가속도계를 사용한 신체 활동 강도 및 산소 소비량 평가

요약

여기에서는 타원형 트랙에서 점진적 걷기-조깅 테스트(0.84m/s에서 2.37m/s까지) 동안 간접 열량계와 두 개의 가속도계(오른쪽 손목 및 허리)로 측정한 신체 활동 강도 수준을 평가하기 위한 프로토콜을 제시합니다. 결과는 이러한 방법을 통해 평가된 물리적 강도 간의 차이를 보여줍니다.

초록

이 연구는 신체 활동의 강도를 평가하는 객관적인 방법을 비교합니다. 목표는 가속도계와 인공호흡기 역치 1(VT1) 및 2(VT2)에 대한 카운트 컷오프 포인트를 사용하여 손목과 허리의 간접 열량계와 삼축 가속도계를 통해 측정된 신체 활동 강도의 차이를 식별하는 것이었습니다. 본 연구는 대학생(n=35세, 22.4세± 1.9세)을 대상으로 한 단면분석적 연구이다. 3축 가속도계와 휴대용 인체폐활량 측정계는 160m 길이의 타원형 트랙에서 점진적으로 표준화된 걷기-조깅 테스트 중에 사용되었습니다(0.84m/s에서 2.37m/s까지의 가청 신호로 분당 속도가 증가함). 가속도계(손목과 허리에서), 산소 소비량 및 인공호흡 반응 데이터가 테스트 중에 수집되었습니다. VT1 및 VT2는 각각 VSlope(VO₂/VCO₂) 및 이산화탄소 생산/분 환기(VCO₂/VE)를 통해 추정되었습니다. 오픈 소스 통계 소프트웨어가 사용되었습니다. 모든 참가자가 테스트를 마칠 수 있었습니다. VT1은 2단계(n=5), 3단계(n=5), 4단계(n=3), 5단계(n=8), 6단계(n=5), 7단계(n=3), 8단계(n=1) 및 9단계(n=5)에서 발견되었다. VT2는 7단계(n=2), 8단계(n=3), 9단계(n=2), 10단계(n=2) 등 9명의 지원자에서만 점진적 테스트에서 발견되었습니다. 손목과 허리 가속도계 측정 간의 차이는 테스트의 더 높은 강도 단계에서 관찰되었습니다. 더 높은 PA 강도 측정은 주로 VT1 위의 손목에서 발견되었습니다. 또한 가속도계와 VT1 및 VT2에 의해 감지된 신체 활동 강도 수준 사이에는 차이가 있었습니다. 신체 활동 강도를 평가하기 위해 일반적으로 사용되는 방법은 증분 테스트 중에 격렬한 강도의 신체 활동이 시작되는 속도를 식별하는 데 있어 일치를 보여주지 않습니다.

서론

규칙적인 신체 활동(PA)은 여러 가지 건강상의 이점이 있으며 다양한 비전염성 질병의 발병 위험을 줄입니다¹. 그러나 이러한 효과는 신체 활동이 수행되는 강도(즉, 가볍거나, 보통이거나, 격렬한)에 따라 달라집니다². 이러한 노력 수준을 얻기 위해 CPET(Cardiopulmonary Exercise Test)를 사용하여 평가할 수 있습니다. 이를 통해 심폐계의 기능을 객관화하여 인공호흡 역치(VT)를 기반으로 PA 강도 수준을 객관화할 수 있으며, 이는 가벼운 PA 에서 중등도 또는 격렬한 PA³로 이동을 구별하는 황금 표준입니다.

가속도계는 모니터가 부착된 다른 축에서 신체 세그먼트의 가속도를 측정하는 웨어러블 장치입니다⁴. 가속도계는 CPM(counts per minute)이라는 임의의 단위로 PA 강도를 측정합니다. PA의 양과 강도는 카운트를 분류하여 얻을 수 있으며, 이는 컷포인트 세트, 즉 PA 강도 분류⁴에 대한 강도 임계값을 사용하여 특정 시간 간격(epoch) 내에서 가속도를 정량화하는 측정입니다. 건강한 사람의 가벼운 PA는 일반적으로 3.2km/h 미만의 속도로 걷는 것과 워밍업 게임과 같은 활동에 해당합니다. 보통 PA에는 3.2km/h 이상으로 걷기 및 유산소 게임과 같은 활동이 포함됩니다. 마지막으로, 격렬한 PA에는 달리기와 고강도 게임이 포함됩니다⁵.

