Monitorizar a inxesta de líquidos mediante botellas de auga intelixentes dispoñibles no mercado

Grazas por visitar Nature.com. A versión do navegador que estás a usar ten compatibilidade limitada con CSS. Para obter a mellor experiencia, recomendámosche que uses un navegador actualizado (ou que desactives o modo de compatibilidade en Internet Explorer). Mentres tanto, para garantir a compatibilidade continua, mostraremos o sitio sen estilos nin JavaScript.
A inxesta de líquidos é importante para previr a deshidratación e reducir os cálculos renais recorrentes. Nos últimos anos, houbo unha tendencia a desenvolver ferramentas para controlar a inxesta de líquidos mediante produtos "intelixentes", como os biberóns intelixentes. Hai varios biberóns intelixentes dispoñibles comercialmente, principalmente dirixidos a adultos preocupados pola saúde. Ata onde sabemos, estes biberóns non foron validados na literatura. Este estudo comparou o rendemento e a funcionalidade de catro biberóns intelixentes dispoñibles comercialmente. Os biberóns son H2OPal, HidrateSpark Steel, HidrateSpark 3 e Thermos Smart Lid. Rexistráronse e analizáronse cen eventos de inxestión por biberón e comparáronse coa realidade obtida a partir de escalas de alta resolución. H2OPal ten a porcentaxe media de erro (MPE) máis baixa e é capaz de equilibrar erros en varios grolos. HidrateSpark 3 proporciona os resultados máis consistentes e fiables cos erros de grolo máis baixos por tempo. Os valores MPE dos biberóns HidrateSpark melloraron aínda máis mediante a regresión lineal, xa que tiñan valores de erro individuais máis consistentes. O Thermos Smart Lid foi o menos preciso, xa que o sensor non se estendía por todo o biberón, o que provocou a perda de moitos rexistros.
A deshidratación é un problema moi grave porque pode provocar complicacións adversas, como confusión, caídas, hospitalización e morte. O equilibrio na inxesta de líquidos é importante, especialmente en adultos maiores e persoas con doenzas subxacentes que afectan á regulación dos líquidos. Aconséllase aos pacientes con risco de formación recorrente de cálculos que consuman grandes cantidades de líquidos. Polo tanto, controlar a inxesta de líquidos é un método útil para determinar se se está a realizar unha inxesta de líquidos axeitada1,2. Hai moitos intentos na literatura para crear informes de sistemas ou dispositivos que poden axudar a controlar e xestionar a inxesta de líquidos. Desafortunadamente, a maioría destes estudos non deron como resultado un produto dispoñible comercialmente. As botellas no mercado están dirixidas principalmente a atletas recreativos ou adultos preocupados pola saúde que buscan engadir hidratación. Neste artigo, o noso obxectivo foi determinar se as botellas de auga comúns dispoñibles comercialmente son unha solución viable para investigadores e pacientes. Comparamos catro botellas de auga comerciais en termos de rendemento e funcionalidade. As botellas son HidrateSpark 34, HidrateSpark Steel5, H2O Pal6 e Thermos Smart Lid7, como se mostra na Figura 1. Estas botellas foron escollidas porque son unha das catro únicas botellas populares que son (1) dispoñibles para a súa compra no Canadá e (2) dispoñen de datos de volume de bebidas aocohólicas a través da aplicación móbil.
Imaxes de botellas comerciais analizadas: (a) HidrateSpark 34, (b) HidrateSpark Steel5, (c) H2OPal6, (d) Thermos Smart Lid7. O cadro vermello con discontinuidades mostra a localización do sensor.
Das botellas mencionadas, só as versións anteriores de HidrateSpark foron validadas na investigación8. O estudo descubriu que a botella HidrateSpark tiña unha precisión do 3 % na medición da inxesta total durante un período de 24 horas de inxesta de líquidos. HidrateSpark tamén se utilizou en estudos clínicos para controlar a inxesta en pacientes con cálculos renais9. Desde entón, HidrateSpark desenvolveu novas botellas con diferentes sensores. H2OPal utilizouse noutros estudos para rastrexar e promover a inxesta de líquidos, pero ningún estudo específico valide o seu rendemento2,10. Pletcher et al. Comparáronse as características xeriátricas e a información dispoñible en liña para varias botellas comerciais, pero non realizaron ningunha validación da súa precisión11.
