Aplicativo de smartphone personalizado para orientar o acoplamento locomotor-respiratório no campo usando sons respiratórios adaptativos ao passo

Resumo

O acoplamento locomotor-respiratório (LRC) é potencialmente vantajoso para corredores, mas pode ser difícil de realizar. Apresentamos uma solução personalizada implementada em um smartphone para individualizar e orientar os corredores em direção ao LRC.

Resumo

Embora a corrida esteja entre as atividades mais populares para competição e lazer, estima-se que 20-40% dos corredores podem sofrer de limitações respiratórias. Alguns desses corredores podem se beneficiar de técnicas de respiração para melhorar o desempenho ou aliviar o desconforto respiratório. Uma dessas técnicas é o acoplamento locomotor-respiratório (LRC), uma sincronização de frequência e fase da respiração ao passo. Estudos demonstraram que o LRC pode beneficiar a eficiência ventilatória por meio de "fluxos acionados por etapas", e alguns especialistas argumentaram que poderia ser usado para exercícios de ritmo ou aumento de estados emocionais positivos. No entanto, pode ser difícil realizar sem treinamento ou orientação. Aqui propomos o RunRhythm, um aplicativo de smartphone personalizado para fornecer orientação de som sincronizada com passos para LRC. Esse conceito se baseia em evidências anteriores de que uma orientação sólida pode ser eficaz e integra recursos para maximizar a adesão e a individualização. Os resultados preliminares mostram que esta aplicação é um método promissor e eficaz adequado para pesquisas sobre LRC em exercícios de campo. Recomendações de uso e desenvolvimento adicional são discutidas para desenvolver ainda mais esse conceito para o benefício de uma população mais ampla.

Introdução

A corrida é talvez a forma mais popular de exercício, em parte devido à sua acessibilidade e variedade^{de benefícios para} a saúde física e ^mental. No entanto, muitos aspirantes a corredores lutam para iniciar ou manter hábitos de corrida. Isso pode ser devido a dificuldades respiratórias, que afetam cerca de 20-40% dos corredores ^3,4,5. Reduzir a falta de ar induzida pelo exercício é teoricamente possível com o uso de técnicas respiratórias específicas, mas os métodos, riscos e benefícios exatos de fazê-lo não são claros. Embora melhorar o condicionamento físico e/ou a respiração lenta em repouso possam aliviar o desconforto respiratório durante o exercício ^6,7, essas soluções levam semanas ou meses para obter benefícios. Algumas pesquisas especulam que a implementação direta de técnicas de respiração durante o exercício pode ser mais eficaz na produção de benefícios agudos⁸, embora tais investigações sejam limitadas. Ferramentas digitais que permitem instrução individualizada podem ser necessárias para realizar esses estudos em um formato de intervenção eficaz.

O acoplamento locomotor-respiratório (LRC) é um fenômeno de sincronização no qual a respiração e o movimento são sincronizados com frequência e/ou fase. Em exercícios específicos, como corrida, LRC indica uma razão inteira entre respiração (BR) e taxa de passos (SR), bem como o bloqueio de fase do footstroke para o início da respiração (ou seja, pisar exatamente na inspiração). A LRC pode ser expressa de forma voluntária ou automática e pode emergir como um comportamento aprendido com o treinamento físico⁹. Os seres humanos sincronizam naturalmente a marcha com ruídos auditivos interferentes (incluindo a respiração), talvez para reduzir a estimulação auditiva, o que sugere que o LRC tem fenomenologia evolutiva¹⁰. Alguns relatos indicam que a LRC beneficia a economia e o desempenho do movimento e reduz a falta de ar 11,12,13,14,15. Alguns estudos relataram benefícios insignificantes 16,17,18. Quaisquer benefícios fisiológicos podem estar relacionados a "fluxos acionados por degraus": cada pisada cria um impulso descendente do conteúdo abdominal (o "pistão visceral"), que quando sincronizado com o início da inspiração ou expiração pode ser aditivo à ventilação.

Daley et ^al.19 mediram o fluxo ventilatório e as forças de impacto durante a corrida em esteira e especularam que os fluxos acionados por degraus podem contribuir com até 10-12% para a ventilação total. Eles também relataram que isso poderia acelerar as transições ventilatórias. Outros mecanismos neuromecânicos podem interagir com esse fenômeno⁹. Embora o pistão visceral seja resultado de um acoplamento de fase preciso, o acoplamento de frequência pode ser valioso de forma independente, especialmente para o corredor iniciante. A RB está intimamente relacionada ao esforço em diferentes intensidades de exercício²⁰. Como o SR é geralmente estável e associado à velocidade de corrida²¹, o LRC pode apoiar a autoconsciência e permitir um ritmo fácil do BR e, portanto, a intensidade ao longo da corrida. Finalmente, LRC em proporções desiguais (por exemplo, passos de 5:1 por respiração) pode ajudar a prevenir dor abdominal transitória relacionada ao exercício ("ponto lateral"). A maioria dos corredores experimenta esse sintoma temporário, mas perturbador e doloroso a cada ano²², muitas vezes levando à necessidade de parar de correr. Uma teoria da etiologia do ponto lateral é que a respiração repetida no mesmo golpe lateral pode irritar o nervo frênico. Assim, pode ser evitado pelo LRC em proporções desiguais, o que leva à respiração em pernas alternadas.

