Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Aangepaste smartphone-applicatie om locomotorische-respiratoire koppeling in het veld te begeleiden met behulp van stap-adaptieve ademhalingsgeluiden

1.6K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/66733

⸱

27 september 2024

 ,  ,  ,  , 
1Department of Sport and Exercise Science, Paris Lodron University of Salzburg, 2Department of Artificial Intelligence and Human Interfaces, Paris Lodron University of Salzburg, 3Salzburg Research Forschungsgesellschaft mbH, 4adidas AG

In dit artikel

Samenvatting

Locomotorisch-respiratoire koppeling (LRC) is potentieel voordelig voor hardlopers, maar kan moeilijk uit te voeren zijn. We introduceren een op maat gemaakte oplossing die op een smartphone is geïmplementeerd om hardlopers te individualiseren en te begeleiden naar LRC.

Samenvatting

Hoewel hardlopen een van de meest populaire activiteiten is voor competitie en vrije tijd, kan naar schatting 20-40% van de hardlopers last hebben van ademhalingsbeperkingen. Sommige van deze hardlopers kunnen baat hebben bij ademhalingstechnieken om de prestaties te verbeteren of ademhalingsproblemen te verlichten. Een van die technieken is locomotorisch-respiratoire koppeling (LRC), een frequentie- en fasesynchronisatie van adem naar stap. Studies hebben aangetoond dat LRC de ventilatie-efficiëntie ten goede kan komen via "stapgestuurde stromen", en sommige experts hebben betoogd dat het kan worden gebruikt voor pacing-oefeningen of het vergroten van positieve emotionele toestanden. Toch kan het moeilijk zijn om te presteren zonder coaching of begeleiding. Hier stellen we RunRhythm voor, een op maat gemaakte smartphone-applicatie om stap-gesynchroniseerde geluidsbegeleiding voor LRC te leveren. Dit concept bouwt voort op eerder bewijs dat degelijke begeleiding effectief kan zijn en integreert functies om therapietrouw en individualisering te maximaliseren. Voorlopige resultaten tonen aan dat deze toepassing een veelbelovende en effectieve methode is die geschikt is voor onderzoek naar LRC in veldoefeningen. Aanbevelingen voor gebruik en verdere ontwikkeling worden besproken om dit concept verder te ontwikkelen ten behoeve van een bredere bevolking.

Inleiding

Hardlopen is misschien wel de meest populaire vorm van lichaamsbeweging, deels vanwege de toegankelijkheid en het scala aan fysieke en mentale gezondheidsvoordelen 1,2. Desalniettemin hebben veel aspirant-hardlopers moeite om hardloopgewoonten te beginnen of vol te houden. Dit kan te wijten zijn aan ademhalingsmoeilijkheden, die naar schatting 20-40% van de hardlopers treffen 3,4,5. Het verminderen van door inspanning veroorzaakte kortademigheid is theoretisch mogelijk met het gebruik van specifieke ademhalingstechnieken, maar de exacte methoden, risico's en voordelen hiervan zijn onduidelijk. Hoewel het verbeteren van de conditie en/of een langzame ademhaling in rust ademhalingsproblemen tijdens inspanning kan verlichten 6,7, duurt het weken of maanden voordat deze oplossingen voordelen opleveren. Sommige onderzoeken hebben gespeculeerd dat de directe implementatie van ademhalingstechnieken tijdens het sporten effectiever kan zijn in het produceren van acute voordelen8, hoewel dergelijke onderzoeken beperkt zijn. Digitale hulpmiddelen die geïndividualiseerde instructie mogelijk maken, kunnen nodig zijn om dergelijke onderzoeken in een effectief interventieformaat uit te voeren.

Locomotorisch-respiratoire koppeling (LRC) is een synchronisatiefenomeen waarbij ademhaling en beweging frequentie- en/of fasesynchroon zijn. Bij specifieke oefeningen zoals hardlopen geeft LRC een gehele verhouding aan tussen ademhaling (BR) en stapsnelheid (SR), evenals fasevergrendeling van voetafwikkeling tot het begin van de ademhaling (d.w.z. precies stappen op inspiratie). LRC kan vrijwillig of automatisch tot uiting komen en kan zich voordoen als een aangeleerd gedrag met oefentraining9. Mensen synchroniseren van nature het lopen met storende auditieve geluiden (inclusief ademhaling), misschien om auditieve stimulatie te verminderen, wat suggereert dat LRC evolutionaire fenomenologieheeft 10. Sommige rapporten geven aan dat LRC de bewegingseconomie en prestaties ten goede komt en kortademigheid vermindert 11,12,13,14,15. Sommige studies rapporteerden verwaarloosbare voordelen 16,17,18. Eventuele fysiologische voordelen kunnen verband houden met "stapgestuurde stromen": elke voetafstap creëert een neerwaartse impuls van de buikinhoud (de "viscerale zuiger"), die, wanneer gesynchroniseerd met het begin van inademing of uitademing, kan worden toegevoegd aan de ventilatie.

