Monitoritzar la ingesta de líquids mitjançant ampolles d'aigua intel·ligents disponibles comercialment

Gràcies per visitar Nature.com. La versió del navegador que esteu utilitzant té compatibilitat limitada amb CSS. Per a una millor experiència, us recomanem que utilitzeu un navegador actualitzat (o que desactiveu el mode de compatibilitat a l'Internet Explorer). Mentrestant, per garantir una assistència continuada, mostrarem el lloc web sense estils ni JavaScript.
La ingesta de líquids és important per prevenir la deshidratació i reduir els càlculs renals recurrents. En els darrers anys hi ha hagut una tendència a desenvolupar eines per controlar la ingesta de líquids mitjançant productes "intel·ligents" com ara biberons intel·ligents. Hi ha diversos biberons intel·ligents disponibles comercialment, principalment dirigits a adults preocupats per la salut. Segons el nostre coneixement, aquests biberons no han estat validats a la literatura. Aquest estudi va comparar el rendiment i la funcionalitat de quatre biberons intel·ligents disponibles comercialment. Els biberons són H2OPal, HidrateSpark Steel, HidrateSpark 3 i Thermos Smart Lid. Es van registrar i analitzar cent esdeveniments d'ingestió per biberó i es van comparar amb la realitat obtinguda a partir d'escales d'alta resolució. H2OPal té el percentatge mitjà d'error (MPE) més baix i és capaç d'equilibrar els errors en múltiples glops. HidrateSpark 3 proporciona els resultats més consistents i fiables amb els errors de glop més baixos per temps. Els valors MPE dels biberons HidrateSpark es van millorar encara més mitjançant la regressió lineal, ja que tenien valors d'error individuals més consistents. El Thermos Smart Lid va ser el menys precís, ja que el sensor no s'estenia per tota l'ampolla, cosa que va provocar la pèrdua de molts registres.
La deshidratació és un problema molt greu perquè pot provocar complicacions adverses, com ara confusió, caigudes, hospitalització i mort. L'equilibri de la ingesta de líquids és important, especialment en adults grans i persones amb afeccions mèdiques subjacents que afecten la regulació de líquids. Es recomana als pacients amb risc de formació recurrent de càlculs que consumeixin grans quantitats de líquids. Per tant, controlar la ingesta de líquids és un mètode útil per determinar si s'està prenent una ingesta de líquids adequada1,2. Hi ha molts intents a la literatura per crear informes de sistemes o dispositius que poden ajudar a controlar i gestionar la ingesta de líquids. Malauradament, la majoria d'aquests estudis no van donar lloc a un producte disponible comercialment. Les ampolles al mercat estan dirigides principalment a atletes recreatius o adults conscients de la salut que busquen afegir hidratació. En aquest article, vam intentar determinar si les ampolles d'aigua comunes disponibles comercialment són una solució viable per a investigadors i pacients. Vam comparar quatre ampolles d'aigua comercials pel que fa al rendiment i la funcionalitat. Les ampolles són HidrateSpark 34, HidrateSpark Steel5, H2O Pal6 i Thermos Smart Lid7, tal com es mostra a la Figura 1. Aquestes ampolles van ser escollides perquè són una de les quatre úniques ampolles populars que són (1) disponibles per a la compra al Canadà i (2) tenen dades de volum de begudes accessibles a través de l'aplicació mòbil.
Imatges d'ampolles comercials analitzades: (a) HidrateSpark 34, (b) HidrateSpark Steel5, (c) H2OPal6, (d) Thermos Smart Lid7. El requadre vermell amb punts discontinus mostra la ubicació del sensor.
De les ampolles esmentades, només les versions anteriors d'HidrateSpark han estat validades en la investigació8. L'estudi va trobar que l'ampolla HidrateSpark tenia una precisió del 3% en la mesura de la ingesta total durant un període de 24 hores d'ingesta de líquids. HidrateSpark també s'ha utilitzat en estudis clínics per controlar la ingesta en pacients amb càlculs renals9. Des de llavors, HidrateSpark ha desenvolupat noves ampolles amb diferents sensors. L'H2OPal s'ha utilitzat en altres estudis per controlar i promoure la ingesta de líquids, però cap estudi específic ha validat el seu rendiment2,10. Pletcher et al. Es van comparar les característiques geriàtriques i la informació disponible en línia per a diverses ampolles comercials, però no van realitzar cap validació de la seva precisió11.
