Методическая статья

Оценка интенсивности физической активности с помощью акселерометров и потребления кислорода

DOI:

10.3791/67864

⸱

20 июня 2025 г.

 ,  ,  ,  ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

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

Здесь мы представляем протокол для оценки уровня интенсивности физической активности, измеренного с помощью непрямой калориметрии и двух акселерометров (на правом запястье и талии) во время инкрементального теста ходьбы-бега трусцой (от 0,84 до 2,37 м/с) на овальной дорожке. Результаты показывают различия между физической интенсивностью, оцениваемой с помощью этих методов.

Аннотация

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

В исследовании сравниваются объективные методы оценки интенсивности физической активности. Цель состояла в том, чтобы определить различия в интенсивности физической активности, измеренной с помощью непрямой калориметрии и трехосевой акселерометрии на запястье и талии, используя точки отсечения для акселерометров и пороги вентиляции один (VT1) и второй (VT2). Данное исследование представляет собой кросс-секционное аналитическое исследование женщин с университетским образованием (n = 35, 22,4 ± 1,9 года). Трехосевые акселерометры и портативная эргоспирометрия были использованы во время инкрементального стандартизированного теста ходьбы-бега трусцой на овальной дорожке длиной 160 м (увеличение скорости каждую минуту при слышимом сигнале от 0,84 м/с до 2,37 м/с). Во время теста были собраны данные акселерометрии (от запястья и поясницы), потребления кислорода и вентиляционной реакции. VT1 и VT2 оценивали с помощью VSlope (VO2/VCO2) и производства углекислого газа на минутную вентиляцию (VCO2/VE) соответственно. Использовалось статистическое программное обеспечение с открытым исходным кодом. Все участники смогли закончить тест. VT1 был обнаружен на стадии 2 (n = 5), стадии 3 (n = 5), стадии 4 (n = 3), стадии 5 (n = 8), стадии 6 (n = 5), стадии 7 (n = 3), стадии 8 (n = 1) и стадии 9 (n = 5). VT2 был обнаружен в ходе инкрементального теста только у 9 добровольцев, на стадии 7 (n = 2), на стадии 8 (n = 3), стадии 9 (n = 2) и стадии 10 (n = 2). Различия между измерениями акселерометра на запястье и поясе наблюдались на более высоких этапах теста. Более высокие измерения интенсивности ПА были обнаружены в запястье, в основном выше VT1. Кроме того, были выявлены различия между уровнями интенсивности физической активности, обнаруженными акселерометрами и VT1 и VT2. Обычно используемые методы оценки интенсивности физической активности не показывают совпадения в определении скорости, с которой начинается физическая активность высокой интенсивности во время инкрементального теста.

Введение

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

Регулярная физическая активность (ЛТ) имеет множество преимуществ для здоровья и снижает риск развития различных неинфекционных заболеваний1. Однако эти эффекты зависят от интенсивности физической активности (т.е. легкой, умеренной или энергичной)2. Чтобы получить эти уровни усилий, их можно оценить с помощью сердечно-легочного теста с нагрузкой (CPET); Это позволяет объективизировать функционирование кардиореспираторной системы для объективизации уровней интенсивности ее ПА на основе вентиляционных порогов (ЖТ), которые являются золотым стандартом для дифференциации прохождения от легкого к умеренному или энергичному ПА3.

Акселерометры – это носимые приборы, измеряющие ускорения сегмента тела по разным осям, к которым прикреплен монитор4. Акселерометр измеряет интенсивность PA в произвольной единице, называемой количество отсчетов в минуту (CPM). Величина и интенсивность PA могут быть получены путем классификации счетчиков, меры, которая количественно оценивает ускорение в пределах определенного временного интервала (эпохи) с набором пороговых значений, т.е. пороговых значений интенсивности для классификации интенсивности PA4. Легкая ПА у здоровых людей обычно соответствует таким видам деятельности, как ходьба со скоростью менее 3,2 км/ч и разминочные игры. Умеренная PA включает в себя такие виды деятельности, как ходьба со скоростью более 3,2 км/ч и аэробные игры. Наконец, энергичная ПА включает в себя бег и высокоинтенсивные игры5.