Daley et al.19 maten de ventilatorstroming en impactkrachten tijdens het draaien op de loopband en speculeerden dat trapgestuurde stromingen tot 10-12% kunnen bijdragen aan de totale ventilatie. Ze meldden ook dat het beademingsovergangen zou kunnen versnellen. Andere neuromechanische mechanismen kunnen met dit fenomeen interageren9. Hoewel de viscerale zuiger het resultaat is van nauwkeurige fasekoppeling, kan frequentiekoppeling onafhankelijk waardevol zijn, vooral voor de beginnende hardloper. BR hangt nauw samen met inspanning bij verschillende trainingsintensiteiten20. Aangezien SR over het algemeen stabiel is en geassocieerd is met hardloopsnelheid21, kan LRC het zelfbewustzijn ondersteunen en een gemakkelijk tempo van BR en dus intensiteit tijdens de run mogelijk maken. Ten slotte kan LRC bij ongelijke verhoudingen (bijv. 5:1 stappen per ademhaling) helpen om inspanningsgerelateerde voorbijgaande buikpijn ("zijsteek") te voorkomen. Een meerderheid van de hardlopers ervaart dit tijdelijke, maar afleidende en pijnlijke symptoom elk jaar22, wat vaak leidt tot hun behoefte om te stoppen met hardlopen. Een theorie van de etiologie van zijsteken is dat herhaalde ademhaling aan dezelfde kant van de voet de middenrifzenuw kan irriteren. Het kan dus worden vermeden door LRC bij ongelijke verhoudingen, wat leidt tot ademen op afwisselende benen.

Er zijn maar weinig rapporten waarin is besproken hoe hardlopers kunnen worden ondersteund bij het uitvoeren van LRC. Ten minste twee onderzoeken hebben biofeedback-achtige methoden aangetoond14,23, terwijl veel studies eenvoudige verbale coaching gebruikten 24,25. Hoewel deze methoden veelbelovend zijn gebleken bij het acuut stimuleren van LRC, zijn ze sterk gestandaardiseerd en vereisen ze gespecialiseerde apparatuur. Als zodanig zijn ze waarschijnlijk niet geschikt voor veldtoepassingen en zijn ze ook niet toegankelijk voor de meeste hardlopers. Hoe dan ook, geluidsgeleiding is een natuurlijke keuze, aangezien mensen bewegingen intuïtief synchroniseren met voorspelbare auditieve gebeurtenissen (metronoom of muziek)26. Toepassingen moeten daarom zorgvuldig rekening houden met een gezond tempo en structuur in de context van motorisch leren. Hoewel eenvoudige, constante audio voorspelbaar en effectief is voor het stimuleren van meeslepen, is het in tegenspraak met het van nature niet-lineaire gedrag van stap- en ademhalingsritmes bij gezonde hardlopers27,28. Het wijzigen van de voorkeurs-SR van een hardloper kan de hardloopeconomie verminderen 29 of kan de risicofactoren voor blessures wijzigen30. Geluidsinstructies moeten dus continu in realtime worden aangepast om de SR31 van de hardloper te volgen.

Onlangs hebben we een concept geïntroduceerd dat de bovenstaande aanbevelingen integreert in een eenvoudige, gebruiksvriendelijke, op maat gemaakte smartphone-applicatie32. De eerste iteratie maakt het mogelijk om gedurende de hele run een enkele LRC-verhouding te selecteren. Het standaard SR-algoritme van de telefoon wordt gebruikt om real-time SR-informatie aan de applicatie te verstrekken. Vervolgens worden stapgesynchroniseerde geluiden geproduceerd die aangeven wanneer de hardloper moet uitademen en inademen: een hoge toon voor stappen tijdens het inademen en een lage toon tijdens het uitademen. Voorgeschreven LRC-ratio's werden afgeleid van een controlebezoek zonder ademhalingsinstructie. We vonden een grote toename in LRC van 26,3 ± 10,7% naar 69,9 ± 20,0% van de run met de applicatie-instructie tijdens submaximaal hardlopen in de buitenlucht. Beperkingen die bij het protocol en de toepassing worden opgemerkt, zijn onder meer uitgebreide vertrouwdheid vereist, beperkte steekproefomvang en constante geluidsinstructie. Daarom is een nieuwe versie van deze applicatie ontwikkeld om de gebruikerservaring te verbeteren en bredere tests en experimenten in veldoefeningen mogelijk te maken. Deze applicatie heet RunRhythm omdat het bedoeld is om hardlopers te ondersteunen bij het vinden en behouden van een ritme tijdens het hardlopen. Het zal hierna de app worden genoemd.

Het doel van dit rapport is om een nieuwe digitale tool en methodologische aanpak te introduceren die intuïtieve en veldklare LRC-begeleiding mogelijk maakt voor onderzoeksstudies waarbij ervaren of aspirant-hardlopers betrokken zijn. De app is een applicatie van onderzoekskwaliteit in bètatests voor Android-apparaten. De kernfunctionaliteiten van de applicatie zijn SR-detectie en LRC-geleiding. Wanneer hardlopen wordt gedetecteerd, worden ademhalingsgeluiden gemaakt volgens de geselecteerde instellingen in de gebruikersinterface. De applicatie berekent SR van de versnellingsmeter van de telefoon met behulp van een van de twee algoritmen: ofwel het fabrieks-SR-algoritme dat is geïmplementeerd door de fabrikant van het apparaat of een aangepast SR-algoritme dat is gemaakt door de fabrikant van de applicatie. Beide algoritmen produceren een constante livestream van SR, die vervolgens wordt gladgestreken op een voortschrijdend gemiddelde volgens een adaptief venster. De venstergrootte is dynamisch om een evenwicht te vinden tussen reactiviteit en afvlakking van uitschieters. Het resultaat is een constant bijgewerkte waarde van live SR.

