avec des transitions douces et des bruits de pas ; énergisant : électronique et conduite avec des transitions brusques et des bruits de pas ; Minimal : Simple et doux avec seulement des bruits de respiration (pas de bruits de pas).

La fonction de voix off ajoute des indices vocaux simples correspondant aux résultats de recherche sur les meilleures pratiques en matière de familiarisation avec les LRC. Il fournit une série d’instructions au début de la course, puis toutes les 5 minutes par la suite. Tout d’abord, il indique le rapport LRC sélectionné. Ensuite, il indique la phase de respiration prévue en synchronisation avec les signaux sonores pour les trois premiers cycles de respiration. Ensuite, il rappelle à l’utilisateur : « Trouvez votre rythme de pas et suivez le rythme ». Pour chaque course, un questionnaire avant et après la course est intégré pour ajouter des données de sentiment subjectif à chaque course. L’échelle courte de vitalité subjective³⁴ pose une seule question concernant le ressenti du coureur de 0 à 10. Une note de 0 à 10 sur l’échelle de fatigue demande à l’utilisateur d’évaluer son état de fatigue actuel. Enfin, une échelle de 0 à 10 évalue le degré d’essoufflement actuellement ressenti. Toutes ces échelles sont demandées avant et après chaque passage. Ce n’est qu’après la course que l’utilisateur est invité à évaluer son expérience de l’intensité de la course (c’est-à-dire légère, moyenne, élevée, intervalles). Les utilisateurs peuvent modifier le rapport LRC et la temporalité pendant la course à l’aide de l’interface à l’écran ou des commandes du casque. Cela peut aider les utilisateurs à se sentir autonomes pendant la course et permet d’explorer les qualités personnelles. De plus, il peut être nécessaire de modifier rapidement le rapport en réponse aux événements de course (par exemple, les collines, la fatigue). Ce protocole comprend une description de la façon d’utiliser l’application et des recommandations ultérieures pour son utilisation dans des protocoles de recherche de divers types (c.-à-d. intérieur, extérieur, interventionnel, transversal).

Protocole

Cette étude a reçu l’approbation éthique du comité d’éthique de l’Université de Salzbourg (numéro de référence : GZ 13/2021), et les participants ont donné leur consentement éclairé.

1. Démarrer avec RunRhythm

1. Demandez aux participants de remplir un pré-questionnaire pour inclure des informations démographiques, ainsi que des informations sur la course, les sports et l’expérience respiratoire.
2. Téléchargez l’application sur un smartphone fonctionnant sous Android 8.0 ou version ultérieure.
   REMARQUE : Les tests utilisateurs fermés et les téléchargements d’applications ne sont accessibles qu’aux utilisateurs sélectionnés disposant d’un compte Google Play dont les adresses e-mail sont ajoutées à la liste des utilisateurs approuvés. Les tests sont sur invitation uniquement. Envoyez les demandes d’accès à l’auteur correspondant.
3. Vérifiez que l’utilisateur a regardé le didacticiel avant la première utilisation de l’application (Figure 1).

Figure 1 : didacticiel de l’application. RunRhythm fournit un tutoriel d’introduction dès sa première ouverture, comprenant des détails concernant le couplage locomoteur-respiratoire, une animation montrant le fonctionnement de l’application et des conseils d’utilisation. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