가속도계는 정량화 가능한 데이터를 제공하지만, 이는 사용되는 가속도계의 유형 또는 신체에서의 위치에 따라 다릅니다⁶. PA의 다양한 강도 수준을 식별하기 위한 전통적인 컷오프 포인트는 정상 체중 피험자⁷에서 얻은 데이터에서 제안되었으며, 이전에 입^{원 환자4}에서도 사용되었습니다. 성인에서 일반적으로 사용되는 컷오프 포인트는 0-2689 CPM(가벼운 PA), 2690-6166 CPM(중간 PA), 6167-9642 CPM(격렬한 PA) 및 9643 이상 CPM(매우 활발한 PA)⁸입니다.

3축 가속도계로 식별된 PA 강도가 CPET 동안 환기 임계값(VT1 및 VT2)을 통해 감지된 강도와 일치하는지 여부는 알려져 있지 않습니다. 따라서 본 연구의 목적은 타원형 트랙에서 점진적인 걷기-조깅 테스트에서 간접 열량계와 손목 및 허리에 착용한 가속도계로 측정한 신체 활동 강도 수준을 평가하고 젊고 건강한 여성에서 이러한 평가 방법 간의 일치성을 조사하는 것이었습니다⁹.

프로토콜

이 연구는 기관 및 국제 지침에 따라 수행되었으며 해당 기관의 인간 윤리 및 연구 위원회(Committee on Ethics and Research in Human Beings)의 승인을 받았습니다.

1. 참가자 모집

1. 포스터를 사용하고 전자 전단지를 학생의 기관 인트라넷으로 보내 대학생 중 잠재적인 참가자를 초대합니다.
2. 정보에 입각한 동의서를 제공하고 잠재적 참가자에게 프로젝트를 설명합니다.
3. 포함(건강한 여성, 18-40세) 및 제외(자가 보고된 심장 부정맥, 중증 심혈관 질환, 만성 신장 질환, 만성 폐쇄성 폐질환, 베타 차단제 사용 또는 검사를 손상시킬 수 있는 근골격계 상태) 기준을 평가하고 미국심장협회(AHA)/미국스포츠의학회(ACSM) 참여 전 선별 설문지를 적용합니다.
4. 지원자가 참여에 동의하고 사전 동의서에 서명하면 사본 1부를 참가자에게 반환하고 다른 사본은 연구팀 리더에게 보관합니다.
5. 평가 날짜와 시간을 조정합니다. 실험 대상자가 테스트하기 전에 최소 3시간 동안 단식하도록 요청합니다. 편안한 옷을 입고, 카페인이 함유된 음료와 알코올 음료를 마시지 않으며, 24시간 동안 격렬한 신체 운동을 하지 않도록 요청하십시오.
6. 온도가 조절된 방에서 모든 참가자의 체중 및 키 평가를 수행합니다.

2. 측정 장비의 준비

1. 휴대용 에르고스피로미터를 하네스와 조립하고, 가속도계를 벨크로 스트랩에 부착하고, Bluetooth 심박수(HR) 모니터를 설정합니다.
2. 걷기-조깅 트랙 밖에 있는 휴대용 에르고스피치미터의 가스와 유량계를 보정합니다.
   1. 그렇게 하려면 소프트웨어 화면에서 보정 버튼을 누르십시오. 그런 다음 가스 보정 창에서 1 단계 버튼을 눌러 공기 중의 산소 및 이산화탄소 농도를 평가합니다.
   2. 1단계가 완료되면 가스 교정 병을 가스 분석기 라인에 연결합니다. 가스 보정 창에서 2단계 버튼을 눌러 보정 병의 산소 및 이산화탄소 농도(15% 산소, 4% 이산화탄소 및 균형 질소)를 평가합니다.
   3. 가스 교정이 성공적으로 완료되면 유량계를 3L 교정 주사기에 연결합니다. 소프트웨어 화면의 유량계 보정 창에서 보정 시작 버튼을 누릅니다.
   4. 그런 다음 주사기의 움직이는 부분을 전체 범위로 이동하여 5주기 동안 안정적인 공기 흐름에 도달하려고 합니다. 필요한 유량에 도달하면 화면에 파란색과 빨간색 막대가 나타나 올바른 유량이 달성되었음을 나타냅니다.
3. 참가자 데이터(이름, 체중, 키, 생년월일, 성별)와 인체폐력계 마스크의 크기를 새 참가자 추가 버튼을 눌러 인체폐력측정기 소프트웨어에 추가합니다.
4. 가속도계 소프트웨어가 설치된 노트북에서 가속도계를 USB 포트에 연결하고 초기화 버튼을 누른 다음 하위 메뉴에서 일반 초기화 를 선택하여 필요한 자원자의 데이터(이름, 체중, 키, 생년월일, 우세, 성별), 동기화를 위한 사용 시간 및 신체 배치(손목 또는 허리)를 추가합니다.
5. 장치 샘플링 속도(활동 모니터가 데이터를 기록하는 초당 횟수)를 100Hz로 선택합니다.
6. 초기화 매개 변수 양식을 완료한 후 주제 정보 입력을 선택합니다. 1개의 장치 초기화를 선택합니다. 초기화 프로세스가 완료되면 화면의 진행률 표시줄이 표시됩니다(이 프로세스의 중요한 부분은 가속도계에 배터리가 80% 이상 충전되어 있어야 한다는 것입니다).
7. 그런 다음 가속도계의 플러그를 뽑고 USB 캡을 교체합니다. 장치는 선택한 시작 시간이 경과하면 데이터 수집을 시작하고 중지 시간이 될 때까지 데이터를 계속 수집합니다.
8. 자원자에게 가장 적합한 크기의 깨끗한 마스크를 준비하고, 마스크에서 공기 누출 테스트를 실시한 후 휴대용 에르고스피치미터에 연결합니다.
9. 심박수 모니터를 인체폐호흡계 소프트웨어, 오른쪽 손목과 허리의 가속도계, 휴대용 에르고스모미터에 연결합니다. 장치 설정 버튼을 눌러 에르고스피로미터와 Bluetooth HR 센서의 연결을 확인합니다.
10. 그런 다음 각 테스트 전에 수행되는 주변 가스 보정 단계인 센서 조정 버튼을 누릅니다. 마지막으로 다음 버튼을 눌러 다음 화면에 액세스합니다.
11. 참가자를 트랙의 출발 지점으로 데려가면 참가자는 테스트를 시작하기 전에 3분 동안 의자에 앉아 휴식을 취해야 합니다.
12. 참가자가 들을 수 있는 올바른 사운드 볼륨이 있는지 확인하기 위해 모바일 장치에서 MISWT(Modified Incremental Shuttle Walking Test Modified)의 오디오를 확인합니다¹⁰.