Aangezien de app SR berekent op basis van de beweging van het apparaat, is de plaatsing van de telefoon op het lichaam van het grootste belang. De meeste standaard SR-algoritmen zijn positie-agnostisch en kunnen daarom tijdens het hardlopen op elk deel van het lichaam worden geplaatst om nauwkeurige SR-waarden te produceren. Het aangepaste algoritme dat hier is geïmplementeerd, gedraagt zich ook als zodanig. Een stevige plaatsing dichter bij het zwaartepunt kan echter de stabiliteit van de SR-detectie verbeteren, en als gevolg daarvan de geluidskwaliteit die door de app wordt geproduceerd. Pilottests tonen aan dat plaatsingen met 1-dimensionale oscillatie (d.w.z. verticaal op en neer zoals in een borstzak of heuptas) beter kunnen presteren dan plaatsingen met 2-dimensionale beweging (d.w.z. zwaaien zoals in een dijbeenzak of armband).

SR-gegevens worden doorgegeven aan een geïntegreerde geluidsengine (zie de materiaaltabel). Stapgeluiden worden alleen afgespeeld als het systeem SR > 0 detecteert. Wanneer de SR zich boven een vooraf ingestelde drempel bevindt (bepaald in de backend-instellingen [protocolsectie 3.6]; d.w.z. 120), begrijpt de applicatie dat de gebruiker aan het rennen is en activeert de start van ademhalingsbegeleidingsgeluiden. Vervolgens wordt deze live SR-waarde gebruikt om het tempo van de stap en ademhalingsbegeleidingsgeluiden in te stellen zolang een "lopende" SR-waarde wordt gehandhaafd. Wanneer SR > drempel, komen de gegenereerde geluiden standaard overeen met het tempo van SR. De uitzondering is wanneer de backend-instelling "geluidstempo" wordt gewijzigd (bepaald in backend-instellingen [protocol sectie 3.5]). Bijvoorbeeld, met een geselecteerde bovengrens van 180, zelfs als de hardloper begint te rennen op een hogere SR van 185, zal het geluidstempo niet hoger zijn dan 180. Wanneer ze hun SR verlagen tot 175, zullen de geluiden dalen tot 175, waarbij ze zich continu aanpassen binnen de vooraf ingestelde limieten. Zoals beschreven in protocolstap 3.5, stellen deze schuifregelaars de gebruiker of onderzoeker in staat om limieten in te stellen voor het minimale en maximale geluidstempo (bpm). De app maakt het mogelijk om verschillende LRC-verhoudingen (stappen:ademhaling) te selecteren voor of te wijzigen tijdens het hardlopen. Het aantal stappen per ademfase kan worden gewijzigd van 2 tot 9; d.w.z. een verhouding van 2:3 weerspiegelt 2 stappen per inademing en 3 stappen per uitademing.

Verschillende "soundscapes" werden ontworpen om een aangename audio-ervaring te bieden aan meer hardlopers met verschillende muzieksmaken op basis van feedback van gebruikers en vroege experimenten in het lab33. Ze hebben verschillende geluiden die zijn toegewezen aan de real-time stapsnelheid, de geïnstrueerde ademhalingsfasen en achtergrondomgevingsgeluid. Stapgeluiden zijn eenvoudige beats die worden afgespeeld in het tempo van elke voetstap (d.w.z. rechter- en linkerstappen). Ademgeluiden integreren verschillende sonische elementen en spelen in een veel langzamer tempo, afhankelijk van de gekozen LRC-verhouding. De beschikbare soundscapes zijn tribaal: organisch en instrumentaal met scherpe ademhalingsovergangen en stapgeluiden; Kalmerend: licht en geïnspireerd op de oceaan met vloeiende overgangen en stapgeluiden; energiek: elektronisch en rijden met scherpe overgangen en stapgeluiden; Minimaal: Eenvoudig en soepel met alleen ademgeluiden (geen stapgeluiden).

De voice-overfunctie voegt eenvoudige spraakaanwijzingen toe die overeenkomen met de beste onderzoeksresultaten met betrekking tot LRC-vertrouwdheid. Het geeft een reeks instructies aan het begin van de run en daarna elke 5 minuten. Eerst wordt de geselecteerde LRC-verhouding vermeld. Vervolgens geeft het de beoogde ademhalingsfase aan, synchroon met de geluidssignalen voor de eerste drie ademhalingscycli. Vervolgens herinnert het de gebruiker eraan: "zoek je stapfrequentie en stap op het ritme." Voor elke run is een vragenlijst voor en na de run geïntegreerd om subjectieve gevoelsgegevens aan elke run toe te voegen. De subjectieve vitaliteit korte schaal34 vraagt een enkel item over het gevoel van de hardloper van 0 tot 10. Een beoordeling van 0-10 van de vermoeidheidsschaal vraagt de gebruiker om zijn huidige staat van vermoeidheid te beoordelen. Ten slotte beoordeelt een schaal van 0-10 de mate van kortademigheid die momenteel wordt ervaren. Al deze schalen worden voor en na elke run gevraagd. Pas na de run wordt de gebruiker gevraagd om zijn ervaring met de intensiteit van de run te beoordelen (d.w.z. licht, gemiddeld, hoog, intervallen). Gebruikers kunnen de LRC-verhouding en tijdelijkheid tijdens de run wijzigen met behulp van de interface op het scherm of de hoofdtelefoonbediening. Dit kan gebruikers helpen keuzevrijheid te voelen tijdens het hardlopen en maakt het mogelijk om persoonlijke geschiktheid te verkennen. Bovendien kan het nodig zijn om de verhouding snel te veranderen als reactie op hardloopevenementen (bijv. heuvels, vermoeidheid). Dit protocol bevat een beschrijving van hoe u met de app kunt werken en latere aanbevelingen voor het gebruik ervan binnen verschillende soorten onderzoeksprotocollen (d.w.z. binnen, buiten, interventioneel, cross-sectioneel).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

Deze studie kreeg ethische goedkeuring van de ethische commissie van de Universiteit van Salzburg (referentienummer: GZ 13/2021) en de deelnemers gaven hun geïnformeerde toestemming.