2. Fonctionnalité de base

1. Choisissez l’ambiance sonore souhaitée à l’aide de la bascule horizontale (Figure 2B).
   REMARQUE : Cela ne peut être modifié qu’avant l’exécution.
2. Modifiez le rapport LRC souhaité (pas par inspiration : pas par expiration) à l’aide des bascules vers le haut ou vers le bas (Figure 2A) ; Verrouillez le bouton à l’aide de l’icône de verrouillage. Lorsque l’écran est verrouillé, utilisez seek () d’un casque compatible pour modifier le rapport vers le haut ou vers le bas.
   REMARQUE : Le verrouillage du rapport fonctionne pour maintenir une différence de rapport constante lors de la modification du rapport. Par exemple, si 2:3 est verrouillé, le fait de basculer « vers le haut » changera le rapport à 3:4 (en gardant 1 pas de plus par expiration par rapport à l’inspiration).
3. Modifiez les paramètres de temporalité à l’aide de la bascule à 3 positions de l’interface (Figure 2C). Lorsque l’écran est verrouillé, utilisez lecture et pause () à partir d’un casque compatible.
   REMARQUE : La temporalité peut être basculée entre le guidage complet (toujours activé), le guidage moyen (1 min allumé / 5 min désactivé) et aucun guidage.
4. Activez la fonction de voix off à l’aide de l’interface en bas à droite (Figure 2D et 5A).
5. Sélectionnez démarrer l’exécution pour commencer. Lors de la première utilisation, appuyez sur allow pour permettre l’enregistrement des mouvements et de la localisation de l’appareil.
6. Complétez les questionnaires à l’écran avant et après chaque course en appuyant sur les chiffres correspondant au ressenti actuel ressenti par le coureur (Figure 3).

Figure 2 : Interface principale de l’application. (A) Le rapport de couplage locomoteur-respiratoire peut être modifié à partir de l’interface utilisateur avec des cônes allant de 2 à 9. Chaque valeur représente le nombre de pas par phase de respiration ; C’est-à-dire que 2:3 représente 2 étapes par inspiration : 3 étapes par expiration. L’icône de verrouillage peut être utilisée pour corriger la différence de rapport ; c’est-à-dire que lorsqu’il est verrouillé à 2:3, le décalage « haut » fait passer le rapport à 3:4 (en maintenant une différence de 1 pas de plus par expiration). (B) La sélection du paysage sonore permet à l’utilisateur de choisir parmi quatre couches sonores prédéterminées : tribale, apaisante, électronique et minimale. (C) La bascule temporologique permet à l’utilisateur de choisir parmi trois paramètres prédéterminés pour la fréquence de guidage : complète, moyenne et désactivée. (D) La bascule Voiceover permet à l’utilisateur d’activer ou de désactiver les repères vocaux. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 3 : Pré et post questionnaires. Des questionnaires identiques sont présentés au début et à la fin de chaque parcours. Il faut y répondre pour commencer ou terminer la course. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

3. Paramètres du backend

REMARQUE : Les paramètres clés affectant la fonctionnalité de l’application peuvent être modifiés en appuyant sur les trois points dans le coin supérieur droit de l’interface principale. Les valeurs par défaut reflètent les valeurs recommandées, mais peuvent être modifiées. Cet écran (Figure 4) contient les paramètres suivants :

Figure 4 : paramètres du backend. Les paramètres du backend incluent la pause automatique, une bascule pour la détection des pas et les codes d’identification. (A) Les paramètres de seuil de tempo sonore permettent une sélection précise des seuils de fréquence de pas qui limitent le tempo de guidage sonore généré. Par exemple, la sélection d’un seuil inférieur de 155 et d’un seuil supérieur de 180 garantit que le guidage sonore ne s’écartera pas de l’intervalle [155, 180], quelle que soit la SR réelle détectée. La valeur par défaut est [0, 200]. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

