Articolo metodologico

Valutazione dell'intensità dell'attività fisica con accelerometri e consumo di ossigeno

DOI:

10.3791/67864

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20 giugno 2025

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1School of Physical Therapy, University of Chile, 2Exercise and Rehabilitation Sciences Institute, School of Physical Therapy, Faculty of Rehabilitation Sciences, Universidad Andres Bello, 3Department of Physical Therapy, University of Chile

In questo articolo

Sommario

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Qui, presentiamo un protocollo per valutare i livelli di intensità dell'attività fisica misurati con calorimetria indiretta e due accelerometri (sul polso destro e sulla vita) durante un test incrementale di camminata-jogging (da 0,84 a 2,37 m/s) su una pista ovale. I risultati mostrano differenze tra l'intensità fisica valutata attraverso questi metodi.

Abstract

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Lo studio confronta metodi oggettivi per valutare l'intensità dell'attività fisica. L'obiettivo era quello di identificare le differenze nell'intensità dell'attività fisica misurate attraverso la calorimetria indiretta e l'accelerometria triassiale sul polso e sulla vita, utilizzando i punti di cut-off dei conteggi per gli accelerometri e la soglia ventilatoria uno (VT1) e due (VT2). Questa ricerca è uno studio analitico trasversale sulle donne universitarie (n = 35, 22,4 ± 1,9 anni). Gli accelerometri triassiali e l'ergospirometria portatile sono stati utilizzati durante un test incrementale standardizzato di camminata-jogging su una pista ovale di 160 m di lunghezza (incrementi di velocità ogni minuto con un segnale acustico da 0,84 m/s a 2,37 m/s). Durante il test sono stati raccolti dati sull'accelerometria (dal polso e dalla vita), sul consumo di ossigeno e sulla risposta ventilatoria. VT1 e VT2 sono stati stimati rispettivamente attraverso la VSlope (VO2/VCO2) e la produzione di anidride carbonica/ventilazione al minuto (VCO2/VE). È stato utilizzato un software statistico open source. Tutti i partecipanti sono riusciti a completare il test. VT1 è stato trovato nello stadio 2 (n = 5), stadio 3 (n = 5), stadio 4 (n = 3), stadio 5 (n = 8), stadio 6 (n = 5), stadio 7 (n = 3), stadio 8 (n = 1) e nello stadio 9 (n = 5). VT2 è stato trovato durante il test incrementale solo in 9 volontari, nello stadio 7 (n = 2), nello stadio 8 (n = 3), nello stadio 9 (n = 2) e nello stadio 10 (n = 2). Le differenze tra le misurazioni dell'accelerometro del polso e della vita sono state osservate nelle fasi di intensità più elevata del test. Misurazioni dell'intensità PA più elevate sono state trovate nel polso, principalmente al di sopra di VT1. Inoltre, c'erano differenze tra i livelli di intensità dell'attività fisica rilevati dagli accelerometri e VT1 e VT2. I metodi comunemente usati per valutare l'intensità dell'attività fisica non mostrano accordo nell'identificare la velocità con cui inizia l'attività fisica di intensità vigorosa durante un test incrementale.

Introduzione

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L'attività fisica regolare (PA) ha molteplici benefici per la salute e riduce il rischio di sviluppare varie malattie non trasmissibili1. Tuttavia, questi effetti dipendono dall'intensità con cui viene svolta l'attività fisica (ad esempio, leggera, moderata o vigorosa)2. Per ottenere questi livelli di sforzo, possono essere valutati utilizzando un test da sforzo cardiopolmonare (CPET); questo ci permette di oggettivare il funzionamento del sistema cardiorespiratorio per oggettivare i suoi livelli di intensità di PA in base alle soglie ventilatorie (VT), che sono il gold standard per differenziare il passaggio da PA3 leggero a moderato o vigoroso.

Gli accelerometri sono dispositivi indossabili che misurano le accelerazioni del segmento corporeo su diversi assi a cui è collegato il monitor4. L'accelerometro misura l'intensità PA in un'unità arbitraria denominata conteggi al minuto (CPM). La quantità e l'intensità di PA possono essere ottenute classificando i conteggi, una misura che quantifica l'accelerazione all'interno di uno specifico intervallo di tempo (epoca) con un insieme di punti di taglio, cioè soglie di intensità per la classificazione dell'intensità PA4. L'AP leggero nelle persone sane di solito corrisponde ad attività come camminare a meno di 3,2 km/h e giochi di riscaldamento. L'attività fisica moderata include attività come camminare a più di 3,2 km/h e giochi aerobici. Infine, l'allenamento intensivo include la corsa e i giochi ad alta intensità5.