3. 테스트 설명

1. 참가자에게 말하지 않고 의자에 가만히 있고 정상적으로 호흡하여 휴대용 에르고스피로미터의 기준선 측정과 가속도계의 비활성 상태를 위한 시작점을 표시하도록 지시합니다.
   참고: 3-5분 동안 기준선 데이터를 가져옵니다. 이 시간을 사용하여 3.2단계를 수행합니다.
2. MISWT의 오디오를 재생하여 지원자에게 10m를 커버하는 소리 신호를 따라 걷는 속도를 보여주고(필드 트랙은 10m마다 표시됨) 걷는 속도를 소리 신호와 동기화합니다.
   참고: 이해를 위해 필요한 만큼 반복합니다.
3. 그런 다음 참가자가 일어서서 두 명의 연구원과 함께 트랙을 방해하지 않도록 의자에서 비켜서 테스트를 시작하게합니다.
   참고: 여기에는 두 명의 연구원이 필요합니다. 연구원 1은 MISWT 오디오가 있는 모바일 장치를 휴대하여 1분마다 증분하여 테스트 속도를 안내합니다. 인체폐활량계 노트북의 연구원 2.

4. 테스트 실행

1. 연구원 1: 참가자가 테스트를 시작하고 MISWT 오디오가 끝날 때까지 테스트의 점진적인 속도를 따라 MISWT 오디오로 참가자의 보행 속도를 안내하는 데 도움을 줍니다.
   참고: 걷기-조깅 테스트는 0.84m/s에서 시작하여 1분마다 증가하며 마지막 단계는 2.37m/s의 조깅 속도에 도달합니다. 테스트 중에는 휴식이 없습니다.
2. 연구원 2: 에르고스피치계 소프트웨어가 설치된 노트북의 테스트 시작 버튼을 연구원 1과 동시에 누른 다음, MISWT 오디오가 나타내는 대로 속도가 증가할 때마다 텍스트 추가 버튼을 누릅니다.
3. 오디오가 끝나면 참가자에게 앉아서 말하지 않고 가만히 있고 2분 동안 정상적으로 숨을 쉬어 테스트의 종료를 표시하도록 요청합니다.
4. 2분 후 사각형 기호를 눌러 측정을 중지하고 장비를 제거하여 에르고스피치미터 소프트웨어에서 노트북의 데이터 수집을 마칩니다.

5. 검토 및 데이터 추출

1. 에르고스피치계 소프트웨어의 데이터를 검토하여 수집된 산소 소비량(VO₂), 호기된 이산화탄소(VCO₂) 및 미세 환기(VE)의 데이터가 프로젝트에 대해 신뢰할 수 있는지 확인하십시오. 랩톱에서 테스트를 마친 후 다음 버튼을 누른 다음 스무딩 버튼을 눌러 10초마다 얻은 데이터의 평균을 구합니다.
2. 가속도계의 데이터를 신체 활동 소프트웨어에 다운로드하여 수집된 데이터가 신뢰할 수 있는지 확인하고 이전에 USB 케이블을 사용하여 가속도계를 랩톱에 연결했습니다. 가속도계 기록을 다운로드할 때 10초의 epoch 길이(원시 가속 데이터의 시간)를 선택합니다.
3. 데이터가 포함된 가속도계 및 간접 열량계 파일을 다운로드하고 통계 소프트웨어 파일에 수동으로 전사합니다.