1. Activez le GPS et le GPX pour enregistrer la distance de course, la vitesse de course et le suivi de l’itinéraire.
   REMARQUE : Lorsqu’il est allumé, il enregistre les coordonnées du système de positionnement global (GPS) pendant le fonctionnement à partir de la sortie d’usine de l’appareil. Lorsqu’il est désactivé, il n’effectue aucun enregistrement.
2. Pause automatique : basculez sur « on » pour de meilleures performances.
   REMARQUE : Lorsqu’il est activé, il arrête l’enregistrement GPS lorsque la vitesse détectée est proche de 0. Lorsqu’il est éteint, il continue à enregistrer quelle que soit la vitesse.
3. Activez les commandes du casque lorsque vous utilisez un casque avec des commandes musicales.
   REMARQUE : Lorsqu’elle est activée, cette fonction permet aux écouteurs compatibles (filaires ou sans fil, avec commandes) de modifier les paramètres clés pendant le fonctionnement (voir étape 2.4). Lorsqu’elle est désactivée, cette étape empêche les commandes du casque de modifier les paramètres de l’application.
4. Détection d’étape système : modifiez ce paramètre lorsque l’application se comporte de manière étrange ; c’est-à-dire si le tempo du son ne correspond pas au tempo du pas.
   REMARQUE : lorsqu’elle est activée, cette fonction utilise l’algorithme SR d’usine du fabricant de l’appareil pour toutes les fonctionnalités de l’application. Lorsqu’il est désactivé, il utilise l’algorithme personnalisé du développeur de l’application. Étant donné que les périphériques ont des performances de détection SR d’usine différentes en fonction des paramètres du fabricant tels que le chipset, cela peut être basculé pour améliorer les performances de l’application.
5. Tempo sonore : réglez les curseurs de tempo sonore sur les seuils SR souhaités (Figure 4A).
   REMARQUE : Réglez sur une fenêtre spécifique (c’est-à-dire 160-180) pour créer une limite inférieure et/ou supérieure sur le tempo des sons générés. Le minimum inférieur = 0 et le maximum supérieur = 200.
6. Min. Run Steprate : remplacez ce seuil par n’importe quel entier de 0 à 200 pour modifier le SR
   seuil utilisé pour activer les sons de guidage LRC.
   REMARQUE : L’application par défaut est 120 comme SR à partir de laquelle « en cours » est détecté et les sons commencent à jouer.
7. Activer le retour d’information sur la respiration : activez l’option « Activer » pour les fonctionnalités de base de l’application.
   REMARQUE : Lorsqu’il est activé, une fonctionnalité d’application normale peut être attendue avec des bruits de pas et de respiration pendant la course. Lorsqu’il est désactivé, ce réglage empêche la création de bruits de respiration. Ceci est utilisé à des fins de test, ou lorsque seuls les sons de pas sont souhaités.
8. Redémarrer l’intro : cliquez sur le texte pour rejouer le tutoriel d’intégration.
9. Protection des données : cliquez sur le texte pour afficher la déclaration de protection des données du fabricant de l’application.
10. Identificateurs
    1. ID d’installation : enregistrez cette valeur, qui représente l’identificateur unique de cet appareil et de la version de l’application. Il est reflété dans les fichiers journaux générés après chaque exécution.
    2. Version : enregistrez cette valeur, qui représente la version de build de l’application.
    3. Fabricant/modèle : notez cette valeur, qui représente l’identifiant de l’appareil pour la marque et le modèle.

4. Courir avec l’application

1. Commencez à courir !
   1. Tout d’abord, lorsque le son de la marche s’active ; Écoutez attentivement et suivez le rythme. Ensuite, le guidage respiratoire sera activé ; Adaptez l’inspiration et l’expiration exactement au son.
2. Interface en cours d’exécution : pendant l’exécution, modifiez le rapport LRC et la temporalité à l’aide des bascules de l’interface à l’écran (Figure 5A).
3. Rapport post-exécution : appuyez sur end run pour arrêter l’application. Un écran récapitulatif affiche les indicateurs clés, notamment la distance totale, l’allure moyenne et la fréquence moyenne des pas (Figure 5B).

Figure 5 : Interface d’entrée et de post-exécution. (A) Pendant le trajet, une interface simplifiée est disponible qui permet à l’utilisateur de modifier des paramètres clés, notamment le rapport de couplage locomoteur-respiratoire et la temporalité. Il affiche également l’allure de course et la fréquence de pas actuelles. (B) Après la course, un écran récapitulatif affiche des indicateurs clés, notamment la distance totale, l’allure moyenne et la fréquence moyenne des pas. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

5. Faites des recherches avec l’application

REMARQUE : Les fonctionnalités ci-dessus ont été développées pour maximiser l’expérience utilisateur et permettre des études de recherche sur la LRC dans divers contextes. Les étapes ci-dessous décrivent comment intégrer l’application dans une étude, de la familiarisation initiale aux journaux d’application après l’exécution. Ces méthodes d’étude ont été examinées et approuvées pour l’expérimentation sur l’homme par le comité d’éthique de la Paris Lodron Universität Salzburg (EK-GZ 29/2023).