Poucos relatos discutiram como apoiar os corredores na realização do LRC. Pelo menos dois estudos exibiram métodos do tipo biofeedback^14,23, enquanto muitos utilizaram treinamento verbal simples^24,25. Embora esses métodos tenham se mostrado promissores em estimular o LRC de forma aguda, eles são altamente padronizados e requerem equipamentos especializados. Como tal, eles provavelmente não são adequados para aplicações de campo, nem são acessíveis à maioria dos corredores. Independentemente disso, a orientação sonora é uma escolha natural, uma vez que os humanos sincronizam intuitivamente o movimento com eventos auditivos previsíveis (metrônomo ou música)²⁶. As aplicações devem, portanto, considerar cuidadosamente o ritmo e a estrutura do som no contexto da aprendizagem motora. Embora o áudio simples e de ritmo constante seja previsível e eficaz para estimular o arrastamento, ele contradiz o comportamento naturalmente não linear dos ritmos respiratórios e de passos em corredores saudáveis^27,28. Mudar a RS preferida de um corredor pode reduzir a economia de corrida ²⁹ ou modificar os fatores de risco de lesões³⁰. Assim, as instruções sonoras devem ser continuamente adaptadas em tempo real para acompanhar o SR³¹ do corredor.

Recentemente, introduzimos um conceito que integra as recomendações acima em um aplicativo de smartphone simples, fácil de usar^{e personalizado 32}. A primeira iteração permite a seleção de uma única proporção LRC a ser instruída durante toda a execução. O algoritmo SR padrão do telefone é aproveitado para fornecer informações SR em tempo real ao aplicativo. Em seguida, sons sincronizados com passos são produzidos indicando quando o corredor deve expirar e inspirar: um tom agudo para passos durante a inspiração e um tom grave durante a expiração. As proporções de LRC prescritas foram derivadas de uma visita de controle sem instrução de respiração. Encontramos um grande aumento no LRC de 26,3 ± 10,7% para 69,9 ± 20,0% da corrida com a instrução de aplicação durante a corrida submáxima ao ar livre. As limitações observadas com o protocolo e a aplicação incluem extensa familiarização necessária, tamanho de amostra limitado e instrução de som constante. Assim, uma nova versão deste aplicativo foi desenvolvida para melhorar a experiência do usuário e permitir testes e experimentações mais amplos em exercícios de campo. Este aplicativo é intitulado RunRhythm , pois seu objetivo é ajudar os corredores a encontrar e manter um ritmo durante a corrida. Ele será referido a seguir como o aplicativo.

O objetivo deste relatório é apresentar uma nova ferramenta digital e abordagem metodológica que permita orientação intuitiva e pronta para o campo LRC para estudos de pesquisa envolvendo corredores experientes ou aspirantes. O aplicativo é um aplicativo de nível de pesquisa em teste beta para dispositivos Android. As principais funcionalidades do aplicativo são detecção de SR e orientação LRC. Quando a corrida é detectada, os sons respiratórios são criados de acordo com as configurações selecionadas na interface do usuário. O aplicativo calcula o SR do acelerômetro do telefone usando um dos dois algoritmos: o algoritmo SR de fábrica implementado pelo fabricante do dispositivo ou um algoritmo SR personalizado criado pelo fabricante do aplicativo. Ambos os algoritmos produzem uma transmissão ao vivo constante de SR, que é então suavizada em uma média móvel de acordo com uma janela adaptativa. O tamanho da janela é dinâmico para equilibrar a reatividade e a suavização de valores discrepantes. O resultado é um valor constantemente atualizado de SR ao vivo.

Como o aplicativo calcula o SR a partir do movimento do dispositivo, o posicionamento do telefone no corpo é de extrema importância. A maioria dos algoritmos SR padrão são independentes de posição e, portanto, podem ser colocados em qualquer parte do corpo durante a corrida para produzir valores SR precisos. O algoritmo personalizado implementado aqui também se comporta como tal. No entanto, um posicionamento firme mais próximo do centro de massa pode melhorar a estabilidade da detecção de SR e, como resultado, a qualidade do som produzida pelo aplicativo. O teste piloto mostra que posicionamentos com oscilação unidimensional (ou seja, verticalmente para cima e para baixo, como em um bolso no peito ou bolsa de cintura) podem ter um desempenho melhor do que aqueles com movimento bidimensional (ou seja, balançando, como no bolso da coxa ou braçadeira).

