Допринесъл еднакво за тази работа с: Матю П. Вален, Саян Р. Гомерсол, Шели Е. Кийтинг, Улрик Вислов, Джеф С. Кумбс

измерванията

Присъединителен център за изследване на упражнения, физическа активност и здраве (CRExPAH), Училище за човешко движение и хранителни науки, Университетът в Куинсланд, Бризбейн, Куинсланд, Австралия

Допринесъл еднакво за тази работа с: Матю П. Вален, Саян Р. Гомерсол, Шели Е. Кийтинг, Улрик Вислов, Джеф С. Кумбс

Присъединителен център за изследване на упражнения, физическа активност и здраве (CRExPAH), Училище за човешко движение и хранителни науки, Университетът в Куинсланд, Бризбейн, Куинсланд, Австралия

Допринесъл еднакво за тази работа с: Матю П. Вален, Саян Р. Гомерсол, Шели Е. Кийтинг, Улрик Вислов, Джеф С. Кумбс

Присъединителен център за изследване на упражнения, физическа активност и здраве (CRExPAH), Училище за човешко движение и хранителни науки, Университетът в Куинсланд, Бризбейн, Куинсланд, Австралия

Допринесъл еднакво за тази работа с: Матю П. Вален, Саян Р. Гомерсол, Шели Е. Кийтинг, Улрик Вислов, Джеф С. Кумбс

Принадлежност К.Г. Център за упражнения по медицина Jebsen, Катедра по кръвообращение и медицинска образна диагностика, Норвежки университет за наука и технологии, Трондхайм, Норвегия

Допринесъл еднакво за тази работа с: Matthew P. Wallen, Sjaan R. Gomersall, Shelley E. Keating, Ulrik Wisløff, Jeff S. Coombes

Присъединителен център за изследване на упражнения, физическа активност и здраве (CRExPAH), Училище за човешко движение и хранителни науки, Университетът в Куинсланд, Бризбейн, Куинсланд, Австралия

  • Матю П. Вален,
  • Sjaan R. Gomersall,
  • Шели Е. Кийтинг,
  • Улрик Вислов,
  • Джеф С. Кумбс

Фигури

Резюме

Заден план

Носените на китката монитори твърдят, че предоставят точни измервания на сърдечната честота и енергийните разходи. Хората, които желаят да отслабнат, използват тези устройства за наблюдение на енергийния баланс, но точността на тези устройства за измерване на такива параметри не е установена.

За да се определи точността на четири устройства, носени на китката (Apple Watch, Fitbit Charge HR, Samsung Gear S и Mio Alpha) за измерване на пулса и енергийните разходи в покой и по време на тренировка.

Методи

22 завършени здрави доброволци (50% жени; на възраст 24 ± 5,6 години)

1-часови протоколи, включващи почивка в легнало положение и в седнало положение, ходене и бягане на бягаща пътека и колоездене на велоергометър. Данните от устройствата, събрани по време на протокола, бяха сравнени с референтни методи: електрокардиография (сърдечна честота) и индиректна калориметрия (енергийни разходи).

Резултати

Нито едно от устройствата не се представя значително по-добре като цяло, но сърдечната честота е постоянно по-точна от разхода на енергия и на четирите устройства. Корелациите между устройствата и референтните методи бяха умерени до силни за сърдечната честота (0,67–0,95 [0,35 до 0,98]) и слаби до силни за разход на енергия (0,16–0,86 [-0,25 до 0,95]). Всички устройства подцениха и двата резултата в сравнение с референтните методи. Процентната грешка за сърдечната честота е малка при устройствата (диапазон: 1–9%), но по-голяма при енергийните разходи (9–43%). По същия начин границите на съгласие са значително по-тесни за сърдечната честота (вариращи от -27,3 до 13,1 удара в минута), отколкото енергийните разходи (в диапазона от -266,7 до 65,7 kcals) между устройствата.

Заключение

Тези устройства измерват точно сърдечната честота. Оценките на енергийните разходи обаче са лоши и биха имали последици за хората, които използват тези устройства за отслабване.