1. Avant de discuter ou d’instruire la LRC avec l’application, effectuez un étalonnage individuel pour déterminer le rapport LRC naturel du coureur. Choisissez une tâche en cours d’exécution représentative de l’activité et du contexte d’étude, et enregistrez les SR et BR pendant l’essai. Calculez le rapport LRC entier entier le plus proche à partir de leur quotient (SR/BR = rapport LRC ; c’est-à-dire 160/30 = 5,3 = rapport recommandé 5 pas par respiration).
2. Placez le téléphone dans une poche à vêtements, un sac de taille ou un brassard fermement contre le corps.
3. Utilisez un casque pendant la course à l’extérieur pour améliorer la transmission des instructions sonores et activer les commandes du casque. Vous pouvez également utiliser un haut-parleur Bluetooth lors de la familiarisation avec un chercheur pour suivre ensemble les instructions LRC.
4. Familiarisez le coureur avec LRC et l’application.
   REMARQUE : Bien que l’application ne doive pas nécessiter de familiarisation avec un chercheur, à des fins de recherche, il peut être utile pour un chercheur d’expliquer LRC, l’application, son objectif et de démontrer sa fonctionnalité. La LRC doit être introduite à l’aide des indices verbaux de Coates et Kowalchik³⁵.
   1. Commencez par taper rythmiquement du pied en position assise ou couchée, et des instructions pour respirer à un rapport donné (généralement 2:2) en synchronisation avec les pieds.
   2. Répétez l’opération en marchant.
   3. Répétez l’opération en courant sur place.
   4. Présentez l’application et décrivez brièvement l’interface utilisateur.
   5. Fixez l’appareil au corps du coureur conformément aux recommandations ci-dessus (section 7.2).
   6. Cliquez sur démarrer, exécuter et exécuter sur place.
   7. Encouragez le coureur à continuer à marcher à son propre rythme pendant que les sons s’ajustent à son SR.
   8. Confirmez verbalement que les bruits respiratoires sont également entendus.
   9. Demandez au coureur de respirer en fonction des sons.
   10. Continuez à marcher et à respirer avec les sons pendant au moins 30 à 60 s.
   11. Répétez le processus avec différents paramètres de l’application (c’est-à-dire les ratios LRC, la temporalité, la voix off) pour confirmer la compréhension.
   12. Demandez au chercheur et au coureur de courir ensemble en diffusant les sons de guidage sur un haut-parleur Bluetooth pour renforcer les principes fondamentaux du LRC (Figure 6).
       REMARQUE : Les sons se déclenchent lorsque l’application détecte un SR en cours d’exécution. Les sons de pas correspondront automatiquement à la SR de l’utilisateur avec un certain délai.
5. Utilisez une configuration de capteur peu invasive qui permet de détecter les pas et la respiration pour confirmer le respect des instructions LRC par le coureur.
   REMARQUE : Par exemple, le t-shirt intelligent Hexoskin peut mesurer avec précision les pas et les débuts de la respiration pendant la course avec une interférence minimale pour le coureur³⁶.
6. Réglage de la temporalité : utilisez le guidage du support en combinaison avec d’autres applications musicales, ce qui permet de jouer la musique de l’utilisateur pendant les périodes de 5 minutes où le guidage de l’application est silencieux.
   REMARQUE : Le paramètre « pas de guidage » enregistre toujours les questionnaires, le GPS et le SR, ce qui peut être utile à certaines fins de recherche.
7. Journaux : téléchargez les fichiers journaux pour accéder aux données horodatées de l’exécution et des paramètres de l’application.
   REMARQUE : .csv fichiers journaux enregistrent les métadonnées d’exécution des clés et toutes les interactions avec l’application, y compris les frappes de pas horodatées, le rapport LRC choisi et les modifications, ainsi que les réponses au questionnaire. Ils sont stockés sur des serveurs conformes au RGPD et intitulés avec l’ID unique de l’application, la date et l’heure.