Os dados SR são alimentados em um mecanismo de som integrado (consulte a Tabela de Materiais). Os sons de passo são reproduzidos apenas se o sistema detectar SR > 0. Quando o SR está acima de um limite predefinido (determinado nas configurações de back-end [seção de protocolo 3.6]; ou seja, 120), o aplicativo entende que o usuário está correndo e aciona o início dos sons de orientação de respiração. Em seguida, esse valor SR ao vivo é usado para definir o andamento do passo e os sons de orientação de respiração, desde que um valor SR "em execução" seja mantido. Quando SR > limite, os sons gerados correspondem ao andamento de SR por padrão. A exceção é quando a configuração de back-end "tempo de som" é alterada (determinada nas configurações de back-end [seção de protocolo 3.5]). Por exemplo, com um limite superior selecionado de 180, mesmo que o corredor comece a correr em um SR mais alto de 185, o tempo do som não excederá 180. Quando eles baixam seu SR para 175, os sons diminuem para 175, ajustando-se continuamente dentro dos limites predefinidos. Conforme descrito na etapa 3.5 do protocolo, esses controles deslizantes permitem que o usuário ou pesquisador defina limites para o tempo de som mínimo e máximo (bpm). O aplicativo permite que diferentes proporções LRC (passos: respiração) sejam selecionadas antes ou alteradas durante a corrida. O número de passos por fase de respiração pode ser alterado de 2 para 9; ou seja, uma proporção de 2:3 reflete 2 passos por inspiração e 3 passos por expiração.

Diferentes "paisagens sonoras" foram projetadas para fornecer uma experiência de áudio agradável a mais corredores com diversos gostos musicais com base no feedback do usuário e nos primeiros experimentos em laboratório³³. Eles têm sons diferentes mapeados para a taxa de passos em tempo real, as fases de respiração instruídas e o ruído ambiente de fundo. Os sons dos passos são batidas simples que tocam no ritmo de cada pisada (ou seja, passos direito e esquerdo). Os sons da respiração integram vários elementos sonoros e tocam em um ritmo muito mais lento, dependendo da proporção LRC escolhida. As paisagens sonoras disponíveis são tribais: orgânicas e instrumentais com transições de respiração nítidas e sons de passos; calmante: leve e inspirado no oceano com transições suaves e sons de passos; energizante: eletrônico e condução com transições nítidas e sons de passos; Mínimo: Simples e suave, com apenas sons de respiração (sem sons de passo).

O recurso de narração adiciona dicas de voz simples correspondentes aos resultados da pesquisa de melhores práticas em relação à familiarização com o LRC. Ele fornece uma série de instruções no início da corrida e, em seguida, a cada 5 minutos depois disso. Primeiro, ele indica a razão LRC selecionada. Em seguida, ele declara a fase respiratória pretendida em sincronia com as pistas sonoras para os três primeiros ciclos respiratórios. Em seguida, ele lembra o usuário: "encontre sua taxa de passos e siga o ritmo". Para cada corrida, um questionário pré e pós-corrida é integrado para adicionar dados de sentimento subjetivo a cada corrida. A escala curta de vitalidade subjetiva³⁴ pergunta a um único item sobre o sentimento do corredor de 0 a 10. Uma classificação de 0 a 10 da escala de fadiga pede ao usuário que avalie seu estado atual de fadiga. Finalmente, uma escala de 0 a 10 classifica o grau de falta de ar experimentado atualmente. Todas essas escalas são solicitadas antes e depois de cada corrida. Somente após a corrida, o usuário é solicitado a avaliar sua experiência com a intensidade da corrida (ou seja, leve, médio, alto, intervalos). Os usuários podem alterar a proporção e a temporalidade do LRC durante a execução usando a interface na tela ou os controles de fone de ouvido. Isso pode ajudar os usuários a sentir agência durante a corrida e permite a exploração da adequação pessoal. Além disso, a proporção pode precisar ser alterada rapidamente em resposta a eventos de corrida (por exemplo, colinas, fadiga). Este protocolo inclui uma descrição de como executar com o aplicativo e recomendações posteriores para seu uso em protocolos de pesquisa de vários tipos (ou seja, interno, externo, intervencionista, transversal).

Protocolo

Este estudo recebeu aprovação ética do Comitê de Ética da Universidade de Salzburgo (número de referência: GZ 13/2021), e os participantes deram seu consentimento informado.

1. Introdução ao RunRhythm

1. Peça aos participantes que preencham um pré-questionário para incluir informações demográficas, bem como experiência de corrida, esportes e respiração.
2. Baixe o aplicativo para um smartphone em funcionamento com Android 8.0 ou posterior.
   NOTA: Os testes de usuários fechados e os downloads de aplicativos só podem ser acessados por usuários selecionados com contas do Google Play cujos e-mails são adicionados à lista de usuários aprovados. O teste é apenas para convidados. Envie solicitações de acesso ao autor correspondente.
3. Confirme se o usuário assistiu ao tutorial antes do primeiro uso do aplicativo (Figura 1).