1. Aan de slag met RunRhythm

  1. Laat de deelnemers een vooraf ingevulde vragenlijst met demografische informatie, evenals hardloop-, sport- en ademhalingservaring.
  2. Download de applicatie naar een werkende smartphone met Android 8.0 of hoger.
    OPMERKING: Gesloten gebruikerstests en app-downloads zijn alleen toegankelijk voor geselecteerde gebruikers met een Google Play-account waarvan de e-mailadressen zijn toegevoegd aan de lijst met goedgekeurde gebruikers. Testen is alleen op uitnodiging. Stuur toegangsverzoeken naar de corresponderende auteur.
  3. Controleer of de gebruiker de zelfstudie heeft bekeken voordat de toepassing voor het eerst wordt gebruikt (Afbeelding 1).

figure-protocol-1
Afbeelding 1: App-tutorial. RunRhythm biedt een inleidende tutorial bij de eerste opening, inclusief details over locomotorische-respiratoire koppeling, een animatie die laat zien hoe de applicatie werkt en tips voor gebruik. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

2. Basisfunctionaliteit

  1. Kies de gewenste soundscape met behulp van de horizontale schakelaar (Figuur 2B).
    OPMERKING: Dit kan alleen voor de run worden gewijzigd.
  2. Verander de gewenste LRC-verhouding (stappen per inademing:stappen per uitademing) met behulp van de schakelaars omhoog of omlaag (Figuur 2A); Vergrendel de schakelaar met het slotpictogram. Wanneer het scherm is vergrendeld, gebruikt u zoeken (figure-protocol-2) van een compatibele hoofdtelefoon om de verhouding omhoog en omlaag te wijzigen.
    OPMERKING: De verhoudingsvergrendeling werkt om een constant verhoudingsverschil te behouden bij het wijzigen van de verhouding. Als 2:3 bijvoorbeeld is vergrendeld, verandert de verhouding in 3:4 als u "omhoog" schakelt (1 stap meer aanhouden per uitademing versus inademen).
  3. Wijzig de tijdelijkheidsinstellingen met behulp van de schakelaar met 3 standen op de interface (Figuur 2C). Wanneer het scherm is vergrendeld, gebruikt u afspelen en pauzeren (figure-protocol-3) van een compatibele hoofdtelefoon.
    OPMERKING: Tijdelijkheid kan worden omgeschakeld tussen volledige begeleiding (altijd aan), gemiddelde begeleiding (1 minuut aan/5 min uit) en geen begeleiding.
  4. Schakel de voice-overfunctie in met de interfaceschakelaar rechtsonder (Figuur 2D en 5A).
  5. Selecteer start run om te beginnen. Wanneer u het apparaat voor de eerste keer gebruikt, drukt u op toestaan om het apparaat toe te staan bewegingen en locaties te registreren.
  6. Vul de vragenlijsten op het scherm voor en na elke run in door op de cijfers te drukken die overeenkomen met het huidige gevoel dat de hardloper ervaart (Figuur 3).

figure-protocol-4
Afbeelding 2: Hoofdinterface van de app. (A) De verhouding tussen locomotorische en respiratoire koppeling kan worden gewijzigd vanuit de gebruikersinterface met spinners die variëren van 2 tot 9. Elke waarde vertegenwoordigt het aantal stappen per ademfase; d.w.z. 2:3 staat voor 2 stappen per inademing: 3 stappen per uitademing. Het slotpictogram kan worden gebruikt om het verhoudingsverschil vast te stellen; d.w.z. wanneer vergrendeld op 2:3, verandert het verschuiven van "omhoog" de verhouding naar 3:4 (met behoud van een verschil van 1 stap meer per uitademing). (B) Soundscape-selectie stelt de gebruiker in staat om te kiezen uit vier vooraf bepaalde geluidslagen: tribaal, rustgevend, elektronisch en minimaal. (C) Met de tijdelijkheidsschakelaar kan de gebruiker kiezen uit drie vooraf bepaalde instellingen voor de begeleidingsfrequentie: volledig, gemiddeld en uit. (D) Met de voiceover-schakelaar kan de gebruiker spraakaanwijzingen in- of uitschakelen. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

figure-protocol-5
Figuur 3: Pre- en postvragenlijsten. Aan het begin en einde van elke run worden identieke vragenlijsten gepresenteerd. Ze moeten worden beantwoord om de run te starten of te eindigen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

3. Backend-instellingen

OPMERKING: De belangrijkste parameters die van invloed zijn op de functionaliteit van de applicatie kunnen worden gewijzigd door op de drie puntjes in de rechterbovenhoek van de hoofdinterface te tikken. De standaardwaarden weerspiegelen de aanbevolen waarden, maar kunnen worden gewijzigd. Dit scherm (Figuur 4) bevat de volgende instellingen:

figure-protocol-6
Figuur 4: Backend-instellingen. Backend-instellingen zijn onder meer automatisch pauzeren, een schakelaar voor stapdetectie en identificatiecodes. (A) De drempelinstellingen voor het geluidstempo maken een nauwkeurige selectie van de drempels voor stapfrequenties mogelijk die het gegenereerde geluidsbegeleidingstempo begrenzen. Het selecteren van een ondergrens van 155 en een bovengrens van 180 zorgt er bijvoorbeeld voor dat de geluidsgeleiding niet afwijkt van het interval [155, 180], ongeacht de daadwerkelijk gedetecteerde SR. De standaardwaarde is [0, 200]. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