Les quatre ampolles comercials inclouen una aplicació pròpia gratuïta per mostrar i emmagatzemar esdeveniments d'ingestió transmesos per Bluetooth. L'HidrateSpark 3 i el Thermos Smart Lid tenen el sensor al mig de l'ampolla, possiblement utilitzant un sensor capacitiu, mentre que l'HidrateSpark Steel i l'H2Opal tenen un sensor a la part inferior, utilitzant un sensor de càrrega o pressió. La ubicació del sensor es mostra al quadre vermell discontinu de la Figura 1. A la Thermos Smart Lid, el sensor no pot arribar al fons del recipient.
Cada ampolla es prova en dues fases: (1) una fase de succió controlada i (2) una fase de vida lliure. En ambdues fases, els resultats registrats per l'ampolla (obtinguts de l'aplicació mòbil del producte utilitzada a Android 11) es van comparar amb la realitat obtinguda mitjançant una bàscula de 5 kg (Starfrit Electronic Kitchen Scale 93756). Totes les ampolles es van calibrar abans de recollir dades mitjançant l'aplicació. A la Fase 1, es van mesurar mides de glops de 10 mL a 100 mL de 10 mL a 100 mL en ordre aleatori, 5 mesures cadascuna, per a un total de 50 mesures per vial. Aquests esdeveniments no són esdeveniments reals de beguda en humans, sinó que es vessen perquè la quantitat de cada glop es pugui controlar millor. En aquesta etapa, recalibreu l'ampolla si l'error de glop és superior a 50 mL i torneu a emparellar si l'aplicació perd la connexió bluetooth amb l'ampolla. Durant la fase de vida lliure, un usuari beu aigua lliurement d'una ampolla durant el dia i tria diferents glops. Aquesta fase també inclou 50 glops al llarg del temps, però no tots seguits. Per tant, cada ampolla té un conjunt de dades d'un total de 100 mesures.
Per determinar la ingesta total de líquids i garantir una hidratació diària adequada, és més important tenir mesures precises de la ingesta volumètrica durant tot el dia (24 hores) que no pas cada glop. Tanmateix, per identificar senyals d'intervenció ràpida, cada glop ha de tenir un error baix, tal com es va fer a l'estudi de Conroy et al. 2. Si el glop no es registra o es registra malament, és crucial que l'ampolla pugui equilibrar el volum en el següent registre. Per tant, l'error (volum mesurat - volum real) s'ajusta manualment. Per exemple, suposem que el subjecte va beure 10 mL i l'ampolla va informar de 0 mL, però després el subjecte va beure 20 mL i l'ampolla va informar d'un total de 30 mL, l'error ajustat seria de 0 mL.
La Taula 1 enumera diverses mètriques de rendiment per a cada ampolla considerant dues fases (100 glops). L'error percentual mitjà (MPE) per glop, l'error absolut mitjà (MAE) per glop i l'MPE acumulatiu es calculen de la manera següent:
on \({S}_{act}^{i}\) i \({S}_{est}^{i}\) són les ingestes reals i estimades de \({i}_{th}\) glop, i \(n\) és el nombre total de glops. \({C}_{act}^{k}\) i \({C}_{est}^{k}\) representen la ingesta acumulada dels últims \(k\) glops. El MPE per glop analitza el percentatge d'error per a cada glop individual, mentre que el MPE acumulatiu analitza el percentatge d'error total al llarg del temps. Segons els resultats de la Taula 1, H2OPal té el nombre més baix de registres perduts, el MPE per glop més baix i el MPE acumulatiu més baix. L'error mitjà és millor que l'error absolut mitjà (MAE) com a mètrica de comparació a l'hora de determinar la ingesta total al llarg del temps. Perquè il·lustra la capacitat de l'ampolla per recuperar-se de mesures deficients al llarg del temps mentre registra mesures posteriors. El MAE per glop també s'inclou. en aplicacions on la precisió de cada glop és important perquè calcula l'error absolut de cada glop. L'MPE acumulatiu també mesura com de bé estan equilibrades les mesures al llarg de la fase i no penalitza ni un sol glop. Una altra observació va ser que 3 de les 4 ampolles van subestimar la ingesta de volum per boca que es mostra a la Taula 1 amb nombres negatius.
Els coeficients de correlació de Pearson R-quadrat per a totes les ampolles també es mostren a la Taula 1. HidrateSpark 3 proporciona el coeficient de correlació més alt. Tot i que HidrateSpark 3 té alguns registres perduts, la majoria són de boques petites (El diagrama de Bland-Altman de la Figura 2 també confirma que HidrateSpark 3 té el límit de concordança (LoA) més petit en comparació amb les altres tres ampolles. El LoA analitza com de bé coincideixen els valors reals i mesurats. A més, gairebé totes les mesures es van situar en el rang LoA, cosa que confirma que aquesta ampolla proporciona resultats consistents, com es mostra a la Figura 2c. Tanmateix, la majoria dels valors són inferiors a zero, cosa que significa que la mida del glop sovint es subestima. El mateix passa amb HidrateSpark Steel a la Figura 2b, on la majoria dels valors d'error són negatius. Per tant, aquestes dues ampolles proporcionen el MPE i el MPE acumulatiu més alts en comparació amb H2Opal i Thermos Smart Lid, amb errors distribuïts per sobre i per sota de 0, com es mostra a la Fig. 2a,d.
Gràfics de Bland-Altman de (a) H2OPal, (b) HidrateSpark Steel, (c) HidrateSpark 3 i (d) Thermos Smart Lid. La línia discontínua representa l'interval de confiança al voltant de la mitjana, calculat a partir de la desviació estàndard de la Taula 1.
HidrateSpark Steel i H2OPal van tenir desviacions estàndard similars de 20,04 mL i 21,41 mL, respectivament. Les figures 2a, b també mostren que els valors d'HidrateSpark Steel sempre reboten al voltant de la mitjana, però generalment es mantenen dins de la regió LoA, mentre que H2Opal té més valors fora de la regió LoA. La desviació estàndard màxima de la Thermos Smart Lid va ser de 35,42 mL, i més del 10% de les mesures van ser fora de la regió LoA que es mostra a la Figura 2d. Aquesta ampolla va proporcionar l'error mitjà Sip més petit i una MPE acumulada relativament petita, tot i tenir la majoria de registres perduts i la desviació estàndard més gran. La Thermos SmartLid té molts registres perduts perquè la palla del sensor no s'estén fins al fons del recipient, cosa que provoca registres perduts quan el contingut de líquid està per sota de la vareta del sensor (~80 mL). Això hauria de conduir a una subestimació de la ingesta de líquids; Tanmateix, Thermos va ser l'única ampolla amb un MPE i un error mitjà de glop positius, cosa que implica que l'ampolla va sobreestimar la ingesta de líquids. Per tant, la raó per la qual l'error mitjà de glop de Thermos és tan baix és perquè la mesura està sobreestimada per a gairebé totes les ampolles. Quan es fa la mitjana d'aquestes sobreestimacions, incloent-hi molts glops perduts que no es registren en absolut (o "subestimats"), el resultat mitjà s'equilibra. En excloure els registres perduts del càlcul, l'error mitjà de glop es va convertir en +10,38 mL, cosa que confirma una gran sobreestimació d'un sol glop. Tot i que això pot semblar positiu, l'ampolla és en realitat inexacta en les estimacions de glops individuals i no és fiable perquè passa per alt molts esdeveniments de consum. A més, com es mostra a la Figura 2d, Thermos SmartLid sembla augmentar l'error a mesura que augmenta la mida del glop.
En definitiva, H2OPal va ser la més precisa a l'hora d'estimar els glops al llarg del temps i la manera més fiable de mesurar la majoria dels registres. La tapa intel·ligent Thermos va ser la menys precisa i va fallar més glops que les altres ampolles. L'ampolla HidrateSpark 3 va tenir valors d'error més consistents, però va subestimar la majoria dels glops, cosa que va resultar en un rendiment deficient al llarg del temps.
Resulta que l'ampolla pot tenir algun desplaçament que es pot compensar mitjançant un algoritme de calibratge. Això és especialment cert per a l'ampolla HidrateSpark, que té una petita desviació estàndard d'error i sempre subestima un sol glop. Es va utilitzar un mètode de mínims quadrats (LS) amb les dades de l'etapa 1, excloent qualsevol registre que faltés per obtenir valors de desplaçament i guany. L'equació resultant es va utilitzar per a la ingesta de glops mesurada a la segona etapa per calcular el valor real i determinar l'error calibrat. La taula 2 mostra que el calibratge va millorar l'error mitjà del glop per a dues ampolles HidrateSpark, però no per a H2OPal o Thermos Smart Lid.
Durant la Fase 1, on es realitzen totes les mesures, cada ampolla es reomple diverses vegades, de manera que el MAE calculat pot veure's afectat pel nivell d'ompliment de l'ampolla. Per determinar-ho, cada ampolla es divideix en tres nivells, alt, mitjà i baix, segons el volum total de cada ampolla. Per a les mesures de la Fase 1, es va realitzar una prova ANOVA unidireccional per determinar si els nivells eren significativament diferents en error absolut. Per a HidrateSpark 3 i Steel, els errors per a les tres categories no són significativament diferents. Hi va haver una diferència significativa al límit (p Es van realitzar proves t bilaterals per comparar els errors de l'etapa 1 i l'etapa 2 per a cada ampolla. Vam aconseguir p > 0,05 per a totes les ampolles, la qual cosa significa que els dos grups no eren significativament diferents. Tanmateix, es va observar que les dues ampolles HidrateSpark van perdre un nombre molt més elevat d'enregistraments a l'etapa 2. Per a H2OPal, el nombre d'enregistraments perduts va ser gairebé igual (2 vs. 3), mentre que per a Thermos SmartLid hi va haver menys enregistraments perduts (6 vs. 10). Com que totes les ampolles HidrateSpark van millorar després de la calibració, també es va realitzar una prova t després de la calibració. Per a HidrateSpark 3, hi ha una diferència significativa en els errors entre l'etapa 1 i l'etapa 2 (p = 0,046). Això és més probable degut al nombre més elevat de registres perduts a l'etapa 2 en comparació amb l'etapa 1.
Aquesta secció proporciona informació sobre la usabilitat de l'ampolla i la seva aplicació, així com altra informació funcional. Si bé la precisió de l'ampolla és important, el factor d'usabilitat també és important a l'hora de triar una ampolla.
L'HidrateSpark 3 i l'HidrateSpark Steel estan equipats amb llums LED que recorden als usuaris que beguin aigua si no aconsegueixen els seus objectius tal com estaven previst, o que parpellegen un cert nombre de vegades al dia (establert per l'usuari). També es poden configurar perquè parpellegin cada vegada que l'usuari begui. L'H2OPal i el Thermos Smart Lid no tenen cap resposta visual per recordar als usuaris que beguin aigua. Tanmateix, totes les ampolles comprades tenen notificacions mòbils per recordar als usuaris que beguin a través de l'aplicació mòbil. El nombre de notificacions al dia es pot personalitzar a les aplicacions HidrateSpark i H2OPal.
HidrateSpark 3 i Steel utilitzen tendències lineals per guiar els usuaris sobre quan beure aigua i donen un objectiu suggerit per hora que els usuaris haurien d'assolir al final del dia. H2OPal i Thermos Smart Lid només proporcionen un objectiu total diari. En totes les ampolles, si el dispositiu no està connectat a l'aplicació mitjançant Bluetooth, les dades s'emmagatzemaran localment i es sincronitzaran després de l'emparellament.
Cap de les quatre ampolles se centra en la hidratació de la gent gran. A més, les fórmules que utilitzen les ampolles per determinar els objectius d'ingesta diària no estan disponibles, cosa que dificulta determinar si són adequades per a adults grans. La majoria d'aquestes ampolles són grans i pesades i no estan fetes a mida per a gent gran. L'ús d'aplicacions mòbils tampoc pot ser ideal per a adults grans, tot i que pot ser útil perquè els investigadors recopilin dades de forma remota.
No totes les ampolles poden determinar si el líquid s'ha consumit, s'ha llençat o s'ha vessat. També cal col·locar totes les ampolles sobre una superfície després de cada glop per registrar amb precisió la ingesta. Això significa que es poden perdre begudes si no es deixa l'ampolla, sobretot en omplir-la.
Una altra limitació és que el dispositiu s'ha de tornar a emparellar periòdicament amb l'aplicació per sincronitzar les dades. El termos s'havia de tornar a emparellar cada vegada que s'obria l'aplicació, i l'ampolla HidrateSpark sovint tenia dificultats per trobar una connexió Bluetooth. L'H2OPal és més fàcil de tornar a emparellar amb l'aplicació si es perd la connexió. Totes les ampolles es calibren abans que comencin les proves i s'han de recalibrar almenys una vegada durant el procés. L'ampolla HidrateSpark i l'H2OPal s'han de buidar i omplir completament per a la calibració.
No totes les ampolles tenen l'opció de descarregar o desar dades a llarg termini. A més, no es pot accedir a cap d'elles a través de l'API.
L'HidrateSpark 3 i l'H2OPal utilitzen bateries de liti-ió reemplaçables, l'HidrateSpark Steel i el Thermos SmartLid utilitzen bateries recarregables. Tal com indica el fabricant, la bateria recarregable hauria de durar fins a 2 setmanes amb una càrrega completa, però s'ha de recarregar gairebé setmanalment quan s'utilitza molt el Thermos SmartLid. Això és una limitació, ja que molta gent no es recorda de recarregar l'ampolla regularment.
Hi ha diversos factors que poden influir en l'elecció d'una ampolla intel·ligent, especialment quan l'usuari és una persona gran. El pes i el volum de l'ampolla és un factor important, ja que ha de ser fàcil d'utilitzar per a persones grans fràgils. Com s'ha esmentat anteriorment, aquestes ampolles no estan fetes per a persones grans. El preu i la quantitat de líquid per ampolla també és un altre factor. La Taula 3 mostra l'alçada, el pes, el volum de líquid i el preu de cada ampolla. Thermos Smart Lid és la més barata i lleugera, ja que està feta completament de plàstic més lleuger. També conté la major quantitat de líquids en comparació amb les altres tres ampolles. Per contra, H2OPal va ser la més alta, pesada i cara de les ampolles de recerca.
Les ampolles intel·ligents disponibles comercialment són útils per als investigadors perquè no cal crear prototips de nous dispositius. Tot i que hi ha moltes ampolles d'aigua intel·ligents disponibles, el problema més comú és que els usuaris no tenen accés a les dades o als senyals en brut, i només es mostren alguns resultats a l'aplicació mòbil. Cal desenvolupar una ampolla intel·ligent àmpliament utilitzada amb alta precisió i dades totalment accessibles, especialment una adaptada a la gent gran. De les quatre ampolles provades, l'H2OPal de fàbrica va tenir el MPE Sip més baix, el MPE acumulatiu i el nombre de registres perduts. L'HidrateSpark 3 té la linealitat més alta, la desviació estàndard més petita i el MAE més baix. L'HidrateSpark Steel i l'HidrateSpark 3 es poden calibrar manualment per reduir l'error mitjà Sip mitjançant el mètode LS. Per a registres de glops més precisos, l'HidrateSpark 3 és l'ampolla preferida, mentre que per a mesures més consistents al llarg del temps, l'H2OPal és la primera opció. El Thermos SmartLid va tenir el rendiment menys fiable, va tenir la majoria de glops perduts i va sobreestimar els glops individuals.
L'estudi no està exempt de limitacions. En escenaris del món real, molts usuaris beuran d'altres recipients, especialment líquids calents, begudes comprades a la botiga i alcohol. Els treballs futurs haurien d'avaluar com el factor de forma de cada ampolla afecta els errors per guiar el disseny d'ampolles d'aigua intel·ligents.
Rule, AD, Lieske, JC i Pais, VM Jr. 2020. Maneig dels càlculs renals. JAMA 323, 1961–1962. https://doi.org/10.1001/jama.2020.0662 (2020).
Conroy, DE, West, AB, Brunke-Reese, D., Thomaz, E. i Streeper, NM Intervenció adaptativa oportuna per promoure el consum de líquids en pacients amb càlculs renals. Health Psychology. 39, 1062 (2020).