Figura 1: Tutorial do aplicativo. O RunRhythm fornece um tutorial introdutório em sua primeira abertura, incluindo detalhes sobre o acoplamento locomotor-respiratório, uma animação mostrando como o aplicativo funciona e dicas de uso. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

2. Funcionalidade básica

1. Escolha a paisagem sonora desejada usando o botão horizontal (Figura 2B).
   NOTA: Isso só pode ser alterado antes da execução.
2. Altere a proporção LRC desejada (passos por inspiração: passos por expiração) usando os botões para cima ou para baixo (Figura 2A); Bloqueie a alternância com o ícone de cadeado. Quando a tela estiver bloqueada, use seek () de fones de ouvido compatíveis para alterar a proporção para cima e para baixo.
   NOTA: O bloqueio de proporção funciona para manter uma diferença de proporção constante ao alterar a proporção. Por exemplo, se 2:3 estiver bloqueado, alternar "para cima" mudará a proporção para 3:4 (mantendo 1 passo a mais por expiração versus inspiração).
3. Altere as configurações de temporalidade usando a alternância de 3 posições na interface (Figura 2C). Quando a tela estiver bloqueada, use reproduzir e pausar () em fones de ouvido compatíveis.
   NOTA: A temporalidade pode ser alternada entre orientação total (sempre ligada), orientação média (1 min ligado/5 min desligado) e sem orientação.
4. Alterne o recurso de narração com a alternância de interface no canto inferior direito (Figura 2D e 5A).
5. Selecione iniciar execução para começar. Quando usado pela primeira vez, pressione permitir para permitir o registro de movimento e localização do dispositivo.
6. Preencha os questionários na tela antes e depois de cada corrida, pressionando os números correspondentes ao sentimento atual experimentado pelo corredor (Figura 3).

Figura 2: Interface principal do aplicativo. (A) A relação de acoplamento locomotor-respiratório pode ser alterada na interface do usuário com spinners que variam de 2 a 9. Cada valor representa o número de passos por fase de respiração; ou seja, 2:3 representa 2 passos por inspiração: 3 passos por expiração. O ícone de cadeado pode ser usado para corrigir a diferença de proporção; ou seja, quando travado em 2:3, mudar "para cima" altera a proporção para 3:4 (mantendo uma diferença de 1 passo a mais por expiração). (B) A seleção da paisagem sonora permite que o usuário escolha entre quatro camadas de som predeterminadas: tribal, calmante, eletrônica e mínima. (C) A alternância de temporalidade permite que o usuário escolha entre três configurações predeterminadas para a frequência de orientação: cheia, média e desligada. (D) A alternância de narração permite que o usuário ative ou desative as dicas de voz. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Pré e pós-questionários. Questionários idênticos são apresentados no início e no final de cada corrida. Eles devem ser respondidos para iniciar ou terminar a corrida. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

3. Configurações de back-end

NOTA: Os principais parâmetros que afetam a funcionalidade do aplicativo podem ser alterados tocando nos três pontos no canto superior direito da interface principal. Os valores padrão refletem os valores recomendados, mas podem ser alterados. Esta tela (Figura 4) contém as seguintes configurações:

Figura 4: Configurações de back-end. As configurações de back-end incluem pausa automática, uma alternância para detecção de etapas e códigos identificadores. (A) As configurações de limite de tempo de som permitem a seleção precisa dos limites de taxa de passos que limitam o tempo de orientação sonora gerado. Por exemplo, selecionar um limite inferior de 155 e um limite superior de 180 garante que a orientação sonora não se desvie do intervalo [155, 180], independentemente do SR real detectado. O padrão é [0, 200]. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

1. Ative o GPS e o GPX para registrar a distância de corrida, a velocidade de corrida e o rastreamento de rotas.
   NOTA: Quando ligado, ele registra as coordenadas do sistema de posicionamento global (GPS) durante a execução da saída de fábrica do dispositivo. Quando desativado, ele não executa nenhum registro.
2. Pausa automática: alterne "ligado" para melhor desempenho.
   NOTA: Quando ativado, ele interrompe o registro do GPS quando a velocidade detectada está próxima de 0. Quando desativado, ele continua registrando independentemente da velocidade.
3. Ative os controles do fone de ouvido ao usar fones de ouvido com controles de música.
   NOTA: Quando ativado, esse recurso permite que fones de ouvido compatíveis (com ou sem fio, com controles) alterem os principais parâmetros durante a execução (consulte a etapa 2.4). Quando desativado, esta etapa desativa os controles do fone de ouvido de alterar os parâmetros do aplicativo.
4. Detecção de etapas do sistema: altere essa configuração quando o aplicativo se comportar de maneira estranha; isto é, se o andamento do som não corresponder ao andamento do passo.
   NOTA: Quando ativado, esse recurso utiliza o algoritmo SR de fábrica do fabricante do dispositivo para todas as funcionalidades do aplicativo. Quando desativado, ele usa o algoritmo personalizado do desenvolvedor do aplicativo. Como os dispositivos têm desempenho de detecção SR de fábrica diferente com base nos parâmetros do fabricante, como chipset, isso pode ser alternado para melhorar o desempenho do aplicativo.
5. Tempo do som: defina os controles deslizantes do tempo do som para os limites SR desejados (Figura 4A).
   NOTA: Defina para uma janela específica (ou seja, 160-180) para criar um limite inferior e/ou superior no andamento dos sons gerados. O mínimo inferior = 0 e o máximo superior = 200.
6. Taxa de etapa de execução mínima: altere esse limite para qualquer número inteiro de 0 a 200 para alterar o SR
   limiar usado para ativar os sons de orientação LRC.
   NOTA: O aplicativo é padronizado para 120 como o SR no qual "running" é detectado e os sons começam a ser reproduzidos.
7. Ativar feedback de respiração: alterne "ligado" para a funcionalidade principal do aplicativo.
   NOTA: Quando ativado, a funcionalidade normal do aplicativo pode ser esperada com sons de passos e respiração durante a corrida. Quando desativado, essa configuração impede a criação de sons respiratórios. Isso é usado para fins de teste ou quando apenas sons de passos são desejados.
8. Reiniciar introdução: clique no texto para reproduzir o tutorial de integração.
9. Proteção de dados: clique no texto para exibir a declaração de proteção de dados do fabricante do aplicativo.
10. Identificadores
    1. ID de instalação: registre esse valor, que representa o identificador exclusivo para este dispositivo e build de aplicativo. Ele é refletido nos arquivos de log gerados após cada execução.
    2. Versão: registre esse valor, que representa a versão de compilação do aplicativo.
    3. Fabricante/modelo: registre esse valor, que representa o identificador do dispositivo para marca e modelo.