Figure 6 : Familiarisation avec le chercheur. Dans les contextes de recherche, une familiarisation par l’investigateur principal est recommandée pour assurer une compréhension conceptuelle du couplage locomoteur-respiratoire et une bonne utilisation de l’application. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Résultats

L’application est la deuxième itération de cette application conçue dans le but de prendre en charge LRC et d’offrir une expérience de guidage respiratoire audio. De nombreuses études pilotes et une publication dans une revue ont été réalisées pour soutenir son efficacité et confirmer une expérience utilisateur positive. Dans une étude transversale portant sur les effets aigus de l’enseignement de la LRC (mentionnée dans l’introduction), il a été constaté que la course guidée augmentait considérablement la LRC chez 17 coureurs novices³². Par exemple, un participant a augmenté l'« attachement » LRC (une quantification de l’adhésion aux rapports LRC entiers) de 7,9 % à 84,1 % (figure) à un rapport de 2:3 pas par inspiration :expiration (5:1 pas par respiration) (Figure 7). La variation globale de l’entraînement du groupe est passée de 26,3 ± 10,7 % (témoin) à 69,9 ± 20,0 % (selon les indications du LRC).

Figure 7 : Exemple de couplage de données. Exemple de prévalence LRC chez un participant lors d’une course facile de 30 minutes (A) sans et (B) avec guidage par application. L’axe des y de gauche (bleu) affiche le rapport LRC (pas par respiration), et les sections mises en évidence en noir correspondent à une période d'« attachement » LRC > 30 s. L’axe des y de droite affiche la phase relative discrète des pas dans le cycle de respiration, où 0° correspond à l’inspiration. Pendant les périodes d’attachement, notez que les lignes parallèles dans la phase relative discrète reflètent le couplage de phase cohérent de la respiration au pas. (A) Dans le cycle de contrôle sans guide, notez qu’il n’y a eu qu’une brève période (~8% attachée) de LRC à un rapport de 2:2 (4 pas par respiration). (B) Dans la course avec guidage par application, un rapport de 2:3 (5 pas par respiration) a été instruit ; notez les longues périodes substantielles de LRC par rapport au rapport indiqué (~84% attaché). Abréviation : LRC = couplage locomoteur-respiratoire. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Dans une étude d’intervention pilote, quatre coureurs novices ont couru pendant 4 semaines avec l’application (total 10 passages) et des instructions pour tester divers ratios LRC. Ils ont effectué des pré et post-tests à l’intérieur (test incrémentiel sur tapis roulant jusqu’à l’épuisement) et à l’extérieur (course à son rythme de 30 minutes) pour déterminer comment leur LRC et d’autres caractéristiques de course ont changé avec l’intervention et l’utilisation de l’application. Plus précisément, les pré et post-tests ont été effectués sans conseils LRC ni instructions pour observer le comportement naturel et habituel des LRC avant et après l’intervention. Nous avons constaté des différences marquées dans le comportement de la LRC après l’intervention, y compris non seulement une augmentation de la LRC globale, mais aussi l’utilisation de divers ratios et une réduction générale du BR d’exercice. Par exemple, un participant a fait passer la LRC de 39,7 % à 53,4 % après l’intervention (figure 8). Notamment, alors que dans le pré-test, ils ont effectué la LRC exclusivement à des rapports de 2:2 et 2:1 près de l’intensité maximale, dans le post-test, ils ont utilisé des rapports LRC de 3:4 et 3:3 au début et tout au long du milieu du test. Non seulement ils s’accoupleaient davantage, mais ils utilisaient des rapports différents à différents moments, ce qui entraînait un BR moyen plus faible et une efficacité ventilatoire accrue (pente V_E/VCO₂ ). D’autres participants ont présenté des changements similaires dans la LRC (+40 % à l’extérieur, +20 % à l’intérieur), et le participant dans la condition de contrôle (aucune orientation LRC) n’a vu aucun changement (<25 % dans l’ensemble, considéré comme non significatif). Il y avait quelques tendances individuelles dans la réponse de vitalité subjective à l’exercice avant par rapport à après l’intervention, montrant des augmentations favorables de la vitalité avec la LRC (Figure 9).