Sebbene l'accelerometria fornisca dati quantificabili, questi variano a seconda dei tipi di accelerometri utilizzati o del loro posizionamento sul corpo6. I tradizionali punti di cut-off per identificare i diversi livelli di intensità di PA sono stati proposti a partire da dati ottenuti in soggetti normopeso7, e sono stati precedentemente utilizzati anche in pazienti ospedalizzati4. Negli adulti, i punti di cut-off solitamente utilizzati sono 0-2689 CPM (PA leggera), 2690-6166 CPM (PA moderata), 6167-9642 CPM (PA vigorosa) e 9643 e oltre CPM (PA molto vigorosa)8.

Non è noto se l'intensità PA identificata con un accelerometro triassiale corrisponda all'intensità rilevata attraverso le soglie ventilatorie (VT1 e VT2) durante un CPET. Quindi, lo scopo di questa ricerca è stato quello di valutare i livelli di intensità dell'attività fisica misurati mediante calorimetria indiretta e accelerometria al polso e alla vita durante un test incrementale di camminata-jogging su una pista ovale ed esaminare la concordanza tra questi metodi di valutazione in giovani donne sane9.

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Protocollo

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La ricerca è stata condotta nel rispetto delle linee guida istituzionali e internazionali ed è stata approvata dal Comitato per l'Etica e la Ricerca nell'Uomo dell'istituto.

1. Reclutamento del partecipante

  1. Usa i poster e invia un volantino elettronico all'intranet istituzionale degli studenti per invitare potenziali partecipanti tra la popolazione studentesca universitaria.
  2. Fornire un modulo di consenso informato e spiegare il progetto ai potenziali partecipanti.
  3. Valutare i criteri di inclusione (donne sane, di età compresa tra 18 e 40 anni) ed esclusione (aritmie cardiache auto-riferite, gravi malattie cardiovascolari, malattia renale cronica, broncopneumopatia cronica ostruttiva, uso di beta-bloccanti o qualsiasi condizione muscoloscheletrica che potrebbe compromettere il test) e applicare il questionario di screening pre-partecipazione dell'American Heart Association (AHA)/American College of Sports Medicine (ACSM).
  4. Una volta che il volontario accetta di partecipare e firma il modulo di consenso informato, restituisci una copia al partecipante e conserva un'altra copia con il leader del team di ricerca.
  5. Coordinare la data e l'ora della valutazione. Chiedi ai soggetti di digiunare per almeno 3 ore prima del test. Chiedi loro di indossare abiti comodi, di astenersi dal bere bevande contenenti caffeina e alcoliche ed evitare di fare esercizio fisico intenso nelle 24 ore precedenti.
  6. Esegui valutazioni del peso e dell'altezza di ogni partecipante in una stanza a temperatura controllata.