As catro botellas comerciais inclúen unha aplicación propietaria gratuíta para mostrar e almacenar eventos de inxestión transmitidos por Bluetooth. A HidrateSpark 3 e a Thermos Smart Lid teñen o sensor no medio da botella, posiblemente usando un sensor capacitivo, mentres que a HidrateSpark Steel e a H2Opal teñen un sensor na parte inferior, usando un sensor de carga ou presión. A localización do sensor móstrase no cadro vermello discontinuo da Figura 1. Na Thermos Smart Lid, o sensor non pode chegar ao fondo do recipiente.
Cada botella próbase en dúas fases: (1) unha fase de succión controlada e (2) unha fase de vida libre. En ambas as fases, os resultados rexistrados pola botella (obtidos da aplicación móbil do produto utilizada en Android 11) comparáronse coa realidade obtida usando unha báscula de 5 kg (Starfrit Electronic Kitchen Scale 93756). Todas as botellas calibráronse antes de recoller os datos coa aplicación. Na Fase 1, medíronse tamaños de grolos de 10 mL a 100 mL de 10 mL a 100 mL en orde aleatoria, 5 medicións cada unha, para un total de 50 medicións por vial. Estes eventos non son eventos de bebida reais en humanos, senón que se verten para que a cantidade de cada grolo se poida controlar mellor. Nesta fase, recalibra a botella se o erro de grolo é superior a 50 mL e volve emparellar se a aplicación perde a conexión bluetooth coa botella. Durante a fase de vida libre, un usuario bebe auga libremente dunha botella durante o día e escolle diferentes grolos. Esta fase tamén inclúe 50 grolos ao longo do tempo, pero non todos seguidos. Polo tanto, cada botella ten un conxunto de datos dun total de 100 medicións.
Para determinar a inxesta total de líquidos e garantir unha hidratación diaria axeitada, é máis importante ter medicións volumétricas precisas da inxesta ao longo do día (24 horas) en lugar de cada grolo. Non obstante, para identificar sinais de intervención rápida, cada grolo debe ter un erro baixo, como se fixo no estudo de Conroy et al. 2. Se o grolo non se rexistra ou se rexistra mal, é crucial que a botella poida equilibrar o volume no seguinte rexistro. Polo tanto, o erro (volume medido - volume real) axústase manualmente. Por exemplo, supoñamos que o suxeito bebeu 10 mL e a botella informou de 0 mL, pero despois o suxeito bebeu 20 mL e a botella informou dun total de 30 mL, o erro axustado sería de 0 mL.
A táboa 1 enumera varias métricas de rendemento para cada botella considerando dúas fases (100 grolos). O erro porcentual medio (MPE) por grolo, o erro absoluto medio (MAE) por grolo e o MPE acumulado calcúlanse do seguinte xeito:
onde \({S}_{act}^{i}\) e \({S}_{est}^{i}\) son as inxestas reais e estimadas de \({i}_{th}\) grolo e \(n\) é o número total de grolos. \({C}_{act}^{k}\) e \({C}_{est}^{k}\) representan a inxesta acumulada dos últimos \(k\) grolos. O MPE de grolo analiza a porcentaxe de erro para cada grolo individual, mentres que o MPE acumulado analiza a porcentaxe de erro total ao longo do tempo. Segundo os resultados da Táboa 1, H2OPal ten o menor número de rexistros perdidos, o MPE de grolo máis baixo e o MPE acumulado máis baixo. O erro medio é mellor que o erro absoluto medio (MAE) como métrica de comparación ao determinar a inxesta total ao longo do tempo. Porque ilustra a capacidade da botella para recuperarse de medicións deficientes ao longo do tempo mentres rexistra as medicións posteriores. O MAE de grolo tamén se inclúe. en aplicacións onde a precisión de cada grolo é importante porque calcula o erro absoluto de cada grolo. O MPE acumulativo tamén mide o ben equilibradas que están as medicións en toda a fase e non penaliza nin un só grolo. Outra observación foi que 3 das 4 botellas subestimaron a inxesta de volume por boca que se mostra na Táboa 1 con números negativos.