Figure 8 : Exemple de couplage de données 2. Exemple de prévalence LRC chez un participant lors d’un test incrémentiel maximal sur tapis roulant jusqu’à l’épuisement (A) avant et (B) après une intervention de 4 semaines fonctionnant avec l’application. L’axe y de gauche (bleu) affiche le rapport LRC (pas par respiration), et les sections surlignées en noir correspondent à une période d'« attachement » LRC > 30 s. L’axe des y de droite affiche la phase relative discrète des pas dans le cycle de respiration, où 0° correspond à l’inspiration. Pendant les périodes d’attachement, notez que les lignes parallèles dans la phase relative discrète reflètent le couplage de phase cohérent de la respiration au pas. (A) Dans le pré-test avant l’intervention, notez les deux périodes (~40% attachées) de LRC à un rapport de 2:2 (4 pas par respiration) et 2:1 (3 pas par respiration) vers la fin du test. (B) Dans le post-test après l’intervention, non seulement il y avait des périodes plus longues de LRC (~53% attachées), mais des rapports plus longs ont été utilisés (4:4, 3:4 et 3:3), et plus de LRC a été effectuée plus tôt dans le test à des intensités d’exercice relatives plus faibles. Abréviation : LRC = couplage locomoteur-respiratoire. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 9 : Scores de vitalité subjectifs individuels enregistrés tout au long du test de course en salle avant et après l’intervention. P01 et p03 ont reçu des conseils LRC, tandis que p04 était dans le groupe témoin. L’autre participant (p02) a des données de questionnaire erronées (non illustrées dans la figure). Notez les scores divergents pour p01 et p03, où les tendances post-test montrent une vitalité croissante après l’exécution. Abréviation : LRC = couplage locomoteur-respiratoire. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Discussion

Cette méthodologie présente l’un des premiers outils numériques fondés sur des données probantes et prêts à l’emploi pour enseigner la LRC aux coureurs. Les premiers résultats suggèrent qu’il est efficace non seulement pour apprendre rapidement et adhérer à la LRC, mais qu’il peut également être enseigné au fil du temps et conservé. Alors que le LRC peut émerger naturellement avec une expérience de course accrue, les novices sont moins susceptibles de l’effectuer³⁷. Par coïncidence, ils sont particulièrement susceptibles de rencontrer des obstacles à la participation, notamment une mauvaise condition physique et des limitations respiratoires^38,39. D’autres populations, telles que les personnes obèses, ont encore plus d’avantages potentiels puisqu’elles subissent une augmentation du travail respiratoire et du rebond des tissus mous 40,41,42 ; ce double problème peut être résolu par LRC. LRC peut aider ces personnes à courir avec moins d’inconfort, et les outils numériques tels que cette application sont des modes accessibles pour le transmettre à un plus grand nombre de ces coureurs. Il est plausible que LRC, et par conséquent, cette application puisse être également précieuse dans des contextes qui présentent des défis respiratoires supplémentaires tels que l’hypoxie, le port de charge thoracique et l’ultramarathon.