  1. Schakel GPS en GPX in om de hardloopafstand, hardloopsnelheid en routetracking te registreren.
    OPMERKING: Wanneer ingeschakeld, registreert het de coördinaten van het Global Positioning System (GPS) tijdens de run vanaf de fabrieksuitvoer van het apparaat. Als het is uitgeschakeld, wordt er geen logboekregistratie uitgevoerd.
  2. Automatisch pauzeren: zet "aan" voor de beste prestaties.
    OPMERKING: Als het is ingeschakeld, stopt het met GPS-registratie wanneer de gedetecteerde snelheid in de buurt van 0 ligt. Als het is uitgeschakeld, blijft het loggen, ongeacht de snelheid.
  3. Zet de hoofdtelefoonbediening "aan" wanneer u een hoofdtelefoon met muziekbediening gebruikt.
    OPMERKING: Als deze functie is ingeschakeld, kunnen compatibele hoofdtelefoons (bedraad of draadloos, met bedieningselementen) de belangrijkste parameters wijzigen tijdens het hardlopen (zie stap 2.4). Als deze stap is uitgeschakeld, wordt de hoofdtelefoonbediening uitgeschakeld voor het wijzigen van de toepassingsparameters.
  4. Systeemstapdetectie: wijzig deze instelling wanneer de applicatie zich vreemd gedraagt; Tenminste, als het geluidstempo niet overeenkomt met het staptempo.
    OPMERKING: Als deze functie is ingeschakeld, maakt deze functie gebruik van het fabrieks-SR-algoritme van de fabrikant van het apparaat voor alle toepassingsfunctionaliteiten. Als het is uitgeschakeld, wordt het aangepaste algoritme van de applicatieontwikkelaar gebruikt. Aangezien apparaten verschillende SR-detectieprestaties in de fabriek hebben op basis van parameters van de fabrikant, zoals de chipset, kan dit worden omgeschakeld om de prestaties van de toepassing te verbeteren.
  5. Geluidstempo: stel de schuifregelaars voor het geluidstempo in op de gewenste SR-drempels (Figuur 4A).
    OPMERKING: Stel in op een specifiek venster (d.w.z. 160-180) om een onder- en/of bovengrens te creëren voor het tempo van de gegenereerde geluiden. De minimale onderste = 0 en de maximale bovenste = 200.
  6. Min. Run Steprate: verander deze drempel in een geheel getal 0-200 om de SR te wijzigen
    drempel die wordt gebruikt om de LRC-geleidingsgeluiden te activeren.
    OPMERKING: De applicatie staat standaard op 120 als de SR waarbij "running" wordt gedetecteerd en de geluiden beginnen te spelen.
  7. Ademfeedback inschakelen: schakel "aan" voor de kernfunctionaliteit van de toepassing.
    OPMERKING: Indien ingeschakeld, kan normale applicatiefunctionaliteit worden verwacht met stap- en ademgeluiden tijdens het hardlopen. Als deze instelling is uitgeschakeld, voorkomt deze instelling dat er ademhalingsgeluiden worden gemaakt. Dit wordt gebruikt voor testdoeleinden, of wanneer alleen stapgeluiden gewenst zijn.
  8. Intro opnieuw starten: klik op tekst om de onboarding-tutorial opnieuw af te spelen.
  9. Gegevensbescherming: klik op tekst om de privacyverklaring van de fabrikant van de toepassing weer te geven.
  10. Identificatiemiddelen
    1. Installatie-ID: noteer deze waarde, die de unieke ID vertegenwoordigt voor deze apparaat- en toepassingsbuild. Dit wordt weerspiegeld in de logbestanden die na elke uitvoering worden gegenereerd.
    2. Versie: noteer deze waarde, die de buildversie van de toepassing vertegenwoordigt.
    3. Fabrikant/model: noteer deze waarde, die de apparaat-ID voor merk en model vertegenwoordigt.

4. Hardlopen met de app

  1. Begin met rennen!
    1. Ten eerste, wanneer de stapgeluiden worden geactiveerd; Luister goed en stap op de maat. Vervolgens wordt de ademhalingsbegeleiding geactiveerd; Stem inspiratie en vervaldatum precies af op het geluid.
  2. In-run interface: tijdens de run wijzigt u de LRC-verhouding en tijdelijkheid met behulp van de schakelaars op de interface op het scherm (Figuur 5A).
  3. Rapport na het uitvoeren: druk op end run om de toepassing te stoppen. Een overzichtsscherm geeft de belangrijkste statistieken weer, waaronder de totale afstand, het gemiddelde tempo en de gemiddelde stapfrequentie (Figuur 5B).

figure-protocol-7
Afbeelding 5: Interface in en na het draaien. (A) Tijdens de run is een vereenvoudigde interface beschikbaar waarmee de gebruiker belangrijke parameters kan wijzigen, waaronder de verhouding tussen locomotor en ademhalingskoppeling en tijdelijkheid. Het geeft ook het huidige hardlooptempo en staptempo weer. (B) Na de run worden op een overzichtsscherm de belangrijkste statistieken weergegeven, waaronder de totale afstand, het gemiddelde tempo en de gemiddelde stapsnelheid. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

5. Onderzoek met de app

OPMERKING: De bovenstaande functionaliteiten zijn ontwikkeld om de gebruikerservaring te maximaliseren en onderzoeken naar LRC in verschillende contexten mogelijk te maken. In de onderstaande stappen wordt beschreven hoe u de app in een onderzoek kunt integreren, van de eerste kennismaking tot de toepassingslogboeken na het uitvoeren van de toepassing. Deze onderzoeksmethoden zijn beoordeeld en goedgekeurd voor experimenten met mensen door de ethische commissie van Paris Lodron Universität Salzburg (EK-GZ 29/2023).