Цитат: MP Wallen, Gomersall SR, Keating SE, Wisløff U, Coombes JS (2016) Точност на часовниците със сърдечен ритъм: последици за управлението на теглото. PLoS ONE 11 (5): e0154420. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0154420

Редактор: Хосе А. Л. Калбет, Университет на Лас Палмас де Гран Канария, ИСПАНИЯ

Получено: 22 декември 2015 г .; Прието: 13 април 2016 г .; Публикувано: 27 май 2016 г.

Наличност на данни: Всички релевантни данни се намират в хартията и нейните поддържащи информационни файлове.

Финансиране: Главният изследовател на проучването (Coombes) получи неограничен грант от Coca Cola, който беше използван за частично финансиране на това проучване (Research Master Number 2014002786, http://transparency.coca-colajourney.com.au). Финансистите не са играли роля в дизайна на проучването, събирането и анализа на данни, решението за публикуване или подготовката на ръкописа. Не е получено допълнително външно финансиране за това проучване.

Въведение

Ползите от участието в редовна физическа активност са добре документирани [1], но физическото бездействие остава най-големият рисков фактор за развитието на кардиометаболитни заболявания в световен мащаб [2]. Носимите устройства се превърнаха в популярен метод за измерване на резултатите, базирани на активност, и улесняване на промяната в поведението за постигане на загуба на тегло [3]. Изчислено е, че приблизително 25 милиона от тези устройства ще бъдат продадени през 2015 г. и се очаква продажбите в световен мащаб да се увеличат до приблизително 12,6 милиарда щатски долара до 2018 г. [4]. По-забележимо е, че мониторите, носени на китката, представляват 87% от носимите устройства, доставени през 2018 г. [5]. Тези устройства твърдят, че осигуряват точни измервания на енергийните разходи и напоследък сърдечната честота чрез фотоплетизмография.

Предишни изследвания, изследващи валидността на оценките на енергийните разходи, са били ограничени до устройства, които не включват измерване на сърдечната честота. Тези проучвания демонстрират умерена валидност, като обикновено подценяват общите енергийни разходи в сравнение с референтните методи с приблизително 10–30% в зависимост от измереното устройство [6–9].

С включването на усъвършенствана технология за фотоплетизмография, устройства от ново поколение като Apple Watch и Fitbit Charge HR имат потенциал да използват алгоритми, извлечени от сърдечната честота, за да допринесат за оценки на енергийните разходи въз основа на интензивността на дейността [10,11]. Последните данни сочат, че този метод има приемлива валидност, но има присъща променливост, показваща, че точността на тези устройства зависи от използваното устройство, вида и интензивността на активността и фоточувствителността на кожата [12,13]., Концентрацията на меланин и кожата пигментацията може да отслаби дължината на светлинната вълна, излъчвана от тези устройства, като по този начин намалява откриването на честотата на пулса [14]. Важно е да се признае обаче, че устройствата, които преди са били оценявани, обикновено са проектирани за спортни резултати, а съвременните проследяващи дейности (например Apple Watch, Fitbit Charge HR) все още не са оценени.

Като се има предвид бързото усвояване на тези устройства от потребителите, е от решаващо значение да се определи тяхната точност за измерване на тези променливи в различни режими и интензивност, като се има предвид потенциалът им да окажат голямо влияние върху поведението на начина на живот и управлението на теглото. Целта на това проучване беше да се определи способността на четири популярни устройства, носени на китката (Apple Watch, Fitbit Charge HR, Samsung Gear S и Mio Alpha), да измерват точно пулса и енергийните разходи по време на приблизително един час почивка, колоездене и бягаща пътека ходене.

Методи

Участници

За участие бяха поканени здрави мъже и жени доброволци на възраст между 18–70 години. Всички участници бяха наети от голям столичен университет. Проучването получи етично разрешение от университета в Куинсланд (HMS15/2403). Изследователският персонал провери всички участници за медицински показания, които могат да ги изключат от тестове за упражнения и получи писмено информирано съгласие. Преди всяко посещение, участниците бяха посъветвани да се въздържат от поглъщане на кофеин и алкохол и да избягват енергични физически натоварвания в продължение на 24 часа и да консумират голямо хранене четири часа преди това. Стандартизирана напитка за заместване на хранене (Up & Go, Sanitarium, Австралия) беше предоставена на участниците два часа преди всички тестови сесии. 24-часов дневен дневник за физическа активност и диета беше завършен преди втората сесия за тестване и участниците бяха помолени да повторят това поведение преди последното изпитание.