Os coeficientes de correlación de Pearson R-cadrado para todas as botellas tamén se mostran na Táboa 1. HidrateSpark 3 proporciona o coeficiente de correlación máis alto. Aínda que HidrateSpark 3 ten algúns rexistros que faltan, a maioría deles son bocas pequenas (O gráfico de Bland-Altman na Figura 2 tamén confirma que HidrateSpark 3 ten o límite de concordancia (LoA) máis pequeno en comparación coas outras tres botellas. O LoA analiza o grao de concordancia entre os valores reais e os medidos. Ademais, case todas as medicións estiveron no rango LoA, o que confirma que esta botella proporciona resultados consistentes, como se mostra na Figura 2c. Non obstante, a maioría dos valores están por debaixo de cero, o que significa que o tamaño do grolo adoita subestimarse. O mesmo ocorre con HidrateSpark Steel na Figura 2b, onde a maioría dos valores de erro son negativos. Polo tanto, estas dúas botellas proporcionan o MPE e o MPE acumulado máis altos en comparación con H2Opal e Thermos Smart Lid, con erros distribuídos por riba e por debaixo de 0, como se mostra na Fig. 2a,d.
Gráficos de Bland-Altman de (a) H2OPal, (b) HidrateSpark Steel, (c) HidrateSpark 3 e (d) Thermos Smart Lid. A liña discontinua representa o intervalo de confianza arredor da media, calculado a partir da desviación estándar da Táboa 1.
HidrateSpark Steel e H2OPal tiveron desviacións estándar similares de 20,04 mL e 21,41 mL, respectivamente. As figuras 2a e b tamén mostran que os valores de HidrateSpark Steel sempre oscilan arredor da media, pero xeralmente permanecen dentro da rexión LoA, mentres que H2Opal ten máis valores fóra da rexión LoA. A desviación estándar máxima da tapa intelixente Thermos foi de 35,42 mL e máis do 10 % das medicións estiveron fóra da rexión LoA que se mostra na figura 2d. Esta botella proporcionou o erro medio Sip máis pequeno e un MPE acumulado relativamente pequeno, a pesar de ter a maior cantidade de rexistros perdidos e a maior desviación estándar. A tapa intelixente Thermos ten moitos rexistros perdidos porque a palla do sensor non se estende ata o fondo do recipiente, o que provoca rexistros perdidos cando o contido do líquido está por debaixo da vara do sensor (~80 mL). Isto debería levar a unha subestimación da inxesta de líquidos; Non obstante, Thermos foi a única botella cun MPE e un erro medio por grolo positivos, o que implica que a botella sobrestimou a inxesta de líquidos. Polo tanto, a razón pola que o erro medio por grolo de Thermos é tan baixo é porque a medición está sobrestimada para case todas as botellas. Cando se calcula a media destas sobrestimacións, incluíndo moitos grolos perdidos que non se rexistran en absoluto (ou se "subestiman"), o resultado medio está compensado. Ao excluír os rexistros perdidos do cálculo, o erro medio por grolo converteuse en +10,38 mL, o que confirma unha gran sobrestimación dun só grolo. Aínda que isto poida parecer positivo, a botella é en realidade inexacta nas estimacións de grolos individuais e pouco fiable porque pasa por alto moitos eventos de consumo. Ademais, como se mostra na Figura 2d, Thermos SmartLid parece aumentar o erro ao aumentar o tamaño do grolo.
En definitiva, H2OPal foi a máis precisa á hora de estimar os grolos ao longo do tempo e a forma máis fiable de medir a maioría dos rexistros. A tapa intelixente Thermos foi a menos precisa e perdeu máis grolos que as outras botellas. A botella HidrateSpark 3 tivo valores de erro máis consistentes, pero subestimou a maioría dos grolos, o que resultou nun rendemento deficiente ao longo do tempo.