Несмотря на то, что акселерометрия предоставляет количественные данные, они варьируются в зависимости от типа используемых акселерометров или их расположения на теле6. Традиционные точки отсечения для определения различных уровней интенсивности ЛТ были предложены на основе данных, полученных у пациентов с нормальной массой тела7, и они даже ранее использовались у госпитализированных пациентов4. У взрослых обычно используются следующие пороговые значения: 0-2689 CPM (легкая PA), 2690-6166 CPM (умеренная PA), 6167-9642 CPM (энергичная PA) и 9643 и выше CPM (очень энергичная PA)8.

Неизвестно, соответствует ли интенсивность ПА, идентифицированная с помощью трехосевого акселерометра, интенсивности, обнаруженной с помощью вентиляционных порогов (VT1 и VT2) во время CPET. Таким образом, целью данного исследования была оценка уровней интенсивности физической активности, измеренных с помощью непрямой калориметрии и акселерометрии на запястье и поясе во время инкрементального теста ходьбы-бега трусцой на овальной дорожке, а также изучение соответствия между этими методами оценки у молодых здоровых женщин9.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

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

Исследование было выполнено в соответствии с институциональными и международными руководящими принципами и было одобрено Комитетом по этике и исследованиям в области человека учреждения.

1. Вербовка участника

  1. Используйте плакаты и отправьте электронный флаер в студенческий институциональный интранет, чтобы пригласить потенциальных участников из числа студентов университета.
  2. Предоставьте форму информированного согласия и объясните проект потенциальным участникам.
  3. Оцените критерии включения (здоровые женщины в возрасте 18-40 лет) и исключения (сердечные аритмии, тяжелые сердечно-сосудистые заболевания, хроническая болезнь почек, хроническая обструктивная болезнь легких, использование бета-блокаторов или любое заболевание опорно-двигательного аппарата, которое может ухудшить тест) и примените скрининговый опросник Американской кардиологической ассоциации (AHA) / Американского колледжа спортивной медицины (ACSM) перед участием.
  4. После того, как доброволец согласится участвовать и подпишет форму информированного согласия, верните одну копию участнику, а другую копию храните у руководителя исследовательской группы.
  5. Согласуйте дату и время проведения оценки. Попросите испытуемых голодать не менее 3 часов перед тестом. Попросите их носить удобную одежду, воздержаться от употребления кофеиносодержащих и алкогольных напитков и избегать выполнения интенсивных физических упражнений в течение предшествующих 24 часов.
  6. Оценивайте вес и рост каждого участника в комнате с контролируемой температурой.