  1. Voordat u LRC met de app bespreekt of instrueert, voert u een individuele kalibratie uit om de natuurlijke LRC-verhouding van de hardloper te bepalen. Kies een actieve taak die representatief is voor de activiteit en studiecontext en noteer SR en BR tijdens de proef. Bereken de dichtstbijzijnde LRC-verhouding van gehele getallen uit hun quotiënt (SR/BR = LRC-verhouding; d.w.z. 160/30 = 5,3 = aanbevolen verhouding 5 stappen per ademhaling).
  2. Plaats de telefoon in een kledingzak, heuptasje of armband die stevig tegen het lichaam zit.
  3. Gebruik een hoofdtelefoon tijdens het hardlopen in de buitenlucht om de weergave van de geluidsinstructies te verbeteren en de bediening van de hoofdtelefoon in te schakelen. U kunt ook een Bluetooth-luidspreker gebruiken tijdens de kennismaking met een onderzoeker om samen de LRC-instructies te volgen.
  4. Maak de hardloper vertrouwd met LRC en de app.
    OPMERKING: Hoewel de app geen vertrouwdheid met een onderzoeker vereist, kan het voor onderzoeksdoeleinden nuttig zijn voor een onderzoeker om LRC, de applicatie en het doel ervan uit te leggen en de functionaliteit ervan te demonstreren. LRC moet worden geïntroduceerd met behulp van de verbale aanwijzingen van Coates en Kowalchik35.
    1. Begin met ritmisch tikken met de voet terwijl je zit of in rugligging ligt, en instructies om in een bepaalde verhouding (meestal 2:2) synchroon met de voeten te ademen.
    2. Herhaal dit tijdens het lopen.
    3. Herhaal dit terwijl je op zijn plaats rent.
    4. Introduceer de applicatie en beschrijf kort de gebruikersinterface.
    5. Bevestig het apparaat aan het lichaam van de hardloper volgens de bovenstaande aanbevelingen (paragraaf 7.2).
    6. Klik op starten, uitvoeren en op de juiste plaats uitvoeren.
    7. Moedig de hardloper aan om in zijn eigen tempo te blijven stappen terwijl de geluiden zich aanpassen aan zijn SR.
    8. Bevestig mondeling dat de ademhalingsgeluiden ook te horen zijn.
    9. Instrueer de hardloper om te ademen volgens de geluiden.
    10. Blijf stappen en ademen met de geluiden gedurende ten minste 30-60 s.
    11. Herhaal het proces met verschillende toepassingsinstellingen (d.w.z. LRC-verhoudingen, tijdelijkheid, voice-over) om het begrip te bevestigen.
    12. Laat de onderzoeker en de hardloper samen rennen en de begeleidingsgeluiden afspelen via een Bluetooth-luidspreker om de basisprincipes van LRC te versterken (Figuur 6).
      OPMERKING: De geluiden worden geactiveerd wanneer de applicatie een actieve SR detecteert. De stapgeluiden komen automatisch overeen met de SR van de gebruiker met enige vertraging.
  5. Gebruik een minimaal invasieve sensoropstelling die stap- en ademdetectie mogelijk maakt om te bevestigen dat de hardloper zich aan de LRC-instructies houdt.
    OPMERKING: Het Hexoskin smart shirt kan bijvoorbeeld nauwkeurig stappen en ademhaling meten tijdens het hardlopen met minimale interferentie voor de hardloper36.
  6. Tijdelijkheidsinstelling: gebruik de mediumbegeleiding in combinatie met andere muziektoepassingen, zodat de muziek van de gebruiker kan worden afgespeeld tijdens de perioden van 5 minuten waarin de applicatiebegeleiding stil is.
    OPMERKING: De instelling Geen begeleiding registreert nog steeds vragenlijsten, GPS en SR, wat nuttig kan zijn voor sommige onderzoeksdoeleinden.
  7. Logboeken: download logbestanden om toegang te krijgen tot tijdstempelgegevens van de uitvoering en toepassingsparameters.
    OPMERKING: .csv logbestanden registreren metagegevens van sleutelruns en elke interactie met de app, waaronder: voetstappen met tijdstempel, gekozen LRC-verhouding en -wijzigingen, en antwoorden op de vragenlijst. Ze worden opgeslagen op GDPR-conforme servers en voorzien van de unieke ID, datum en tijd van de app.

figure-protocol-8
Figuur 6: Kennismaking met de onderzoeker. In onderzoekscontexten wordt vertrouwdheid door de hoofdonderzoeker aanbevolen om een conceptueel begrip van locomotorische-respiratoire koppeling en correct gebruik van de applicatie te garanderen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

De app is de tweede iteratie van deze applicatie die is ontworpen om LRC te ondersteunen en een audio-ademhalingsbegeleidingservaring te bieden. Er zijn talloze pilotstudies en één tijdschriftpublicatie uitgevoerd die de werkzaamheid ervan ondersteunen en een positieve gebruikerservaring bevestigen. In een cross-sectioneel onderzoek naar de acute effecten van LRC-instructie (genoemd in de inleiding), werd vastgesteld dat hardlopen onder begeleiding de LRC sterk verhoogde bij 17 beginnend...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Deze methodologie presenteert een van de eerste evidence-based, praktijkklare digitale tools voor het instrueren van LRC aan hardlopers. Vroege resultaten suggereren dat het niet alleen effectief is bij het snel leren en naleven van LRC, maar ook in de loop van de tijd kan worden onderwezen en vastgehouden. Hoewel LRC op natuurlijke wijze kan ontstaan met meer hardloopervaring, is de kans kleiner dat beginners het uitvoeren37. Toevallig is de kans vooral groot dat...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

Ulf Jensen was in dienst van Adidas AG. De overige auteurs verklaren dat het onderzoek is uitgevoerd zonder dat er commerciële of financiële relaties waren die als een potentieel belangenconflict zouden kunnen worden opgevat.