4. Executando com o aplicativo

1. Comece a correr!
   1. Primeiro, quando o passo soar ativado; ouça atentamente e acompanhe a batida. Em seguida, a orientação respiratória será ativada; combine inspiração e expiração precisamente com o som.
2. Interface em execução: durante a execução, altere a proporção e a temporalidade do LRC usando as alternâncias na interface na tela (Figura 5A).
3. Relatório pós-execução: pressione end run para interromper o aplicativo. Uma tela de resumo exibe as principais métricas, incluindo distância total, ritmo médio e taxa média de passos (Figura 5B).

Figura 5: Interface de entrada e pós-execução. (A) Durante a corrida, está disponível uma interface simplificada que permite ao usuário alterar os principais parâmetros, incluindo a relação de acoplamento locomotor-respiratório e a temporalidade. Ele também exibe o ritmo de corrida atual e a taxa de passos. (B) Após a corrida, uma tela de resumo exibe as principais métricas, incluindo distância total, ritmo médio e taxa média de passos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

5. Pesquise com o aplicativo

NOTA: As funcionalidades acima foram desenvolvidas para maximizar a experiência do usuário e permitir estudos de pesquisa do LRC em diversos contextos. As etapas abaixo descrevem como integrar o aplicativo em um estudo, desde a familiarização inicial até os logs de aplicativos pós-execução. Esses métodos de estudo foram revisados e aprovados para experimentação com humanos pelo comitê de ética da Paris Lodron Universität Salzburg (EK-GZ 29/2023).

1. Antes de discutir ou instruir o LRC com o aplicativo, faça uma calibração individual para determinar a proporção natural do LRC do corredor. Escolha uma tarefa em execução que seja representativa da atividade e do contexto do estudo e registre SR e BR durante o teste. Calcule a razão LRC inteira mais próxima de seu quociente (SR/BR = razão LRC; ou seja, 160/30 = 5,3 = proporção recomendada de 5 passos por respiração).
2. Coloque o telefone em um bolso de roupa, bolsa de cintura ou braçadeira que esteja firmemente encostada ao corpo.
3. Use fones de ouvido durante a corrida ao ar livre para melhorar a entrega das instruções de som e ativar os controles do fone de ouvido. Como alternativa, use um alto-falante Bluetooth durante a familiarização com um pesquisador para seguir as instruções do LRC juntos.
4. Familiarize o corredor com o LRC e o aplicativo.
   NOTA: Embora o aplicativo não deva exigir familiarização com um pesquisador, para fins de pesquisa, pode ser útil para um pesquisador explicar o LRC, o aplicativo, sua finalidade e demonstrar sua funcionalidade. LRC deve ser introduzido usando as pistas verbais de Coates e Kowalchik³⁵.
   1. Comece com batidas rítmicas nos pés enquanto estiver sentado ou em decúbito dorsal e instruções para respirar em uma determinada proporção (geralmente 2:2) em sincronia com os pés.
   2. Repita enquanto caminha.
   3. Repita enquanto corre no lugar.
   4. Apresente o aplicativo e descreva brevemente a interface do usuário.
   5. Fixe o dispositivo ao corpo do corredor de acordo com as recomendações acima (seção 7.2).
   6. Clique em iniciar execução e executar no local.
   7. Incentive o corredor a continuar pisando em seu próprio ritmo enquanto os sons se ajustam ao seu SR.
   8. Confirme verbalmente se os sons respiratórios também são ouvidos.
   9. Instrua o corredor a respirar de acordo com os sons.
   10. Continue pisando e respirando com os sons por pelo menos 30-60 s.
   11. Repita o processo com diferentes configurações do aplicativo (ou seja, proporções LRC, temporalidade, narração) para confirmar a compreensão.
   12. Faça com que o pesquisador e o corredor corram juntos tocando os sons de orientação em um alto-falante Bluetooth para reforçar os fundamentos do LRC (Figura 6).
       NOTA: Os sons são acionados quando o aplicativo detecta um SR em execução. Os sons do passo corresponderão automaticamente ao SR do usuário com algum atraso.
5. Use uma configuração de sensor minimamente invasiva que permita a detecção de passos e respiração para confirmar a adesão do corredor às instruções do LRC.
   NOTA: Por exemplo, a camisa inteligente Hexoskin pode medir com precisão os passos e o início da respiração durante a corrida com interferência mínima no corredor³⁶.
6. Configuração de temporalidade: use a orientação do meio em combinação com outros aplicativos de música, permitindo que a música do usuário seja reproduzida durante os períodos de 5 minutos em que a orientação do aplicativo é silenciosa.
   NOTA: A configuração sem orientação ainda registra questionários, GPS e SR, o que pode ser útil para alguns fins de pesquisa.
7. Logs: baixe arquivos de log para acessar dados com carimbo de data/hora dos parâmetros de execução e aplicativo.
   NOTA: .csv arquivos de log registram metadados de execução de chave e todas as interações com o aplicativo, incluindo: footstrikes com carimbo de data/hora, proporção e alterações LRC escolhidas e respostas ao questionário. Eles são armazenados em servidores compatíveis com GDPR e intitulados com o ID, data e hora exclusivos do aplicativo.