Resulta que a botella pode ter algunha desviación que se pode compensar mediante un algoritmo de calibración. Isto é especialmente certo para a botella HidrateSpark, que ten unha pequena desviación estándar de erro e sempre subestima un só grolo. Utilizouse un método de mínimos cadrados (LS) cos datos da etapa 1, excluíndo calquera rexistro que faltase para obter valores de desviación e ganancia. A ecuación resultante utilizouse para a inxesta de grolo medida na segunda etapa para calcular o valor real e determinar o erro calibrado. A táboa 2 mostra que a calibración mellorou o erro medio de Sip para dúas botellas HidrateSpark, pero non para H2OPal ou Thermos Smart Lid.
Durante a Fase 1, onde se realizan todas as medicións, cada botella énchese varias veces, polo que o MAE calculado pode verse afectado polo nivel de enchido da botella. Para determinalo, cada botella divídese en tres niveis, alto, medio e baixo, en función do volume total de cada botella. Para as medicións da Fase 1, realizouse unha proba ANOVA unidireccional para determinar se os niveis eran significativamente diferentes no erro absoluto. Para HidrateSpark 3 e Steel, os erros para as tres categorías non son significativamente diferentes. Houbo unha diferenza significativa no límite (p Realizáronse probas t bilaterais para comparar os erros da etapa 1 e da etapa 2 para cada botella. Conseguimos unha p > 0,05 para todas as botellas, o que significa que os dous grupos non eran significativamente diferentes. Non obstante, observouse que as dúas botellas HidrateSpark perderon un número moito maior de rexistros na etapa 2. Para H2OPal, o número de rexistros perdidos foi case igual (2 fronte a 3), mentres que para Thermos SmartLid houbo menos rexistros perdidos (6 fronte a 10). Dado que todas as botellas HidrateSpark melloraron despois da calibración, tamén se realizou unha proba t despois da calibración. Para HidrateSpark 3, hai unha diferenza significativa nos erros entre a Etapa 1 e a Etapa 2 (p = 0,046). Isto é máis probable debido ao maior número de rexistros perdidos na etapa 2 en comparación coa etapa 1.
Esta sección ofrece información sobre a usabilidade da botella e a súa aplicación, así como outra información funcional. Aínda que a precisión da botella é importante, o factor de usabilidade tamén é importante á hora de elixir unha botella.
HidrateSpark 3 e HidrateSpark Steel están equipados con luces LED que lles recordan aos usuarios que beban auga se non cumpren os seus obxectivos segundo o planeado, ou que parpadean un certo número de veces ao día (establecido polo usuario). Tamén se poden configurar para que parpadeen cada vez que o usuario beba. H2OPal e Thermos Smart Lid non teñen ningunha resposta visual para lembrar aos usuarios que beban auga. Non obstante, todas as botellas compradas teñen notificacións móbiles para lembrar aos usuarios que beban a través da aplicación móbil. O número de notificacións ao día pódese personalizar nas aplicacións HidrateSpark e H2OPal.
HidrateSpark 3 e Steel empregan tendencias lineais para guiar os usuarios sobre cando beber auga e suxerir un obxectivo por hora que os usuarios deberían alcanzar ao final do día. H2OPal e Thermos Smart Lid só proporcionan un obxectivo total diario. En todas as botellas, se o dispositivo non está conectado á aplicación a través de Bluetooth, os datos almacenaranse localmente e sincronizaranse despois do emparellamento.
Ningunha das catro botellas se centra na hidratación das persoas maiores. Ademais, as fórmulas que as botellas usan para determinar os obxectivos de inxesta diaria non están dispoñibles, o que dificulta determinar se son axeitadas para adultos maiores. A maioría destas botellas son grandes e pesadas e non están deseñadas para persoas maiores. O uso de aplicacións móbiles tampouco pode ser ideal para adultos maiores, aínda que pode ser útil para que os investigadores recollan datos de forma remota.
Non todas as botellas poden determinar se o líquido foi consumido, descartado ou derramado. Tamén é necesario colocar todas as botellas sobre unha superficie despois de cada grolo para rexistrar con precisión a inxesta. Isto significa que se poden perder bebidas se non se deixa a botella, especialmente ao encher.