Dankbetuigingen

Dit werk werd ondersteund door het Oostenrijkse federale ministerie van Klimaatactie, Milieu, Energie, Mobiliteit, Innovatie en Technologie onder contract nr. 2021$$-$$0.641.557 en de deelstaat Salzburg in het kader van het onderzoeksprogramma COMET-Competence Centers for Excellent Technologies-in het project Digital Motion in Sports, Fitness and Well-being (DiMo; Contract nr. 872574).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Android smartphoneSamsung of GoogleMinimaal Android 8.0 vereist voor applicatiefunctionaliteit
FMOD engine Firelight Technologies Pty LtdGeluidsengine
Hexoskin slim shirt Carré TechnologiesDraagbaar sensorshirt
RunRhythm applicatie voor Android adidas GmbH en abios GmbH

Referenties

  1. Hulteen, R. M., et al. Global participation in sport and leisure-time physical activities: A systematic review and meta-analysis. Prev Med. 95, 14-25 (2017).
  2. Malchrowicz-Mosko, E., Poczta, J. Running as a form of therapy socio-psychological functions of mass running events for men and women. Int J Environ Res Public Health. 15 (10), 2262(2018).
  3. Ersson, K., et al. Prevalence of exercise-induced bronchoconstriction and laryngeal obstruction in adolescent athletes. Pediatr Pulmonol. 55 (12), 3509-3516 (2020).
  4. Johansson, H., et al. Prevalence of exercise-induced bronchoconstriction and exercise-induced laryngeal obstruction in a general adolescent population. Thorax. 70 (1), 57-63 (2015).
  5. Smoliga, J. M., Mohseni, Z. S., Berwager, J. D., Hegedus, E. J. Common causes of dyspnoea in athletes: A practical approach for diagnosis and management. Breathe (Sheff). 12 (2), e22-e37 (2016).
  6. Castro, R. R., Sales, A. R. K., Nobrega, A. C. Lifestyle interventions reduce exercise ventilatory variability in healthy individuals: A randomized intervention study. Future Cardiol. 16 (5), 439-446 (2020).
  7. Laborde, S., et al. The influence of breathing techniques on physical sport performance: A systematic review and meta-analysis. Int Rev Sport and Exer Psychol. , 1-56 (2022).
  8. Harbour, E., Stoggl, T., Schwameder, H., Finkenzeller, T. Breath tools: A synthesis of evidence-based breathing strategies to enhance human running. Front Physiol. 13, 813243(2022).
  9. Stickford, A. S., Stickford, J. L. Ventilation and locomotion in humans: Mechanisms, implications, and perturbations to the coupling of these two rhythms. Springer Sci Rev. 2 (1-2), 95-118 (2014).
  10. Larsson, M. Self-generated sounds of locomotion and ventilation and the evolution of human rhythmic abilities. Anim Cogn. 17 (1), 1-14 (2014).
  11. Garlando, F., Kohl, J., Koller, E. A., Pietsch, P. Effect of coupling the breathing- and cycling rhythms on oxygen uptake during bicycle ergometry. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 54 (5), 497-501 (1985).
  12. Bernasconi, P., Bürki, P., Bührer, A., Koller, E., Kohl, J. Running training and co-ordination between breathing and running rhythms during aerobic and anaerobic conditions in humans. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 70 (5), 387-393 (1995).
  13. Takano, N., Deguchi, H. Sensation of breathlessness and respiratory oxygen cost during cycle exercise with and without conscious entrainment of the breathing rhythm. Eur J Appl Physiol. 76 (3), 209-213 (1997).
  14. Hoffmann, C. P., Torregrosa, G., Bardy, B. G. Sound stabilizes locomotor-respiratory coupling and reduces energy cost. PLoS One. 7 (9), e45206(2012).
  15. Bonsignore, M. R., Morici, G., Abate, P., Romano, S., Bonsignore, G. Ventilation and entrainment of breathing during cycling and running in triathletes. Med Sci Sports Exerc. 30 (2), 239-245 (1998).
  16. Rassler, B., Kohl, J. Coordination-related changes in the rhythms of breathing and walking in humans. Eur J Appl Physiol. 82 (4), 280-288 (2000).
  17. Raßler, B., Kohl, J. Analysis of coordination between breathing and walking rhythms in humans. Respir Physiol. 106 (3), 317-327 (1996).
  18. Van Alphen, J., Duffin, J. Entrained breathing and oxygen consumption during treadmill walking. Can J Appl Physiol. 19 (4), 432-440 (1994).
  19. Daley, M. A., Bramble, D. M., Carrier, D. R. Impact loading and locomotor-respiratory coordination significantly influence breathing dynamics in running humans. PLoS One. 8 (8), e70752(2013).
  20. Nicolo, A., Sacchetti, M. Differential control of respiratory frequency and tidal volume during exercise. Eur J Appl Physiol. 123 (2), 215-242 (2023).
  21. Jordan, K., Challis, J. H., Newell, K. M. Long range correlations in the stride interval of running. Gait Posture. 24 (1), 120-125 (2006).
  22. Morton, D., Callister, R. Exercise-related transient abdominal pain (etap). Sports Med. 45 (1), 23-35 (2015).
  23. Wiens, C. Comparison of noise signals on locomotor-respiratory coupling. , University of Nebraska at Omaha. (2016).