Figura 6: Familiarização do pesquisador. Em contextos de pesquisa, recomenda-se a familiarização pelo investigador principal para garantir uma compreensão conceitual do acoplamento locomotor-respiratório e o uso adequado do aplicativo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Resultados

O aplicativo é a segunda iteração deste aplicativo projetado com o objetivo de oferecer suporte ao LRC e fornecer uma experiência de orientação de respiração em áudio. Numerosos estudos-piloto e uma publicação em periódico foram realizados apoiando sua eficácia e confirmando a experiência positiva do usuário. Em um estudo transversal que investigou os efeitos agudos da instrução LRC (mencionados na Introdução), verificou-se que correr com orientação aumentou muito o LRC em 17 corredores novatos³². Por exemplo, um participante aumentou o "apego" do LRC (uma quantificação da adesão às proporções de LRC inteiro-inteiro) de 7,9% para 84,1% (figura) em uma proporção de 2:3 passos por inspiração:expiração (5:1 passos por respiração) (Figura 7). A mudança geral do grupo no arrastamento aumentou de 26,3 ± 10,7% (controle) para 69,9 ± 20,0% (com orientação LRC).

Figura 7: Exemplo de dados de acoplamento. Exemplo de prevalência de LRC em um participante durante uma corrida fácil de 30 minutos (A) sem e (B) com orientação de aplicativo. O eixo y esquerdo (azul) exibe a razão LRC (passos por respiração), e as seções destacadas em preto correspondem a um período de "apego" LRC > 30 s. O eixo y direito exibe a fase relativa discreta dos passos dentro do ciclo respiratório, onde 0° corresponde à inspiração. Durante os períodos de fixação, observe que as linhas paralelas na fase relativa discreta refletem o acoplamento de fase consistente da respiração ao passo. (A) Na execução de controle sem orientação, observe que houve apenas um breve período (~ 8% anexado) de LRC a uma proporção de 2: 2 (4 passos por respiração). (B) Na corrida com orientação do aplicativo, foi instruída uma proporção de 2:3 (5 passos por respiração); observe os longos períodos substanciais de LRC para a proporção instruída (~ 84% anexado). Abreviatura: LRC = acoplamento locomotor-respiratório. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Em um estudo piloto de intervenção, quatro corredores novatos correram por 4 semanas com a aplicação (total de 10 corridas) e instruções para testar várias proporções LRC. Eles completaram pré e pós-testes em ambientes fechados (teste incremental em esteira até a exaustão) e ao ar livre (corrida individualizada de 30 minutos) para determinar como seu LRC e outras características de corrida mudaram com a intervenção e o uso do aplicativo. Mais especificamente, os pré e pós-testes foram concluídos sem orientação ou instrução do LRC para observar o comportamento natural e habituado do LRC antes e depois da intervenção. Encontramos diferenças marcantes no comportamento do LRC após a intervenção, incluindo não apenas um aumento no LRC geral, mas também a utilização de várias proporções e uma redução geral no exercício BR. Por exemplo, um participante aumentou o LRC de 39,7% para 53,4% após a intervenção (Figura 8). Notavelmente, enquanto no pré-teste, eles realizaram LRC exclusivamente em proporções de 2:2 e 2:1 perto da intensidade máxima, no pós-teste eles usaram as proporções LRC 3:4 e 3:3 no início e no meio do teste. Eles não apenas estavam se acoplando mais, mas também utilizavam proporções diferentes em momentos diferentes, resultando em menor BR médio e também maior eficiência ventilatória (inclinação V_E/VCO₂ ). Outros participantes tiveram mudanças semelhantes no LRC (+40% ao ar livre, + 20% em ambientes fechados), e o único participante na condição de controle (sem orientação do LRC) não viu nenhuma mudança (<25% no geral, considerado não significativo). Houve algumas tendências individuais na resposta subjetiva da vitalidade ao exercício pré vs. pós-intervenção, mostrando aumentos favoráveis na vitalidade com LRC (Figura 9).