Outra limitación é que o dispositivo necesita ser emparellado periodicamente coa aplicación para sincronizar os datos. O termo necesitaba ser emparellado de novo cada vez que se abría a aplicación e a botella HidrateSpark a miúdo tiña dificultades para atopar unha conexión Bluetooth. O H2OPal é máis doado de emparellar de novo coa aplicación se se perde a conexión. Todas as botellas calíbranse antes de que comecen as probas e deben recalibrarse polo menos unha vez durante o proceso. A botella HidrateSpark e o H2OPal deben baleirarse e encherse completamente para a calibración.
Non todas as botellas teñen a opción de descargar ou gardar datos a longo prazo. Ademais, non se pode acceder a ningunha delas a través da API.
HidrateSpark 3 e H2OPal usan baterías de ións de litio substituíbles, HidrateSpark Steel e Thermos SmartLid usan baterías recargables. Segundo indica o fabricante, a batería recargable debería durar ata 2 semanas cunha carga completa; non obstante, debe recargarse case semanalmente cando se usa a Thermos SmartLid de forma intensiva. Esta é unha limitación, xa que moita xente non se lembra de recargar a botella regularmente.
Hai unha variedade de factores que poden influír na elección dunha botella intelixente, especialmente cando o usuario é unha persoa maior. O peso e o volume da botella son un factor importante, xa que debe ser doada de usar por persoas maiores fráxiles. Como se mencionou anteriormente, estas botellas non están deseñadas para persoas maiores. O prezo e a cantidade de líquido por botella tamén son outro factor. A táboa 3 mostra a altura, o peso, o volume de líquido e o prezo de cada botella. A tapa intelixente Thermos é a máis barata e lixeira, xa que está feita completamente de plástico máis lixeiro. Tamén contén a maior cantidade de líquidos en comparación coas outras tres botellas. Pola contra, H2OPal foi a botella da investigación máis alta, máis pesada e máis cara.
As botellas intelixentes dispoñibles comercialmente son útiles para os investigadores porque non hai necesidade de crear prototipos de novos dispositivos. Aínda que hai moitas botellas de auga intelixentes dispoñibles, o problema máis común é que os usuarios non teñen acceso aos datos ou aos sinais brutos, e só se mostran algúns resultados na aplicación móbil. Existe a necesidade de desenvolver unha botella intelixente amplamente utilizada con alta precisión e datos totalmente accesibles, especialmente unha adaptada para as persoas maiores. Das catro botellas probadas, H2OPal listas para usar tivo o MPE Sip máis baixo, MPE acumulado e número de rexistros perdidos. HidrateSpark 3 ten a maior linealidade, a menor desviación estándar e o MAE máis baixo. HidrateSpark Steel e HidrateSpark 3 pódense calibrar manualmente para reducir o erro medio Sip usando o método LS. Para rexistros de grolos máis precisos, a HidrateSpark 3 é a botella escollida, mentres que para medicións máis consistentes ao longo do tempo, a H2OPal é a primeira opción. A Thermos SmartLid tivo o rendemento menos fiable, tivo a maior cantidade de grolos perdidos e sobrestimou os grolos individuais.
O estudo non está exento de limitacións. En escenarios do mundo real, moitos usuarios beben doutros recipientes, especialmente líquidos quentes, bebidas compradas en tendas e alcol. Os traballos futuros deberían avaliar como o factor de forma de cada botella afecta os erros para guiar o deseño de botellas de auga intelixentes.
Rule, AD, Lieske, JC e Pais, VM Jr. 2020. Tratamento dos cálculos renais. JAMA 323, 1961–1962. https://doi.org/10.1001/jama.2020.0662 (2020).
Conroy, DE, West, AB, Brunke-Reese, D., Thomaz, E. e Streeper, NM Intervención adaptativa oportuna para promover o consumo de líquidos en pacientes con cálculos renais. Health Psychology. 39, 1062 (2020).
Cohen, R., Fernie, G. e Roshan Fekr, A. Sistemas de monitorización da inxesta de líquidos en anciáns: unha revisión bibliográfica. Nutrients 13, 2092. https://doi.org/10.3390/nu13062092 (2021).