  24. Enhancement of synchronization between physiological signals during exercise: A preliminary investigation. Perry, S., Khovanova, N., Khovanov, I. In 2020 42nd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC), Montreal, QC, Canada, , 461-464 (2020).
  25. Bernasconi, P., Kohl, J. Analysis of co-ordination between breathing and exercise rhythms in man. Physiol J. 471 (1), 693-706 (1993).
  26. Damm, L., Varoqui, D., De Cock, V. C., Dalla Bella, S., Bardy, B. Why do we move to the beat? A multi-scale approach, from physical principles to brain dynamics. Neurosci Biobehav Rev. 112, 553-584 (2020).
  27. Hausdorff, J. M. Gait dynamics, fractals and falls: Finding meaning in the stride-to-stride fluctuations of human walking. Hum Mov Sci. 26 (4), 555-589 (2007).
  28. Fadel, P. J., Barman, S. M., Phillips, S. W., Gebber, G. L. Fractal fluctuations in human respiration. J Appl Physiol (1985). 97 (6), 2056-2064 (2004).
  29. De Ruiter, C. J., Van Oeveren, B., Francke, A., Zijlstra, P., Van Dieen, J. H. Running speed can be predicted from foot contact time during outdoor over ground running. PLoS One. 11 (9), e0163023(2016).
  30. Adams, D., Pozzi, F., Willy, R. W., Carrol, A., Zeni, J. Altering cadence or vertical oscillation during running: Effects on running related injury factors. Int J Sports Phys Ther. 13 (4), 633-642 (2018).
  31. Bood, R. J., Nijssen, M., Van Der Kamp, J., Roerdink, M. The power of auditory-motor synchronization in sports: Enhancing running performance by coupling cadence with the right beats. PLoS One. 8 (8), e70758(2013).
  32. Harbour, E., Van Rheden, V., Schwameder, H., Finkenzeller, T. Step-adaptive sound guidance enhances locomotor-respiratory coupling in novice female runners: A proof-of-concept study. Front Sports Act Living. 5, 1112663(2023).
  33. Van Rheden, V., Harbour, E., Finkenzeller, T., Meschtscherjakov, A. Into the rhythm: Evaluating breathing instruction sound experiences on the run with novice female runners. Multimodal Technol Interact. 8 (4), 25(2024).
  34. Buchner, L., Amesberger, G., Finkenzeller, T., Moore, S. R., Wurth, S. The modified german subjective vitality scale (svs-gm): Psychometric properties and application in daily life. Front Psychol. 13, 948906(2022).
  35. Coates, B., Kowalchik, C. Runner's world running on air: The revolutionary way to run better by breathing smarter. , Rodale Books. (2013).
  36. Harbour, E., Schwameder, H. Measuring rhythmic synchrony: A practical guide. , (2022).
  37. Bramble, D. M., Carrier, D. R. Running and breathing in mammals. Science. 219 (4582), 251-256 (1983).
  38. Abu-Hasan, M., Tannous, B., Weinberger, M. Exercise-induced dyspnea in children and adolescents: If not asthma then what. Ann Allergy Asthma Immunol. 94 (3), 366-371 (2005).
  39. Weinberger, M., Abu-Hasan, M. Perceptions and pathophysiology of dyspnea and exercise intolerance. Pediatr Clin North Am. 56 (1), 33-48 (2009).
  40. Dreher, M., Kabitz, H. J. Impact of obesity on exercise performance and pulmonary rehabilitation. Respirol. 17 (6), 899-907 (2012).
  41. Ekström, M. Obesity is a major contributing cause of breathlessness in the population. Respirology. 28 (4), 303-304 (2023).
  42. Hansen, D., et al. Exercise tolerance in obese vs. Lean adolescents: A systematic review and meta-analysis. Obes Rev. 15 (11), 894-904 (2014).
  43. Statista. What running related activities do you use your phone/app on phone for. , https://www.runnersworld.com/runners-stories/a20825842/the-state-of-the-american-runner-2016/ (2017).
  44. Valsted, F. M., Nielsen, C. V., Jensen, J. Q., Sonne, T., Jensen, M. M. In OzCHI '17:Proceedings of the 29th Australian Conference on Computer-Human Interaction. , 275-284 (2017).
  45. Van Hooren, B., Goudsmit, J., Restrepo, J., Vos, S. Real-time feedback by wearables in running: Current approaches, challenges and suggestions for improvements. J Sports Sci. 38 (2), 214-230 (2020).
  46. Tipton, M. J., Harper, A., Paton, J. F., Costello, J. T. The human ventilatory response to stress: Rate or depth. Physiol J. 595 (17), 5729-5752 (2017).
  47. Laborde, S., et al. Slow-paced breathing: Influence of inhalation/exhalation ratio and of respiratory pauses on cardiac vagal activity. Sustainability. 13 (14), 7775(2021).
  48. Allado, E., Poussel, M., Hily, O., Chenuel, B. The interest of rehabilitation of respiratory disorders in athletes: Myth or reality. Ann Phys Rehabil Med. 65 (4), 101461(2022).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Meer artikelen verkennen

AdemhalingstechniekenLoopcomfortStapgesynchroniseerde GeluidenVentilatoire EfficiëntieRespiratoire BeperkingenGeluidsbegeleidingIntervaltraining
Aangepaste smartphone-applicatie om locomotorische-respiratoire koppeling in het veld te begeleiden met behulp van stap-adaptieve ademhalingsgeluiden
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.