Експериментални протоколи

Участниците присъстваха на изследователската лаборатория на три отделни случая, разделени между 48 часа и 7 дни. Посетете една от включените мерки за ръст, тегло и оценка на типа кожа чрез скала за тип кожа на Fitzpatrick [15]. Максималното поглъщане на кислород () чрез индиректна калориметрия (MetaMax 3B, Cortex, Германия) също беше оценено с помощта на протокол за бягаща пътека на Bruce. Стандартното калибриране на газовите анализатори (двуточково калибриране спрямо въздуха в помещението и известна концентрация на газ от 4,07% CO2/15,95% O2) и обем (3L спринцовка за калибриране на Hans Rudolph, Канзас, САЩ) се извършва преди всяка оценка съгласно инструкциите на производителя. Измерванията на консумацията на кислород, производството на въглероден диоксид и минималната вентилация бяха получени в покой и по време на тренировка.

Посещенията две и три бяха тестови сесии, с две устройства, тествани на сесия (по едно на всяка ръка), използвайки рандомизиран и уравновесен метод. Всяко посещение включваше едновременни записи на сърдечната честота и енергийните разходи от устройствата по време на редица дейности за сравнение с референтните методи. Тъй като три от устройствата също измерват стъпки, за тези устройства също са записани общи стъпки за продължителността на тестовата сесия (Apple Watch, Fitbit Charge HR, Samsung Gear S). За да се гарантира, че участниците са били адекватно хидратирани, осмоларността на урината е оценена при пристигане (Osmocheck Pocket Refractometer, Vitech Scientific Ltd, Токио). За 58-минутен протокол бяха избрани дейности в покой (легнало, седнало, изправено) и упражнения (ходене, колоездене) (Фигура 1). Първоначално участниците изпълняваха петминутни периоди на легнало, седнало и изправено положение. След това бяха предприети три етапа на протокол за упражняване на бягаща пътека с Брус, последван от пет минути почивка в седнало положение. След това участниците завършиха шест, триминутни етапи от тест с стъпка от 25 вата (започващ при 25 W) на велоергометър, последван от последните пет минути почивка в седнало положение.

Тестваните устройства бяха Apple Watch (Apple Inc., Калифорния, САЩ), Fitbit Charge HR (Fitbit Inc., Сан Франциско, САЩ), Samsung Gear S (Samsung Electronics Co., Ltd., Сувон, Южна Корея) и Mio Alpha (Mio Global, Канада). Според инструкциите на производителя устройствата са индивидуализирани за възрастта, пола и антропометричните данни. Устройствата със съвместим софтуер за смартфон бяха синхронизирани чрез Bluetooth с подходящ смартфон, за да подпомогнат събирането на данни (лекота на визуализация).

Референтни методи

Електрокардиографски (ЕКГ) електроди (3-проводни, система за тестване на упражнения CASE, GE Healthcare, Великобритания) се монтират при всяко посещение и сърдечната честота от ЕКГ и устройствата се записва ръчно на всеки 15 секунди по време на протокола. Разходите за енергия бяха измерени с помощта на индиректна калориметрия с преносима система за анализ на газ (MetaMax 3B, Cortex, Германия). Участниците бяха записани на видео по време на ходене по бягащата пътека и броят на стъпките беше определен от записа ретроспективно чрез визуална проверка при възпроизвеждане с половин скорост.

Статистически анализ

Корелациите и констатациите на Bland-Altman (средна разлика и граници на съгласие) са представени в таблица 1. Нито едно устройство не се е представило по-добре като цяло, но резултатът от сърдечната честота е постоянно по-точен от енергийния разход и на четирите устройства. Корелациите между измервателните уреди и референтните методи варират в зависимост от резултата и използваното устройство, вариращи от умерена до силна за сърдечната честота (0,67–0,95 [0,35 до 0,98]) и от слаба до силна за разход на енергия (0,16–0,86 [- 0,25 до 0,95]) (Таблица 1).