6. 장비 보관

1. 그날의 모든 측정이 완료된 후 장비를 올바르게 보관하십시오.
2. 더러운 재료와 깨끗한 재료를 분리하십시오.
3. 더러운 물질은 물과 비누로 청소하고 자연 건조시킵니다.

7. 데이터 분석

1. 모든 간접 열량계 파일에서 각각 에르고스피치계 소프트웨어의 Ventilatory Threshold 창을 사용하여 VSlope(VO₂/VCO₂의 산점도 기울기 변화)를 통해 모든 참가자의 Ventilatory Threshold 1(VT1) 및 Ventilatory Threshold 2(VT2)를 추정합니다.
2. 7.1단계에서 얻은 데이터에서 데이터베이스에서 VT1 및 VT2가 발견된 피험자의 속도를 등록합니다.
3. 가속도계 소프트웨어에서 허리 및 손목 기록에 대한 로그 파일을 열어 카운트를 얻습니다. 이를 복사하여 스프레드시트로 전송하면 테스트의 각 단계의 마지막 30초 동안 평균을 구합니다.
4. 오픈 소스 통계 소프트웨어를 사용하여 기술 및 추론 통계(Paired Student's T-Test, Intraclass Correlation Coefficient 및 Cohen's D)를 적용합니다.

결과

24명의 지원자로 구성된 표본 크기를 계산하여 1,000CPM의 차이를 관찰했습니다. 연령 22.4(± 1.9)세, 체중 62.2(± 11.3)kg, 체질량 지수 24.5(± 4.3)kg/^m2의 학부 여대생 중에서 여성(n=35)을 모집했습니다. 활동 수행에 영향을 미친 호흡기 동반 질환 및 급성 근골격계 손상이 있는 모든 지원자는 연구에서 제외되었습니다.

데이터 분포와 관련하여, 모든 변수가 Shapiro-Wilks 검정(p > 0.05)을 통해 평가된 정규 분포를 갖는다는 것을 발견했습니다. 2.03m/s(Cohen의 D 1.01), 2.20m/s(Cohen의 D 1.69) 및 2.37m/s(Cohen의 D 2.11)에서 크기 효과가 있는 쌍체 T-검정 분석을 사용하여 테스트의 1.86m/s 이상의 단계에서 가속도계 기록 간에 상당한 차이가 있었습니다.

토론

본 연구의 결과는 간접 열량계와 가속도계를 통해 평가된 점진적인 신체 활동의 강도 간의 차이를 보여줍니다. 더욱이, 더 빠른 테스트 속도에서 손목 및 허리 3축 가속도계에서 수집된 CPM 데이터 사이에는 통계적으로 유의미한 차이가 있습니다. 이러한 발견은 이전 보고서와 유사하며, 여기서 장치⁽11,12,13)의 상이한 해부학적 배치로부터 수집될 때 가속도계 데이터 사이에 양호한 일치가 없다는 것이 밝혀졌다.

PA의 강도는 특히 다양한 체력 조건을 가진 사람들을 평가할 때 서로 다른 PA^{강도 영역을 구별}하기 위한 가장 신뢰할 수 있는 평균인 인공호흡기 ...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
가속도계 소프트웨어	Actigraph	Actilife 6.0	속도계에 기록된 기록된 정보를 분석하기 위한 소프트웨어,
보정 가스,	Cortex	N/A	저산소 및 고탄산성 가스 용액을 사용한 풍선. 그것은 3 L의 에르고폐활량계
교정 펌프 Cortex		N/A	, 미당 환기를 평가하기 위해 터빈을 교정하는 데 사용됩니다
Ergoespirometer	Cortex	Metamax 3B	산소 소비, 이산화탄소 생성 및 분당 환기를 등록하는 휴대용 간접 열량계.
박수 가슴 밴드	Polar	H10	블루투스 트랜스미저
Metasoft studio	Cortex	N/A	인체 폐활량계 분석을 위한 소프트웨어
휴대용 스피커	JBL	Go 필수	블루투스 휴대용 스피커는 걷기 조깅 속도를 제어하기 위해 오디오 신호를 재생하는 데 사용됩니다
통계 소프트웨어	Jamovi	2.3.28	R 통계 언어 위에 구축된 오픈 소스 통계 소프트웨어
속도계	Actigraph	GT3-X	장치는 3축에서 가속도계 변경에 사용됩니다. 측정 단위는 분당 카운트(CPM)입니다.