2. Подготовка измерительного оборудования

  1. Соберите портативный эргоспирометр с ремнями безопасности, прикрепите акселерометры к ремням на липучке и настройте пульсометр (ЧСС) по Bluetooth.
  2. Калибровка газов и расходомера портативного эргоспирометра за пределами дорожки для ходьбы трусцой.
    1. Для этого нажмите кнопку «Калибровать » на экране программного обеспечения. Затем нажмите кнопку Шаг 1 в окне калибровки газа, чтобы оценить концентрацию кислорода и углекислого газа в воздухе.
    2. Как только шаг 1 будет завершен, подсоедините калибровочный баллон с газом к линии газоанализатора. Нажмите кнопку Шаг 2 в окне калибровки газа, чтобы оценить концентрацию кислорода и углекислого газа в калибровочном баллоне (15% кислорода, 4% углекислого газа и балансового азота).
    3. После успешной калибровки газа подключите расходомер к калибровочному шприцу объемом 3 л. Нажмите кнопку «Начать калибровку » в окне калибровки расходомера на экране программного обеспечения.
    4. Затем переместите подвижную часть шприца по всему диапазону, стараясь достичь стабильного потока воздуха в течение 5 циклов. Когда требуемый расход достигнут, появляется экран с синей и красной полосами, показывающими, что был достигнут правильный расход.
  3. Добавьте данные участника (имя, вес, рост, дату рождения, пол) и размер маски эргоспирометра в программное обеспечение эргоспирометра, нажав кнопку Добавить нового участника.
  4. На ноутбуке с программным обеспечением акселерометра подключите акселерометр к USB-порту, нажмите кнопку «Инициализация » и выберите «Регулярная инициализация » в подменю, чтобы добавить необходимые данные волонтера (имя, вес, рост, дату рождения, доминирование и пол), время использования для синхронизации и положение тела (запястье или талия).
  5. Выберите частоту дискретизации устройства (количество раз в секунду, когда монитор активности будет записывать данные) до 100 Гц.
  6. После заполнения формы параметров инициализации выберите Ввести сведения о предмете. Выберите Инициализировать 1 устройство. Индикатор выполнения на экране показывает, когда процесс инициализации завершен (важной частью этого процесса является то, что батарея акселерометра должна быть заряжена как минимум на 80%).
  7. Затем отключите акселерометр от сети и установите на место USB-колпачок. Устройство начнет сбор данных по истечении выбранного времени запуска и будет продолжать собирать данные до тех пор, пока не наступит время остановки.
  8. Подготовьте чистые маски в размере, который лучше всего подходит волонтеру, проведите тест на утечку воздуха из маски и подключите к портативному эргоспирометру.
  9. Подключите пульсометр к программному обеспечению эргоспирометра, акселерометрам на правом запястье и талии, а также портативному эргоспирометру. Нажмите кнопку «Настройка устройства », чтобы проверить подключение эргоспирометра и датчика ЧСС Bluetooth.
  10. Затем нажмите кнопку «Регулировка датчика », которая представляет собой этап калибровки окружающего газа, выполняемый перед каждым испытанием. Наконец, нажмите кнопку «Далее », чтобы получить доступ к следующему экрану.
  11. Доведите участника до исходной точки на трассе, где участник должен оставаться на месте и отдыхать на стуле в течение 3 минут перед началом теста.
  12. Проверьте аудиозапись модифицированного теста по инкрементальной челночной ходьбе (MISWT) на мобильном устройстве, чтобы убедиться в правильности громкости звука, который будет слышен участнику10.

3. Пояснение к тесту

  1. Попросите участника оставаться в кресле неподвижно, не говоря ни слова, и дышать нормально, чтобы отметить отправную точку для исходных измерений портативного эргоспирометра и бездействия акселерометров.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Возьмите исходные данные в течение 3-5 минут; Используйте это время для выполнения шага 3.2.
  2. Воспроизвести аудиозапись для MISWT, чтобы показать волонтеру скорость ходьбы, следуя звуковому сигналу на 10 м (полевая дорожка размечается через каждые 10 м), синхронизируя скорость ходьбы со звуковым сигналом.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Повторяйте по мере необходимости для понимания.
  3. Затем дайте участнику встать и вместе с двумя исследователями начните тест, отойдя от стула, чтобы не загораживать дорожку.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Здесь требуются два исследователя. Исследователь 1 будет носить с собой мобильное устройство со звуком MISWT, чтобы управлять скоростью теста с шагом каждые 1 минуту; Научный сотрудник 2 на эргоэспирометре ноутбука.

4. Проведение теста

  1. Исследователь 1: Пусть участник начнет тест и поможет ему определить темп ходьбы с помощью аудио MISWT, следуя за нарастающим темпом теста до конца аудио MISWT.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Тест на ходьбу-бег трусцой начинается со скоростью 0,84 м/с с шагом каждые 1 мин, и на последнем этапе скорость бега трусцой достигает 2,37 м/с. Во время теста нет отдыха.
  2. Исследователь 2: Нажмите кнопку «Начать тест» на ноутбуке с программным обеспечением эргоспирометра одновременно с тем, что и исследователь 1, а затем нажимайте кнопку «Добавить текст» при каждом увеличении скорости, как указано в аудиосистеме MISWT.
  3. После того, как аудиозапись будет закончена, попросите участника сесть и оставаться неподвижным, не говоря ни слова, и дышать нормально в течение 2 минут, чтобы отметить конечную точку теста.
  4. Через 2 минуты нажмите на символ квадрата, чтобы остановить измерения и снять оборудование, завершив сбор данных на ноутбуке в программном обеспечении эргоспирометра.