Figura 8: Exemplo de dados de acoplamento 2. Exemplo de prevalência de LRC em um participante durante um teste incremental máximo em esteira até a exaustão (A) antes e (B) após uma intervenção de 4 semanas em execução com o aplicativo. O eixo y esquerdo (azul) exibe a razão LRC (passos por respiração), e as seções destacadas em preto correspondem a um período de "apego" LRC > 30 s. O eixo y direito exibe a fase relativa discreta dos passos dentro do ciclo respiratório, onde 0° corresponde à inspiração. Durante os períodos de fixação, observe que as linhas paralelas na fase relativa discreta refletem o acoplamento de fase consistente da respiração ao passo. (A) No pré-teste antes da intervenção, observe os dois períodos (~ 40% anexados) de LRC para uma proporção de 2: 2 (4 passos por respiração) e 2: 1 (3 passos por respiração) perto do final do teste. (B) No pós-teste após a intervenção, não apenas houve períodos mais longos de LRC (~ 53% anexados), mas proporções mais longas foram usadas (4: 4, 3: 4 e 3: 3), e mais LRC foi realizado no início do teste em intensidades de exercício relativas mais baixas. Abreviatura: LRC = acoplamento locomotor-respiratório. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 9: Escores de vitalidade subjetiva individual registrados durante o teste de corrida indoor pré e pós-intervenção. P01 e p03 receberam orientação LRC, enquanto p04 estava no grupo controle. O outro participante (p02) tem dados de questionário defeituosos (não mostrados na figura). Observe os escores divergentes para p01 e p03, onde as tendências pós-teste mostram aumento da vitalidade após a corrida. Abreviatura: LRC = acoplamento locomotor-respiratório. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussão

Esta metodologia apresenta uma das primeiras ferramentas digitais baseadas em evidências e prontas para o campo para instruir o LRC aos corredores. Os primeiros resultados sugerem que é eficaz não apenas no aprendizado rápido e na adesão ao LRC, mas também pode ser ensinado ao longo do tempo e retido. Embora o LRC possa emergir naturalmente com o aumento da experiência de corrida, os novatos são menos propensos a realizá-lo³⁷. Coincidentemente, eles são especialmente propensos a enfrentar barreiras à participação que incluem má aptidão física e limitações respiratórias^38,39. Outras populações, como indivíduos obesos, têm ainda mais benefícios potenciais, uma vez que experimentam aumento do trabalho respiratório e de saltos de tecidos moles 40,41,42; este problema duplo pode ser resolvido via LRC. O LRC pode ajudar esses indivíduos a correr com menos desconforto, e ferramentas digitais como este aplicativo são modos acessíveis para entregá-lo a um número maior desses corredores. É plausível que o LRC e, portanto, este aplicativo possa ser adicionalmente valioso em contextos que apresentam desafios respiratórios adicionais, como hipóxia, transporte de carga torácica e ultramaratona.

O aplicativo utiliza orientação sonora para instruir o LRC porque a maioria dos corredores ouve áudio enquanto corre⁴³, o áudio rítmico motiva e reduz a fadiga durante o exercício³¹ e é minimamente invasivo para outros sentidos críticos (ou seja, visão). Estudos laboratoriais sobre LRC utilizaram pistas sonoras com um metrônomo¹⁴, que não considera a variabilidade natural e a complexidade da dinâmica da marcha durante a corrida. Outro estudo usou orientação háptica durante a corrida em campo; relataram baixa adesão à instrução LRC em torno de 26%⁴⁴. Considerando a adesão relativamente maior aqui relatada (Figura 8 e Figura 9), suspeita-se que a orientação auditiva seja preferível.

Embora o aplicativo detecte e forneça feedback ao vivo para SR, a orientação BR para índices LRC específicos é predeterminada pelas configurações do aplicativo. Ele não detecta nem se ajusta com base no BR real do usuário. Embora uma calibração individual possa ser realizada para aproximar a escolha apropriada da razão LRC (seção 7.1 do protocolo), sem detecção BR, não há mecanismo para confirmar a adesão ou ajustar a instrução de acordo. A adição de um sensor BR melhoraria a aplicação dessa maneira. Por exemplo, uma revisão recente sugere que o feedback contínuo pode ter efeitos negativos na aprendizagem e na habituação⁴⁵. Outras estratégias, como largura de banda (orientação apenas quando o indivíduo está fora de um limite de sucesso predefinido) ou feedback autodeterminado, podem ser mais eficazes para apoiar o aprendizado e a autoeficácia⁴⁵. Finalmente, a adição de um sensor BR também pode fornecer feedback sobre o acoplamento de fase. Uma vez que este elemento do LRC é central para o mecanismo do pistão visceral e os benefícios fisiológicos resultantes, ele deve ser considerado para futuras aplicações de feedback.