Графиките на Bland-Altman показват, че всички устройства подценяват всички изходни мерки в сравнение с референтния метод (Фигура 2). Средното подценяване за устройства в сравнение с референтните методи варира от 1–9% за сърдечната честота и 9–43% за енергийните разходи. Samsung Gear S демонстрира най-голяма вариабилност на сърдечната честота (Долна LoA – Горна LoA; -27,3 до 13,1 bpm) (Фигура 3). Освен това, Mio ALPHA демонстрира най-голяма променливост за прогнозните енергийни разходи (-266,7 до 65,7 kcal) (Фигура 4). Идентифицирано е систематично отклонение за енергийните разходи и резултатите от сърдечния ритъм за устройствата Fitbit Charge HR и Mio ALPHA. Няма статистически разлики между корелациите за сърдечната честота въз основа на цвета на кожата (Fitzpatrick Skin Type скала IV (n = 7)], с изключение на Apple Watch, където корелацията за Fitzpatrick Skin Type Scale> IV (r = 1.00) е статистически различно от фиг. 2.

Bland-Altman анализира сравняване на устройства с референтен метод за (A) сърдечна честота и (B) разход на енергия. Средната разлика се обозначава с плътната точка, като линиите показват 95% граници на съгласие. Забележки: HR = сърдечна честота, kcal = килокалории, bpm = удари в минута. Когато средната разлика или ограниченията на съгласието са систематично пристрастни, точковите оценки се изчисляват, като се използва средната стойност за средната стойност на двете мерки (устройство и референция).

Графики на Bland-Altman за устройство [(A) Apple Watch; N = 22, (B) Fitbit Charge HR; N = 22, (C) Samsung Gear S; N = 22, (D) Mio ALPHA; N = 22] и електрокардиография (референтна) средна сърдечна честота (bpm). Плътната линия представлява средната разлика (bpm) между двете мерки, а пунктираните линии са 95% границата на съгласие (bpm). Забележки: bpm = удара в минута, LoA = граници на съгласие, MD = средна разлика.

Графики на Bland-Altman за устройство [(A) Apple Watch; N = 22, (B) Fitbit Charge HR; N = 22, (C) Samsung Gear S; N = 19, (D) Mio ALPHA; N = 22] и METAMAX (референтен) общ разход на енергия (kcal). Плътната линия представлява средната разлика (kcal) между двете мерки, а пунктираните линии са 95% гранични стойности на съгласие (kcal). Забележки: kcal = килокалории, LoA = граници на съгласие, MD = средна разлика.

Три от устройствата измерват броя на стъпките. Корелациите между измерените стъпки и референтния метод за Apple Watch (0,70 [0,38 до 0,87]), Fitbit Charge HR (0,67 [0,34 до 0,85] и Samsung Gear S (0,88 [0,72 до 0,95]) се считат за умерени до силни., Fitbit Charge HR демонстрира най-голяма променливост за броя на стъпките (-353 до 235 стъпки) (Фигура 5) .Средната грешка на подценяването за тези устройства варира от 4-6%.

Графики на Bland-Altman за устройство [(A) Apple Watch; N = 21, (B) Fitbit Charge HR; N = 21, (C) Samsung Gear S; N = 20] и стъпки за директно наблюдение (референтни). Плътната линия представлява средната разлика (стъпки) между двете мерки, а пунктираните линии са 95% граници на съгласие (стъпки). Забележки: LoA = граници на споразумение, MD = средна разлика.

Дискусия

Това е първото проучване, което изследва точността на четири популярни устройства, носени на китката: Apple Watch, Fitbit Charge HR, Samsung Gear S и Mio Alpha, за измерване на пулса и енергийните разходи по време на почивка, колоездене и ходене на бягаща пътека. Нашите открития показват, че всички устройства подценяват пулса и енергийния разход. Нито едно устройство не демонстрира последователно по-голяма точност по отношение на тези мерки и степента на грешка варира в зависимост от резултата от интереса.