5. Просмотр и извлечение данных

  1. Просмотрите данные в программном обеспечении эргоспирометра, чтобы убедиться, что собранные данные о потреблении кислорода (VO2), выдыхаемом углекислом газе (VCO2) и минутной вентиляции (VE) являются достоверными для проекта. Закончив тест на ноутбуке, нажмите кнопку Next , затем кнопку Smoothing для усреднения полученных данных каждые 10 секунд.
  2. Загрузите данные акселерометра в программное обеспечение для физической активности, чтобы убедиться в достоверности собранных данных, предварительно подключив акселерометр к ноутбуку с помощью USB-кабеля. При загрузке записи акселерометра выберите длину эпохи (количество времени, в течение которого исходные данные об ускорении) составляет 10 с.
  3. Загрузите файлы акселерометра и непрямой калориметрии с данными и вручную расшифруйте их в файл статистического программного обеспечения.

6. Хранение оборудования

  1. После того, как все замеры за сутки будут завершены, правильно храните снаряжение.
  2. Отделяйте грязные материалы от чистых.
  3. Очистите грязные материалы водой с мылом и дайте им высохнуть на воздухе.

7. Анализ данных

  1. Оцените порог вентиляции 1 (VT1) и порог вентиляции 2 (VT2) каждого участника с помощью VSlope (изменение наклона диаграммы рассеяния VO2/VCO2) и увеличение наклона диаграммы рассеяния производства углекислого газа на минутную вентиляцию (VCO2/VE) с помощью окна «Порог вентиляции» программного обеспечения эргоспирометра соответственно из каждого файла косвенной калориметрии.
  2. На основе данных, полученных на шаге 7.1, зарегистрируйте скорость субъекта, где в базе данных были обнаружены VT1 и VT2.
  3. В программном обеспечении акселерометра откройте файл журнала для записей пояса и запястья, чтобы получить подсчеты. Скопируйте и перенесите их в электронную таблицу, из которой они будут усреднены за последние 30 секунд каждого этапа теста.
  4. Применяйте описательную и выводную статистику (Т-критерий Парного Стьюдента, Коэффициент внутриклассовой корреляции и D Коэна) с помощью статистического программного обеспечения с открытым исходным кодом.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

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

Размер выборки из 24 добровольцев был рассчитан для наблюдения разницы в 1000 CPM. Женщины (n = 35) были отобраны из числа студенток бакалавриата в возрасте 22,4 (± 1,9) лет, весом 62,2 (± 11,3) кг и индексом массы тела 24,5 (± 4,3) кг/м2. Все добровольцы с респираторными сопутствующими заболеваниями и острыми травмами опорно-двигательного аппарата, которые повлияли на выполнение деятельности, были исключены из исследования.

Что касается распределения данных, м...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

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

Наши результаты показывают различия между интенсивностью инкрементальной физической активности, оцениваемой с помощью непрямой калориметрии и акселерометрии. Более того, существуют статистически значимые различия между данными CPM, собранными с трехосевых акселерометров на запястье и поясе при более высоких скоростях теста. Эти результаты аналогичны предыдущим отчетам, в которых было показано, что не существует хорошего соответствия между данными акселерометра, собранными из различных ан...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