A individualização do LRC é essencial para aplicações de pesquisa eficazes. Realizar essa individualização garante que a instrução LRC não altere substancialmente o BR do corredor de seu natural. Alternativamente, se a mudança de BR for desejada, ela permite que o usuário faça alterações mais sensíveis ao seu estado fisiológico típico. Essa calibração individual deve ser feita de acordo com o contexto, pois o BR é dependente de características e estados. Por exemplo, a BR é tipicamente elevada em intensidades relativas de exercício mais altas²⁰; portanto, a razão LRC natural pode ser diferente durante corridas longas e lentas versus corridas de limiar de alta intensidade. Também pode ser afetado por fatores como ambiente (interno vs. externo, frio vs. calor), hora do dia e sexo biológico⁴⁶. A realização dessa calibração requer sistemas de medição que possam estimar BR e SR de forma síncrona. Isso pode ser feito com equipamentos padrão de ciências do esporte, como espiroergometria e acelerômetros. No campo, sensores vestíveis demonstraram seu potencial para medir esses parâmetros com precisão³⁶. BR e SR podem ser calculados em média durante um determinado período para estimar a razão LRC aproximada. Quando apropriado, os dados podem ser reduzidos a fases específicas dentro da corrida, uma vez que as demandas fisiológicas (portanto, BR) e a velocidade (portanto, SR) podem variar. Consequentemente, a proporção LRC "natural" pode variar dentro de uma corrida.

Elementos específicos deste aplicativo devem ser atualizados para melhorar a interação do usuário. Embora alguns parâmetros possam ser alterados com controles de fone de ouvido, outros (como paisagem sonora) não podem ser. Pode-se considerar a integração de gestos ou integração de smartwatch para facilitar a interação. Além disso, as próximas iterações podem considerar alguma forma de "reinicialização" de instrução para usar quando o corredor perde o ritmo. Interrupções naturais da respiração, como tosse ou deglutição, ou simples distração, podem fazer com que um corredor fique dessincronizado com a orientação. Em vez de prender a respiração para esperar o próximo ciclo LRC, um botão, comando de voz ou evento detectado por sensor pode ser usado para ressincronizar o som com o corredor. Finalmente, como a maioria dos corredores ouve música⁴³, o aplicativo pode prejudicar a experiência dos corredores, pois eles não podem ouvir suas músicas favoritas e receber orientação LRC sobre "completo". A integração da orientação LRC na própria música pode permitir uma experiência intuitiva e natural para fornecer orientação respiratória e desfrutar da música preferida. Isso ainda não está integrado ao aplicativo.

Algumas limitações para este método já foram identificadas em testes até agora. Primeiro, é possível que os sons do degrau afastem o corredor de seu SR típico. Embora a sonificação do passo reflita apenas o SR em tempo real do corredor, a média móvel implica que o SR sonificado é inicialmente menor do que o SR imediato do corredor. Assim, pode ser valioso para o usuário ignorar os sons do passo até que tenha estabelecido seu próprio SR preferido por alguns segundos. Em segundo lugar, relacionado a este ponto anterior, os sons de passo são reproduzidos automaticamente no SR atual do usuário, mas não são necessariamente sincronizados com o footstrike. Portanto, é possível que o SR do usuário corresponda ao SR sonificado, mas em coordenação antifásica. Isso pode resultar em dinâmica LRC indesejável, pois o usuário pode perder a sincronização de fase do passo e da respiração. Isso pode ser corrigido com orientação do pesquisador/especialista observando o usuário com os sons de orientação audíveis. Em seguida, a seleção do usuário de índices LRC é desejada para flexibilidade às diversas necessidades dos corredores; no entanto, pode levar à seleção acidental de proporções indesejáveis. Por exemplo, 2:2 pode ser uma proporção apropriada para corrida de intensidade moderada e alta, mas pode levar à hiperventilação em intensidades relativas mais baixas. Proporções altamente desiguais (por exemplo, 3:6) podem ser úteis para inspirar longas expirações, enquanto o inverso (6:3) é indesejável para sua fase de expiração excessivamente curta⁴⁷. Por fim, reconhece-se que um aplicativo apenas para a plataforma Android é inerentemente limitado, pois muitos usuários móveis preferem outras plataformas. O teste piloto revelou que o aplicativo funciona conforme o esperado apenas em dispositivos móveis modernos atualizados.

Esperamos ver este aplicativo usado em estudos de intervenção de corredores que podem se beneficiar mais com a orientação respiratória. Novatos, mulheres, adolescentes e aqueles que experimentam falta de ar induzida por exercícios podem experimentar os maiores benefícios da orientação do LRC ^8,48. Métodos experimentais podem ser aprimorados com o uso do recurso "tempo sonoro" para apoiar as estratégias de ritmo desejadas. Embora não tenham sido testadas até agora, outras atividades de resistência cíclica (por exemplo, ciclismo, esqui cross-country) podem se beneficiar da orientação do LRC, como a fornecida pelo aplicativo. Mais trabalho é necessário para avaliar a adequação desta solução para tais aplicações.

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Smartphone Android	Samsung ou Google		Android 8.0 mínimo necessário para a funcionalidade do aplicativo
Motor FMOD	Firelight Technologies Pty Ltd		Camisa inteligente Hexoskin do motor de som
	Carreé Tecnologias		Camisa com sensor vestível
Aplicativo RunRhythm para Android	adidas GmbH e abios GmbH