2. Preparazione delle apparecchiature di misura

  1. Assemblare l'ergospirometro portatile con l'imbracatura, collegare gli accelerometri alle cinghie in velcro e configurare il cardiofrequenzimetro (FC) Bluetooth.
  2. Calibrare i gas e il flussometro dell'ergospirometro portatile al di fuori della pista da passeggio-jogging.
    1. Per fare ciò, premere il pulsante Calibra nella schermata del software. Quindi premere il pulsante Passaggio 1 sulla finestra di calibrazione del gas per valutare la concentrazione di ossigeno e anidride carbonica nell'aria.
    2. Una volta concluso il passaggio 1, collegare una bombola di calibrazione del gas alla linea dell'analizzatore di gas. Premere il pulsante Passaggio 2 nella finestra di calibrazione del gas per valutare la concentrazione di ossigeno e anidride carbonica nel flacone di calibrazione (15% di ossigeno, 4% di anidride carbonica e azoto bilanciato).
    3. Dopo aver effettuato correttamente la calibrazione del gas, collegare il flussometro a una siringa di calibrazione da 3 L. Premere il pulsante Avvia calibrazione nella finestra di calibrazione del flussometro della schermata del software.
    4. Quindi, muovere la parte mobile della siringa attraverso l'intera gamma cercando di raggiungere un flusso d'aria stabile per 5 cicli. Quando viene raggiunto il flusso richiesto, viene visualizzata la schermata con una barra blu e una rossa che mostrano che è stato raggiunto il flusso corretto.
  3. Aggiungi i dati del partecipante (nome, peso, altezza, data di nascita, sesso) e la dimensione della maschera ergoespirometrica al software ergoespirometro premendo il pulsante Aggiungi nuovo partecipante.
  4. Sul laptop con il software dell'accelerometro, collegare l'accelerometro a una porta USB, premere il pulsante Inizializza e selezionare Inizializzazione regolare dal sottomenu per aggiungere i dati del volontario richiesti (nome, peso, altezza, data di nascita, dominanza e sesso), il tempo di utilizzo per scopi di sincronizzazione e la posizione del corpo (polso o vita).
  5. Selezionare la frequenza di campionamento del dispositivo (numero di volte al secondo in cui il monitor dell'attività registrerà i dati) a 100 Hz.
  6. Dopo aver completato il modulo dei parametri di inizializzazione, selezionare Immetti informazioni sull'oggetto. Selezionare Inizializza 1 dispositivo. Una barra di avanzamento sullo schermo mostra quando il processo di inizializzazione è completato (una parte fondamentale di questo processo è che l'accelerometro deve avere almeno una batteria carica all'80%).
  7. Quindi, scollegare l'accelerometro e riposizionare il tappo USB. Il dispositivo inizierà a raccogliere dati allo scadere dell'ora di inizio selezionata e continuerà a raccogliere dati fino a quando non si verifica l'ora di arresto.
  8. Prepara maschere pulite della dimensione che meglio si adatta al volontario, esegui un test di tenuta d'aria dalla maschera e collegale all'ergospirometro portatile.
  9. Collega il cardiofrequenzimetro al software dell'ergoespirometro, agli accelerometri sul polso destro e in vita e all'ergospirometro portatile. Premere il pulsante Configurazione dispositivo per verificare la connessione dell'ergospirometro e del sensore FC Bluetooth.
  10. Quindi, premere il pulsante di regolazione del sensore , che è una fase di calibrazione del gas ambiente che viene eseguita prima di ogni test. Infine, premi il pulsante Avanti per accedere alla schermata successiva.
  11. Portare il partecipante al punto di partenza sulla pista, dove il partecipante deve rimanere seduto e riposare su una sedia per 3 minuti prima di iniziare la prova.
  12. Controllare l'audio del Modified Incremental Shuttle Walking Test Modified (MISWT) su un dispositivo mobile per garantire che il partecipante senta un volume sonoro corretto10.

3. Spiegazione del test

  1. Istruire il partecipante a rimanere fermo sulla sedia, senza parlare, e a respirare normalmente per segnare il punto di partenza per le misurazioni di base dell'ergospirometro portatile e l'inattività degli accelerometri.
    NOTA: Prendere i dati di base per 3-5 minuti; Utilizzare questo tempo per eseguire il passaggio 3.2.
  2. Riproduci l'audio per il MISWT per mostrare al volontario la velocità di camminata seguendo il segnale sonoro per coprire 10 m (la traccia del campo viene contrassegnata ogni 10 m), sincronizzando la velocità della camminata con il segnale acustico.
    NOTA: Ripetere se necessario per la comprensione.
  3. Quindi, lascia che il partecipante si alzi e, insieme a due ricercatori, inizi il test, allontanandosi dalla sedia per evitare di ostruire il binario.
    NOTA: Qui sono necessari due ricercatori. Il ricercatore 1 porterà con sé il dispositivo mobile con l'audio MISWT per guidare la velocità del test con incrementi ogni 1 minuto; Ricercatore 2 sul laptop ergoespirometro.

4. Esecuzione del test

  1. Ricercatore 1: Chiedi al partecipante di iniziare il test e di aiutare a guidare il ritmo di camminata del partecipante con l'audio MISWT, seguendo il ritmo incrementale del test fino alla fine dell'audio MISWT.
    NOTA: Il test di camminata-jogging inizia a 0,84 m/s con incrementi ogni 1 minuto, e l'ultima tappa raggiunge una velocità di jogging di 2,37 m/s. Non c'è riposo durante il test.
  2. Ricercatore 2: premere il pulsante Avvia test sul laptop con il software dell'ergospirometro contemporaneamente a Ricercatore 1, quindi premere il pulsante Aggiungi testo ad ogni aumento di velocità come indicato dall'audio MISWT.
  3. Una volta terminato l'audio, chiedi al partecipante di sedersi e rimanere fermo, senza parlare, e respirare normalmente per 2 minuti per segnare il punto finale del test.
  4. Dopo 2 minuti, premere il simbolo del quadrato per interrompere le misurazioni e rimuovere l'apparecchiatura, concludendo la raccolta dei dati sul laptop nel software dell'ergospirometro.

