Studie: Schätzung des Energieverbrauchs mit einem Im-Ohr Sensor

Eine Studie von cosinuss°, gemeinsam mit dem Department of Health and Sport Sciences, Exercise Biology, der TUM School of Medicine and Health in München, untersuchte, ob der Energieverbrauch während körperlicher Aktivität mithilfe eines Im-Ohr Sensors zuverlässig geschätzt werden kann.

Der Energieverbrauch beschreibt die benötigte Energie für grundlegende physiologische Prozesse, die nahrungsinduzierte Thermogenese und körperliche Aktivität. Die Überwachung des Energieverbrauchs gewinnt in der klinischen Versorgung zunehmend an Bedeutung, insbesondere bei Patientinnen und Patienten mit chronischen Erkrankungen oder nach chirurgischen Eingriffen. Entsprechend wird eine genaue und zuverlässige individuelle Messung des aktivitätsbezogenen Energieverbrauchs immer wichtiger.

Als Reaktion auf dieses wachsende Interesse ist eine zunehmende Zahl tragbarer Geräte verfügbar geworden, parallel dazu wurden zahlreiche Studien zur Schätzung des Energieverbrauchs mithilfe dieser Geräte durchgeführt. Obwohl mehrere Studien die Schätzung des Energieverbrauchs auf Grundlage von Herzfrequenz und Beschleunigungsdaten untersucht haben, gibt es bislang keine Studie, die dies mit nur einem einzigen kommerziell erhältlichen Wearable im Gehörgang durchgeführt hat.

Das Ohr ist ein vielversprechender Ort für die Messung von Vitalparametern mit Wearables, da Im-Ohr Sensoren unauffällig, stabil und gut für eine kontinuierliche physiologische Überwachung mit reduzierten Bewegungsartefakten geeignet sind. Ziel dieser Studie war es daher, die Machbarkeit der Schätzung des Energieverbrauchs mithilfe von Im-Ohr Sensoren¹ von cosinuss° zu untersuchen.

Vierundzwanzig gesunde Erwachsene absolvierten zwei Testsitzungen: einen Laufbandtest im Labor und einen Gehtest im Freien, der aus drei Phasen bestand (Bergaufgehen in einem angenehmen Tempo, Bergabgehen in einem angenehmen Tempo und möglichst schnelles Bergaufgehen).
Der Energieverbrauch wurde mittels indirekter Kalorimetrie (MetaMax 3B) als Goldstandard gemessen, während Herzfrequenz- und Beschleunigungsdaten kontinuierlich mit beiden cosinuss°-Sensoren aufgezeichnet wurden. Anschließend wurden auf Grundlage der im Labor erhobenen Daten entwickelte lineare Mixed-Effects-Modelle auf die Outdoor-Daten derselben Teilnehmenden angewendet.

Vierundzwanzig gesunde Erwachsene² absolvierten zwei Testsitzungen: einen Laufbandtest im Labor und einen Gehtest im Freien, der aus drei Phasen bestand (Bergaufgehen in einem angenehmen Tempo, Bergabgehen in einem angenehmen Tempo und möglichst schnelles Bergaufgehen).

Der Energieverbrauch wurde mittels indirekter Kalorimetrie (MetaMax 3B) als Goldstandard gemessen, während Herzfrequenz- und Beschleunigungsdaten kontinuierlich mit beiden cosinuss°-Sensoren aufgezeichnet wurden. Anschließend wurden auf Grundlage der im Labor erhobenen Daten entwickelte lineare Mixed-Effects-Modelle auf die Outdoor-Daten derselben Teilnehmenden angewendet.

Die leistungsfähigsten Modelle kombinierten Herzfrequenz, Beschleunigungsdaten und biologisches Geschlecht. Beim Gehen im Freien wurde kein signifikanter systematischer Vorhersagefehler festgestellt, wobei die Genauigkeit zwischen den verschiedenen Belastungsbedingungen variierte.

Insgesamt zeigten beide cosinuss°-Sensoren vielversprechende erste Ergebnisse bei der Schätzung des Energieverbrauchs während des Gehens. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kombination verschiedener Messgrößen wie Herzfrequenz und Bewegung ein vielversprechendes Potenzial für die kontinuierliche Überwachung des Energieverbrauchs bietet.

Bevor dieser Ansatz zuverlässig eingesetzt werden kann, sind weitere Studien mit größeren und heterogenen Teilnehmergruppen sowie einem breiteren Spektrum an Bewegungsbedingungen erforderlich. Mit weiteren Verbesserungen könnte die Im-Ohr Sensorik künftig dazu beitragen, den Energieverbrauch unter Alltagsbedingungen kontinuierlich zu überwachen, mit möglichen Anwendungen in der Rehabilitation, im Sport und beim Management chronischer Erkrankungen.