L’application utilise des conseils sonores pour instruire le LRC, car la plupart des coureurs écoutent de l’audio pendant qu’ils courent⁴³, un son rythmé motive et réduit la fatigue pendant l’exercice³¹, et il est peu invasif pour d’autres sens critiques (c’est-à-dire la vision). Des études en laboratoire sur LRC ont utilisé des repères sonores avec un métronome¹⁴, qui ne tient pas compte de la variabilité naturelle et de la complexité de la dynamique de la marche pendant la course. Une autre étude a utilisé le guidage haptique pendant la course sur le terrain ; ils ont signalé une faible adhésion à l’enseignement LRC autour de 26 %⁴⁴. Compte tenu de l’observance relativement plus élevée rapportée ici (Figure 8 et Figure 9), on soupçonne que le guidage auditif est préférable.

Bien que l’application détecte et fournisse un retour d’information en direct pour la RS, le guidage du BR vers des ratios LRC spécifiques est prédéterminé par les paramètres de l’application. Il ne détecte ni ne s’ajuste en fonction du BR réel de l’utilisateur. Bien qu’il soit possible d’effectuer un étalonnage individuel pour se rapprocher du choix de rapport LRC approprié (section 7.1 du protocole), il n’existe aucun mécanisme permettant de confirmer l’adhésion ou d’ajuster l’instruction en conséquence sans détection BR. L’ajout d’un capteur BR améliorerait l’application de ces manières. Par exemple, une étude récente suggère que la rétroaction continue peut avoir des effets négatifs sur l’apprentissage et l’accoutumance⁴⁵. D’autres stratégies, telles que la bande passante (guidage uniquement lorsque l’individu est en dehors d’un seuil de réussite prédéfini) ou la rétroaction autodéterminée, peuvent être les plus efficaces pour soutenir l’apprentissage et l’auto-efficacité⁴⁵. Enfin, l’ajout d’un capteur BR pourrait également fournir un retour d’information sur le couplage de phase. Étant donné que cet élément de la LRC est au cœur du mécanisme du piston viscéral et des avantages physiologiques qui en résultent, il devrait être pris en compte pour les futures applications de rétroaction.

L’individualisation du LRC est essentielle à l’efficacité des applications de la recherche. Cette individualisation permet de s’assurer que l’instruction LRC ne modifie pas substantiellement le BR du coureur par rapport à son rythme naturel. Alternativement, si un changement de BR est souhaité, cela permet à l’utilisateur d’effectuer des changements plus sensibles à son état physiologique typique. Ce calibrage individuel doit être effectué en fonction du contexte, car le BR dépend du trait et de l’état. Par exemple, le BR est généralement élevé à des intensités d’exercice relatives plus élevées²⁰ ; par conséquent, le rapport LRC naturel peut être différent lors d’une course longue et lente par rapport à une course à seuil de haute intensité. Il peut également être affecté par des facteurs tels que l’environnement (intérieur ou extérieur, froid ou chaud), l’heure de la journée et le sexe biologique⁴⁶. La réalisation de cet étalonnage nécessite des systèmes de mesure capables d’estimer le BR et le SR de manière synchrone. Cela peut être fait avec des équipements standard de sciences du sport tels que la spiroergométrie et les accéléromètres. Sur le terrain, les capteurs portables ont démontré leur potentiel à mesurer ces paramètres avec précision³⁶. La moyenne du BR et du RS peut être calculée sur une période donnée pour estimer le rapport LRC approximatif. Le cas échéant, les données peuvent être réduites à des phases spécifiques de l’exécution, car les exigences physiologiques (donc BR) et la vitesse (donc RS) peuvent varier. Par conséquent, le rapport LRC « naturel » peut varier au cours d’une même série.