5. Revisione ed estrazione dei dati

  1. Esamina i dati sul software dell'ergospirometro per garantire che i dati raccolti sul consumo di ossigeno (VO2), sull'anidride carbonica espirata (VCO2) e sulla ventilazione al minuto (VE) siano affidabili per il progetto. Dopo aver terminato il test sul laptop, premere il pulsante Avanti , quindi il pulsante Smoothing per calcolare la media dei dati ottenuti ogni 10 s.
  2. Scarica i dati dell'accelerometro sul software di attività fisica per verificare che i dati raccolti siano affidabili, avendo precedentemente collegato l'accelerometro al laptop tramite il cavo USB. Quando si scarica il record dell'accelerometro, selezionare una lunghezza dell'epoca (quantità di tempo in cui i dati grezzi dell'accelerazione) sono di 10 s.
  3. Scarica i file dell'accelerometro e della calorimetria indiretta con i dati e trascrivili manualmente nel file del software statistico.

6. Deposito attrezzature

  1. Dopo aver completato tutte le misurazioni della giornata, conservare correttamente l'attrezzatura.
  2. Separare i materiali sporchi da quelli puliti.
  3. Pulisci i materiali sporchi con acqua e sapone e lasciali asciugare all'aria.

7. Analisi dei dati

  1. Stimare la soglia ventilatoria 1 (VT1) e la soglia ventilatoria 2 (VT2) di ogni partecipante attraverso VSlope (la variazione della pendenza di un grafico a dispersione di VO2/VCO2) e l'aumento della pendenza di un grafico a dispersione della produzione di anidride carbonica/ventilazione al minuto (VCO2/VE) con la finestra della soglia ventilatoria del software dell'ergospirometro rispettivamente da ogni file di calorimetria indiretta.
  2. Dai dati ottenuti nel passaggio 7.1, registrare la velocità del soggetto in cui VT1 e VT2 sono stati trovati nel database.
  3. Nel software dell'accelerometro, aprire il file di registro per le registrazioni della vita e del polso per ottenere i conteggi. Copiali e trasferiscili su un foglio di calcolo, da cui viene calcolata la media degli ultimi 30 secondi di ogni fase del test.
  4. Applicare statistiche descrittive e inferenziali (T-Test di Student accoppiato, Coefficiente di correlazione intraclasse e D di Cohen) utilizzando software statistici open source.

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Risultati

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È stata calcolata una dimensione del campione di 24 volontari per osservare una differenza di 1.000 CPM. Le donne (n = 35) sono state reclutate tra studentesse universitarie con un'età di 22,4 (± 1,9) anni, un peso di 62,2 (± 11,3) kg e un indice di massa corporea di 24,5 (± 4,3) kg/m2. Tutti i volontari con comorbidità respiratorie e lesioni muscoloscheletriche acute che hanno influenzato lo svolgimento dell'attività sono stati esclusi dallo studio.

Per quanto...

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Discussione

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I nostri risultati mostrano differenze tra l'intensità di un'attività fisica incrementale valutata attraverso la calorimetria indiretta e l'accelerometria. Inoltre, ci sono differenze statisticamente significative tra i dati CPM raccolti dagli accelerometri triassiali da polso e da vita a velocità più elevate del test. Questi risultati sono simili ai rapporti precedenti, in cui è stato dimostrato che non c'è una buona concordanza tra i dati dell'accelerometro quando raccolti da diversi p...

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Dichiarazioni

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Gli autori dichiarano che non vi sono stati conflitti di interesse.

Ringraziamenti

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Vogliamo ringraziare i volontari che hanno preso parte a questo studio. Infine, ringraziamo anche il coordinatore di Chimica e Farmacia Sport per aver facilitato gli spazi per lo svolgimento del test. Questo studio non ha ricevuto alcun finanziamento esterno.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Software per accelerometroActigraphActilife 6.0Software per l'analisi delle informazioni registrate negli accelerometri
Gas di calibrazioneCortexN/APalloncino con soluzione ipossica e ipercapnica di gas. Utilizzato per calibrare le celle a gas dell'ergoespirometro
Pompa di calibrazioneCortexN/ASiringa da 3 L, utilizzata per calibrare la turbina per valutare la ventilazione minuto
ErgoespirometroCortexMetamax 3BCalorimetro indiretto portatile per registrare il consumo di ossigeno, la produzione di anidride carbonica e la ventilazione minuta.
Fascia toracica per la frequenza cardiacaPolarH10Trasmettitore Bluetooth sincronizzato con l'ergoespirometro
Metasoft studioCortexN/ASoftware per l'analisi dell'ergoespirometro
Altoparlante portatileJBLGo essentialAltoparlante portatile Bluetooth utilizzato per riprodurre il segnale audio per controllare la velocità di camminata-jogging
Software statisticoJamovi2.3.28Software statistico open source basato sul linguaggio statistico R
Accelerometro triassialeActigraphGT3-XDispositivo utilizzato per le modifiche dell'accelerometro su tre assi. L'unità di misura è il conteggio al minuto (CPM)

Riferimenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
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