Inc, H. Botella de auga intelixente HidrateSpark 3 e aplicación gratuíta de seguimento de hidratación: negra https://hidratespark.com/products/black-hidrate-spark-3. Consultado o 21 de abril de 2021.
Botella de auga intelixente e aplicación de aceiro inoxidable illado HidrateSpark STEEL: Hidrate Inc. https://hidratespark.com/products/hidratespark-steel. Consultado o 21 de abril de 2021.
Botella de hidratación conectada Thermos® con tapa intelixente. https://www.thermos.com/smartlid. Consultado o 9 de novembro de 2020.
Borofsky, MS, Dauw, CA, York, N., Terry, C. e Lingeman, JE Precisión da medición da inxesta diaria de líquidos cunha botella de auga «intelixente». Urolithiasis 46, 343–348. https://doi.org/10.1007/s00240-017-1006-x (2018).
Bernard, J., Song, L., Henderson, B. e Tasian, GE. Asociación entre a inxesta diaria de auga e a diurese de 24 horas en adolescentes con cálculos renais. Urology 140, 150–154. https://doi.org/10.1016/j.urology.2020.01.024 (2020).
Fallmann, S., Psychoula, I., Chen, L., Chen, F., Doyle, J., Triboan, D. Realidade e percepción: monitorización da actividade e recollida de datos en fogares intelixentes do mundo real. Nas actas da Conferencia IEEE SmartWorld de 2017, Intelixencia e computación ubicuas, computación avanzada e fiable, computación e comunicacións escalables, computación na nube e de grandes datos, Internet das persoas e innovación nas cidades intelixentes (SmartWorld/SCALCOM/UIC/ATC/CBDCom/IOP/SCI), 1-6 (IEEE, 2017).
Pletcher, DA et al. Un aparello interactivo para beber auga deseñado para anciáns e pacientes de Alzheimer. Nunha demanda sobre o lado humano das TI para a poboación anciá. Social Media, Games, and Assisted Environments (eds. Zhou, J. e Salvendy, G.) 444–463 (Springer International Publishing, 2019).
Este traballo foi financiado por unha subvención da Fundación dos Institutos Canadenses de Investigación Sanitaria (CIHR) (FDN-148450). O Dr. Fernie recibiu o financiamento como titular da Cátedra Creaghan de Prevención Familiar e Tecnoloxía Médica.
Instituto Kite, Instituto de Rehabilitación de Toronto – Rede Universitaria de Saúde, Toronto, Canadá
Conceptualización – RC; Metodoloxía – RC, AR; Redacción – Preparación do manuscrito – RC, AR; Redacción – Revisión e edición, GF, AR; Supervisión – AR, GF Todos os autores leron e están de acordo coa versión publicada do manuscrito.
Springer Nature mantén unha postura neutral con respecto ás reclamacións xurisdicionais de mapas publicados e afiliacións institucionais.
Acceso aberto Este artigo está licenciado baixo a licenza Creative Commons Attribution 4.0 International, que permite o uso, compartición, adaptación, distribución e reprodución en calquera medio ou formato, sempre que se recoñeza o autor e a fonte orixinais, se proporcione unha licenza Creative Commons e se indique se se realizaron cambios. As imaxes ou outros materiais de terceiros neste artigo inclúense baixo a licenza Creative Commons do artigo, a menos que se indique o contrario nos créditos do material. Se o material non está incluído na licenza Creative Commons do artigo e o uso previsto non está permitido pola lei ou a normativa ou excede o permitido, deberá obter permiso directamente do propietario dos dereitos de autor. Para ver unha copia desta licenza, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
Cohen, R., Fernie, G. e Roshan Fekr, A. Monitorización da inxesta de líquidos en botellas de auga intelixentes dispoñibles comercialmente. Science Rep 12, 4402 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-08335-5
Ao enviar un comentario, aceptas cumprir as nosas Condicións e Directrices da comunidade. Se ves contido abusivo ou contido que non cumpre as nosas condicións ou directrices, márcao como inapropiado.