Des éléments spécifiques de cette application devraient être mis à jour afin d’améliorer l’interaction avec l’utilisateur. Alors que certains paramètres peuvent être modifiés à l’aide des commandes du casque, d’autres (tels que le paysage sonore) ne peuvent pas l’être. On peut envisager l’intégration de gestes ou l’intégration d’une montre intelligente pour faciliter l’interaction. De plus, les itérations suivantes peuvent envisager une forme de « réinitialisation » des instructions à utiliser lorsque le coureur perd son rythme. Des interruptions respiratoires naturelles telles que la toux ou la déglutition, ou une simple distraction, peuvent amener un coureur à ne pas être synchronisé avec les conseils. Au lieu de retenir la respiration pour attendre le prochain cycle LRC, un bouton, une commande vocale ou un événement détecté par un capteur pourrait être utilisé pour resynchroniser le son avec le coureur. Enfin, étant donné que la majorité des coureurs écoutent de la musique⁴³, l’application peut nuire à l’expérience des coureurs puisqu’ils ne peuvent pas écouter leur musique préférée et recevoir les conseils LRC sur « complet ». L’intégration du guidage LRC dans la musique elle-même pourrait permettre une expérience intuitive et naturelle pour fournir des conseils respiratoires et profiter de sa musique préférée. Celui-ci n’est pas encore intégré à l’application.

Certaines limites de cette méthode ont déjà été identifiées lors des tests effectués jusqu’à présent. Tout d’abord, il est possible que les bruits de pas éloignent le coureur de son SR typique. Alors que la sonification du pas ne reflète que la RS en temps réel du coureur, la moyenne mobile implique que la RS sonifiée est initialement inférieure à la RS immédiate du coureur. Ainsi, il peut être utile pour l’utilisateur d’ignorer les sons de pas jusqu’à ce qu’il ait établi son propre SR préféré pendant quelques secondes. Deuxièmement, en lien avec ce point précédent, les sons de pas sont automatiquement joués à la SR actuelle de l’utilisateur, mais ils ne sont pas nécessairement synchronisés en phase avec la frappe du pied. Par conséquent, il est possible que le RS de l’utilisateur corresponde au SR sonifié mais en coordination antiphase. Cela peut entraîner une dynamique LRC indésirable puisque l’utilisateur peut perdre la synchronisation de phase du pas et de la respiration. Cela peut être corrigé avec l’aide d’un chercheur ou d’un expert observant l’utilisateur avec les sons de guidage audibles. Ensuite, la sélection par l’utilisateur des rapports LRC est souhaitée pour la flexibilité des divers besoins des coureurs ; Cependant, cela pourrait conduire à la sélection accidentelle de ratios indésirables. Par exemple, un rapport de 2:2 peut être approprié pour la course à pied d’intensité modérée et élevée, mais peut entraîner une hyperventilation à des intensités relatives plus faibles. Des rapports très inégaux (par exemple, 3:6) peuvent être utiles pour indiquer de longues expirations, tandis que l’inverse (6:3) n’est pas souhaitable pour sa phase d’expiration^{excessivement courte 47}. Enfin, il est reconnu qu’une application pour la seule plate-forme Android est intrinsèquement limitée puisque de nombreux utilisateurs mobiles préfèrent d’autres plates-formes. Les essais pilotes ont révélé que l’application ne fonctionne comme prévu que sur les appareils mobiles modernes et mis à jour.

Nous espérons voir cette application utilisée dans des études d’intervention sur les coureurs qui pourraient bénéficier le plus d’un guidage respiratoire. Les novices, les femmes, les adolescents et ceux qui souffrent d’essoufflement induit par l’exercice pourraient tirer le meilleur parti des conseils LRC ^8,48. Les méthodes expérimentales pourraient être améliorées par l’utilisation de la fonction « tempo sonore » pour soutenir les stratégies de rythme souhaitées. Bien qu’elles n’aient pas été testées jusqu’à présent, d’autres activités d’endurance cycliques (par exemple, le cyclisme, le ski de fond) pourraient bénéficier des conseils LRC tels que ceux fournis par l’application. Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour évaluer l’adéquation de cette solution à de telles applications.

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Smartphone Android	Samsung ou Google		Android 8.0 minimum requis pour la fonctionnalité de l’application
Moteur FMOD  ;	Firelight Technologies Pty Ltd		Moteur sonore
Hexoskin chemise intelligente  ;	Carré ; Technologies		Wearable sensor shirt
RunRhythm application pour Android  ;	adidas GmbH et abios GmbH