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

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

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

Мы хотим поблагодарить волонтеров, которые приняли участие в этом исследовании. Наконец, мы также хотели бы поблагодарить координатора по химии и фармацевтике и спорту за содействие в предоставлении помещений для проведения теста. Это исследование не получало никакого внешнего финансирования.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Программное обеспечение акселерометраActigraph Actilife6.0Программное обеспечение для анализа записанной в акселерометр
Калибровочные газыCortexN/ABalloon с гипоксическим и гиперкапническим раствором газов. Он используется для калибровки газовых ячеек эргоэспирометра
Калибровочный насосCortexN/AШприц объемом 3 л, используется для калибровки турбины для оценки минутной вентиляции
ЭргоэспирометрCortexMetamax 3BПортативный непрямой калориметр для регистрации потребления кислорода, выработки углекислого газа и минутной вентиляции.
Пульсометр Нагрудный бандажPolarH10Bluetooth Transmisor, синхронизированный с эргоэспирометром
Metasoft studioCortexN/AПрограммное обеспечение для анализа эргоэспирометра
Портативная колонкаJBLGo essentialBluetooth портативная колонка используется для воспроизведения звукового сигнала для контроля скорости ходьбы-бега
Статистическое программное обеспечениеJamovi2.3.28Статистическое программное обеспечение с открытым исходным кодом, построенное на основе статистического языка R
Трехосевой акселерометрActigraphGT3-XDevice используется для изменения акселерометра по трем осям. Единицей измерения является количество отсчетов в минуту (CPM)

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Swift, D. L., et al. The effects of exercise and physical activity on weight loss and maintenance. Prog Cardiovasc Dis. 61 (2), 206-213 (2018).
  2. Watson, K. B., Carlson, S. A., Carroll, D. D., Fulton, J. E. Comparison of accelerometer cut points to estimate physical activity in US adults. J Sports Sci. 32 (7), 660-669 (2013).
  3. Herrera-Valenzuela, T., et al. Relation between VT1, VT2, and VO2max with the special wrestling fitness test in youth wrestlers: a short report. Int J Environ Res Public Health. 20 (3), 2570(2023).
  4. Whitcher, L., Papadopoulos, C. Accelerometer derived activity counts and oxygen consumption between young and older individuals. J Aging Res. 2014, 184693(2014).
  5. Cordero, M. J. A., et al. Accelerometer description as a method to assess physical activity in different periods of life; systematic review. Nutr Hosp. 29 (6), 1250-1261 (2014).
  6. Sagelv, E. H., et al. Physical activity levels in adults and elderly from triaxial and uniaxial accelerometry: the Tromsø study. PLoS One. 14 (12), e0225670(2019).
  7. Howe, C. C. F., Moir, H. J., Easton, C. Classification of physical activity cutpoints and estimating energy expenditure during walking using the GT3X+ accelerometer in overweight and obese adults. Meas Phys Educ Exerc Sci. 21 (3), 127-133 (2017).
  8. Sasaki, J. E., John, D., Freedson, P. S. Validation and comparison of ActiGraph activity monitors. J Sci Med Sport. 14 (5), 411-416 (2011).
  9. Vähä-Ypyä, H., et al. Performance of different accelerometry-based metrics to estimate oxygen consumption during track and treadmill locomotion over a wide intensity range. Sensors. 23 (11), 5073(2023).
  10. Wise, R. A., Brown, C. D. Minimal clinically important differences in the six-minute walk test and the incremental shuttle walking test. COPD J Chronic Obstr Pulm Dis. 2 (1), 125-129 (2005).
  11. Mielke, G. I., et al. Absolute intensity thresholds for tri-axial wrist and waist accelerometer-measured movement behaviors in adults. Scand J Med Sci Sports. 33 (9), 1752-1764 (2023).
  12. Migueles, J. H., et al. Comparability of accelerometer signal aggregation metrics across placements and dominant wrist cut points for the assessment of physical activity in adults. Sci Rep. 9 (1), 18235(2019).
  13. Rosenberger, M. E., et al. Estimating activity and sedentary behavior from an accelerometer on the hip or wrist. Med Sci Sports Exerc. 45 (5), 964-975 (2013).
  14. MacIntosh, B. R., Murias, J. M., Keir, D. A., Weir, J. M. What is moderate to vigorous exercise intensity. Front Physiol. 12, 682233(2021).
  15. Iannetta, D., et al. Evaluating the accuracy of using fixed ranges of METs to categorize exertional intensity in a heterogeneous group of healthy individuals: implications for cardiorespiratory fitness and health outcomes. Sports Med. 51 (11), 2411-2421 (2021).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи