VIDENSKABELIG UDVIKLING OG EVALUERING AF POLAR OWNCAL® FUNKTION

Exercise Science and R&D/Research, Polar Electro Oy
Opdateret 05/2004

Energiforbrugs registreringen i Polars pulsmålere kaldes OwnCal (i M-seriens pulsmålere og A5) eller OwnCalS i S-seriens pulsmålere og er baseret på en række formler udviklet og evalueret i en række af forsøgs projekter.
Polar Electro OY begyndte denne research i samarbejde med UKK Institut, Tampere, Finland i 1995. Senere blev institut for human biologi ved universitetet i Maastricht, Holland inddraget i projektet. Det første projekt var et sammenlignende studie omkring metoder til registrering af energiforbrug (Fogelholm et al. 1998). I dette studie blev dobbeltmærkede vand målinger udført på overvægtige kvinder og sammenlignet med accelerometer, Fitty3 pedometer, heart rate monitoring (Polar PE-3000), fysisk aktivitets kalender og mad dagbog. Puls sammen med individuel HR-EE (energi forbrug) formler, gav en neutral estimering af dagligt energiforbrug hos overvægtige kvinder uanset store individuelle fejl i visse tilfælde. Det blev konkluderet at det kritiske punkt ved at benytte puls til måling af total dagligt energiforbrug er (1) valget af FLEX-point (sondring mellem puls i hvile og aktivitet EE) og (2) sondring mellem aktivitetspuls versus emotionel relateret Puls over FLEX-point.

Efter studiet beskrevet ovenfor, blev det overvejet at løse sammenhængen mellem trænings energiforbrug og træningspuls. Totalt set 86 kvinder og mænd blev målt på et cykelergometer og under gang i en gradueret trænings protokol for at definere puls/energi forbrugs relationen. Som et resultat blev en generel kønsrelateret specifik regressionsligning inkluderende alder, vægt og puls udviklet for at vurdere energiforbruget under træning for voksne. (Hiilloskorpi et al. 1997,1999b). Reference målet for EE i laboratoriet var en gas analyse baseret på Weir equation (1949). Forudselsen gav r2 af 0.70 under gang. Middel afvigelsen mellem den estimerede og den målte EE under gang var 0,4 kcal/min og usikkerhedsintervallet (middel±2SD) var mellem -4 og 3 kcal/min. I et validerings studie var den målte EE underestimeret med 2,7 % hos kvinder og 6,5 % hos mænd I gennemsnit under gang. I cykling var de korresponderende værdier over de estimerede med 5,4 % og 18 % respektive. Uanset det relativt høje overestimering hos mænd under cykling, var de opnåede EE estimerings nøjagtigheder tilfredsstillende. Nøjagtigheden var bedre en nogen anden kommerciel tilgængelig estimerings metoder i mark studier. (aktivitets målere, accelerometre, skridttællere) kan fremvise. Polar valgte at optage dette til teknisk udvikling af OwnCal funktionen.

Efter dette basis forsøg blev regressions ligningerne udviklet og kryds valideret i et forsøg med 135 voksne ved Cooper Institute for Aerobics Research (unpublished). I disse data er middelafvigelsen mellem den estimerede og målte EE 2% hos kvinder og 10 % hos mænd under varieret gang/løb.

Derudover blev SmartEdge^TM pulsmåleren som prototype udviklet for at studere nøjagtigheden af energiforbrugs beregningerne på 50 voksne i felten under gang/løb og cykling (Hiilloskorpi et al. 1998). Resultaterne viste at middel differencen mellem energiforbrug estimeret af Polar SmartEdge^TM og målte værdier (Cosmed K4). Energiforbruget var hos kvinder under cykling og gang 2,5 kcal/min. og hos mænd under cykling 1,2 kcal/min. og under gang 1,1 kcal/min. Hos 2/3 af forsøgspersonerne varierede det estimerede energiforbrug fra det målte forbrug med mindre end 15 % hos kvinder og hos mænd mindre end 14 % under cykling og 12 % ved gang. Forskellen mellem målingerne med gas analysen (Medikro i laboratoriet, Cosmed i felt målingerne) gjorde fortolkningen af resultaterne lidt slørede og forklarer delvist de lavere værdier I estimeringerne hos begge køn i dette forsøg. (Hiilloskorpi et al. 1999a). imidlertid baseret på resultaterne blev det konkluderet at uanset underestimering , gav EE beregningerne der var indbygget i SmartEdge^TM et estimat af trænings EE som er tilfredsstillende præcist for sunde voksne.

OwnCal formlerne er blevet yderligere valideret i 2 studier. Til sammen blev 40 sunde voksne målt på løbebånd og cykel ergometer ved Paavo Nurmi Centre, Turku, Finland (Kapanen et al. 2000). Formlerne blev valideret på pulsniveau mellem 120-165. Hos mænd blev middelafvigelsen mellem den målte og den estimerede EE var omkring 2 kcal/min ved cykling og omkring 1 kcal/min. ved gang/løb. Hos kvinder var de korresponderende værdier mindre end 0,5 kcal/min. både ved cykling og ved gang/løb. I alle andre tilfælde undtagen for kvinder under gang/løb, var SmartEdge^TM estimeringerne en smule over estimerede.

I et andet forsøg af over 100 voksne ved Sports Science Institute of South-Africa, Cape Town (Keytel et al., in press), var SmartEdge^TM EE estimeringerne ved lavere trænings intensiteter (<10 kcal/min.) med en rimelig nøjagtighed. (Middelafvigelse 1,6 kcal/min)

Da OwnCal udviklingen var fokuseret på mennesker med mindre til moderat kondition, var næste trin at opdatere EE estimeringen til at blive mere præcis hos individer med større kondition. Dette resulterede I udviklingen af OwnCalS. OwnCalS estimerede EE fra træningspuls og individuel HRmaks and VO2maks (målt eller estimeret værdi).
Udviklingsgruppen bestod af 105 20-29 år gamle mænd og kvinder (data samlet I samarbejde med Cooper Institute, Dallas, Texas). Den udviklede model blev yderligere valideret på 101 mænd og kvinder (data indsamlet I samarbejde med UKK Institute, Tampere, Finland). Alle forsøgspersoner gennemgik en løbebånds maks. Test med kontinuerlig pulsmåling og udåndings gas måling. I valideringsdata er fejlen af den estimerede (middel +SD) OwnCalS -0.7+1.3 og -0.3+0.8 kcal/min og standard afvigelsen på den estimerede 1.4 og 0,9 kcal/min hos mænd og kvinder respektivt (Kinnunen et al. 2000), hvilket kan tolkes som god nøjagtighed for EE estimeringen opnået med OwnCalS.

Derudover er Polars OwnCal blevet udviklet til vægtregulerings formål og dets nøjagtighed er blevet valideret hos 40 overvægtige (mænd og kvinder) voksne. (Hills et al., unpublished 2003). Forsøget viste at ved konstant gå hastighed på 5,6 km./t under et 4 min, trænings pas viste Polars OwnCal I WM4 26,8(3,3) Kcal i gennemsnit, mens gas analyse viste 30(6,3) kcal ved tilsvarende arbejde.

I Physical Activity and Health: a Report of the Surgeon General (U.S. Department of Health and Human Services 1996) fastslås det at aktivitet der fører til en daglig øgning af energiforbruget med ca. 150 kcal/dag, svarende til ca. 1000 kcal/uge, medfører store helbredsfordele. OwnCal tilbyder et brugbart alternativ til opnåelse af træningsdosis i kilo kalorier.

REFERENCER

Fogelholm M, Hiilloskorpi H, Laukkanen R, Oja P, Van Marken Lichtenbelt W, Westerterp K. Assessment of physical activity and energy expenditure in overweight women. Med Sci Sports Exerc 30(8), 1191-1197, 1998.

Hiilloskorpi H, Fogelholm M, Laukkanen R, Oja P, Natri A, Mänttäri A. Factors affecting the relation between heart rate and energy expenditure. International Congress of Movement and Sport in the Life-Cycle of Woman, Lahti, Finland. Book of Abstracts, nr 31, 1997.

Hiilloskorpi H, Fogelholm M, Laukkanen R, Pasanen M, Oja P. Validation of gender spesific equations for predicting energy expenditure during exercise. Med Sci Sports Exerc 30(5), 330, 1998.

Hiilloskorpi H, Mänttäri A, Fogelholm M, Pasanen M, Laukkanen R. The comparison between three different gas-analysers. Med Sci Sports Exerc 31(5), nr 1787, 1999a.

Hiilloskorpi H, Fogelholm M, Laukkanen R, Pasanen M, Oja P, Mänttäri A, Natri A. Factors affecting the relation between heart rate and energy expenditure during exercise. Int J Sports Med, 20, 438-443, 1999b.

Kapanen J, Laukkanen R, Hiilloskorpi H, Fogelholm M, Heinonen O. Estimation of EE during exercise by equation based on heart rate. Med Sci Sports Exerc 32(5), nr 984, 2000.

Keytel L, Goedecke J, Noakes T, Hiilloskorpi H, Laukkanen R. Van Der Merwe L, Lambert V. Prediction of energy expenditure from heart rate monitoring during submaximal exercise. Journal of Sport Sciences (in press,2004).

Kinnunen H, Nissilä S. Estimation of exercise energy expenditure from heart rate and aerobic capacity. Proceedings of 5th Annual Congress of the ECSS, Jyväskylä, Finland, 19-23 July 2000, p 395.

U.S. Department of Health and Human Services. Physical Activity and Health: A Report of the Surgeon General. Atlanta, GA: U.S. Department of Health and Human Services, Centers for Disease Control and Prevention, National Center for Chronic Disease Prevention and Health Promotion, 1996, p 147.

Weir J. New methods for calculating metabolic rate with special reference to protein metabolism. J Physiol 109, 1-9, 1949.

.