Cohen, R., Fernie, G., i Roshan Fekr, A. Sistemes de control de la ingesta de líquids en la gent gran: una revisió bibliogràfica. Nutrients 13, 2092. https://doi.org/10.3390/nu13062092 (2021).
Inc, H. Ampolla d'aigua intel·ligent HidrateSpark 3 i aplicació gratuïta de seguiment d'hidratació – Negre https://hidratespark.com/products/black-hidrate-spark-3. Consultat el 21 d'abril de 2021.
Ampolla d'aigua intel·ligent d'acer inoxidable aïllada HidrateSpark STEEL i aplicació – Hidrate Inc. https://hidratespark.com/products/hidratespark-steel. Consultat el 21 d'abril de 2021.
Ampolla d'hidratació connectada Thermos® amb tap intel·ligent. https://www.thermos.com/smartlid. Consultat el 9 de novembre de 2020.
Borofsky, MS, Dauw, CA, York, N., Terry, C. i Lingeman, JE Precisió de la mesura de la ingesta diària de líquids mitjançant una ampolla d'aigua "intel·ligent". Urolithiasis 46, 343–348. https://doi.org/10.1007/s00240-017-1006-x (2018).
Bernard, J., Song, L., Henderson, B. i Tasian, GE. Associació entre la ingesta diària d'aigua i la producció d'orina de 24 hores en adolescents amb càlculs renals. 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. Realitat i percepció: monitorització de l'activitat i recopilació de dades en llars intel·ligents del món real. A les Actes de la Conferència IEEE SmartWorld de 2017, Intel·ligència i computació ubicues, computació avançada i fiable, computació i comunicacions escalables, computació al núvol i grans dades, Internet de les persones i innovació en ciutats intel·ligents (SmartWorld/SCALCOM/UIC/ATC/CBDCom/IOP/SCI), 1-6 (IEEE, 2017).
Pletcher, DA et al. Un dispositiu interactiu per beure aigua dissenyat per a gent gran i pacients d'Alzheimer. En una demanda sobre el costat humà de les tecnologies de la informació per a la població gran. Social Media, Games, and Assisted Environments (eds. Zhou, J. i Salvendy, G.) 444–463 (Springer International Publishing, 2019).
Aquest treball ha estat finançat per una beca de la Fundació dels Instituts Canadencs de Recerca en Salut (CIHR) (FDN-148450). El Dr. Fernie va rebre el finançament com a Càtedra Creaghan de Prevenció Familiar i Tecnologia Mèdica.
Kite Institute, Institut de Rehabilitació de Toronto – Xarxa Universitària de Salut, Toronto, Canadà
Conceptualització – RC; Metodologia – RC, AR; Escriptura – Preparació del manuscrit – RC, AR; Escriptura – Revisió i edició, GF, AR; Supervisió – AR, GF Tots els autors han llegit i estan d'acord amb la versió publicada del manuscrit.
Springer Nature es manté neutral pel que fa a les reclamacions jurisdiccionals de mapes publicats i afiliacions institucionals.
Accés obert Aquest article està subjecte a la llicència Creative Commons Attribution 4.0 International, que permet l'ús, la compartició, l'adaptació, la distribució i la reproducció en qualsevol mitjà o format, sempre que es doni el crèdit adequat a l'autor i la font originals, es proporcioni una llicència Creative Commons i s'indiqui si s'hi han fet canvis. Les imatges o altres materials de tercers d'aquest article s'inclouen sota la llicència Creative Commons de l'article, tret que s'indiqui el contrari als crèdits del material. Si el material no està inclòs a la llicència Creative Commons de l'article i l'ús previst no està permès per llei o reglament o supera el que està permès, haureu d'obtenir permís directament del titular dels drets d'autor. Per veure una còpia d'aquesta llicència, visiteu http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
Cohen, R., Fernie, G., i Roshan Fekr, A. Monitorització de la ingesta de líquids en ampolles d'aigua intel·ligents disponibles comercialment. Science Rep 12, 4402 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-08335-5
En enviar un comentari, acceptes complir els nostres Termes i Directrius de la comunitat. Si veus contingut abusiu o contingut que no compleix els nostres termes o directrius, marca'l com a inadequat.