Sledujte příjem tekutin pomocí komerčně dostupných chytrých lahví na vodu

Děkujeme za návštěvu webu Nature.com. Verze prohlížeče, kterou používáte, má omezenou podporu pro CSS. Pro dosažení nejlepšího zážitku doporučujeme používat aktualizovaný prohlížeč (nebo vypnout režim kompatibility v prohlížeči Internet Explorer). Mezitím budeme web zobrazovat bez stylů a JavaScriptu, abychom zajistili jeho nepřetržitou podporu.
Příjem tekutin je důležitý pro prevenci dehydratace a snížení počtu opakovaných ledvinových kamenů. V posledních letech existuje trend vyvíjet nástroje pro sledování příjmu tekutin pomocí „chytrých“ produktů, jako jsou chytré lahve. Existuje několik komerčně dostupných chytrých kojeneckých lahví, zaměřených především na dospělé, kteří dbají na své zdraví. Pokud je nám známo, tyto lahve nebyly v literatuře validovány. Tato studie porovnávala výkon a funkčnost čtyř komerčně dostupných chytrých kojeneckých lahví. Jedná se o lahve H2OPal, HidrateSpark Steel, HidrateSpark 3 a Thermos Smart Lid. Bylo zaznamenáno a analyzováno sto událostí požití na lahev a porovnáno s údaji získanými z vah s vysokým rozlišením. H2OPal má nejnižší průměrnou procentuální chybu (MPE) a je schopen vyvážit chyby napříč více doušky. HidrateSpark 3 poskytuje nejkonzistentnější a nejspolehlivější výsledky s nejnižšími chybami doušků za čas. Hodnoty MPE lahví HidrateSpark byly dále vylepšeny pomocí lineární regrese, protože měly konzistentnější individuální hodnoty chyb. Thermos Smart Lid byl nejméně přesný, protože senzor se nerozkládal přes celou lahev, což způsobovalo ztrátu mnoha záznamů.
Dehydratace je velmi vážný problém, protože může vést k nežádoucím komplikacím, včetně zmatenosti, pádů, hospitalizace a úmrtí. Rovnováha příjmu tekutin je důležitá, zejména u starších dospělých a lidí s chronickými onemocněními, která ovlivňují regulaci tekutin. Pacientům s rizikem opakované tvorby kamenů se doporučuje konzumovat velké množství tekutin. Proto je sledování příjmu tekutin užitečnou metodou k určení, zda je příjem tekutin dostatečný1,2. V literatuře existuje mnoho pokusů o vytvoření zpráv o systémech nebo zařízeních, které mohou pomoci sledovat a řídit příjem tekutin. Většina těchto studií bohužel nevedla ke komerčně dostupnému produktu. Lahve na trhu jsou primárně určeny pro rekreační sportovce nebo dospělé, kteří dbají na své zdraví a chtějí si doplnit hydrataci. V tomto článku jsme se zaměřili na to, zda jsou běžné, komerčně dostupné lahve na vodu životaschopným řešením pro výzkumníky a pacienty. Porovnali jsme čtyři komerční lahve na vodu z hlediska výkonu a funkčnosti. Lahve jsou HidrateSpark 34, HidrateSpark Steel5, H2O Pal6 a Thermos Smart Lid7, jak je znázorněno na obrázku 1. Tyto lahve byly vybrány, protože jsou jedním z mála čtyř populárních lahví, které jsou... (1) k dispozici ke koupi v Kanadě a (2) mají data o objemu doušků přístupná prostřednictvím mobilní aplikace.
Obrázky analyzovaných komerčních lahví: (a) HidrateSpark 34, (b) HidrateSpark Steel5, (c) H2OPal6, (d) Thermos Smart Lid7. Červený přerušovaný rámeček znázorňuje umístění senzoru.
Z výše uvedených lahví byly ve výzkumu validovány pouze předchozí verze HidrateSpark8. Studie zjistila, že lahev HidrateSpark byla přesná s odchylkou do 3 % od celkového příjmu tekutin během 24hodinového období. HidrateSpark byl také použit v klinických studiích k monitorování příjmu u pacientů s ledvinovými kameny9. Od té doby HidrateSpark vyvinul nové lahve s různými senzory. H2OPal byl použit v jiných studiích ke sledování a podpoře příjmu tekutin, ale žádné specifické studie neověřily jeho výkonnost2,10. Pletcher a kol. Geriatrické vlastnosti a informace dostupné online byly porovnány u několika komerčních lahví, ale nebyla provedena žádná validace jejich přesnosti11.
Všechny čtyři komerční lahve obsahují bezplatnou proprietární aplikaci pro zobrazování a ukládání událostí požití přenášených přes Bluetooth. HidrateSpark 3 a Thermos Smart Lid mají senzor uprostřed lahve, pravděpodobně s využitím kapacitního senzoru, zatímco HidrateSpark Steel a H2Opal mají senzor na dně, který využívá senzor zatížení nebo tlaku. Umístění senzoru je znázorněno v červeném přerušovaném rámečku na obrázku 1. U Thermos Smart Lid senzor nedosáhne dna nádoby.
Každá láhev je testována ve dvou fázích: (1) fáze kontrolovaného sání a (2) fáze volného provozu. V obou fázích byly výsledky zaznamenané láhví (získané z mobilní aplikace produktu používané v systému Android 11) porovnány se skutečnými údaji získanými pomocí váhy o hmotnosti 5 kg (elektronická kuchyňská váha Starfrit 93756). Všechny láhve byly kalibrovány před sběrem dat pomocí aplikace. Ve fázi 1 byly měřeny velikosti doušků od 10 ml do 100 ml v náhodném pořadí, 5 měření na lahvičku, celkem tedy 50 měření na lahvičku. Tyto události nejsou skutečnými událostmi pití u lidí, ale jsou nalévány tak, aby bylo možné lépe kontrolovat množství každého doušku. V této fázi láhev znovu kalibrujte, pokud je chyba doušku větší než 50 ml, a znovu ji spárujte, pokud aplikace ztratí připojení Bluetooth k lahvi. Během fáze volného provozu uživatel pije vodu volně z lahve během dne a vybírá si různé doušky. Tato fáze také zahrnuje 50 doušků v průběhu času, ale ne všechny... je v řadě. Každá láhev má tedy datovou sadu celkem 100 měření.
Pro stanovení celkového příjmu tekutin a zajištění správné denní hydratace je důležitější mít přesná měření objemového příjmu během celého dne (24 hodin) než každý doušek. Pro identifikaci okamžitých intervenčních signálů však musí mít každý doušek nízkou chybu, jak bylo provedeno ve studii Conroye a kol.2. Pokud doušek není zaznamenán nebo je zaznamenán špatně, je zásadní, aby lahev dokázala vyrovnat objem při dalším záznamu. Proto se chyba (naměřený objem – skutečný objem) upraví ručně. Předpokládejme například, že subjekt vypil 10 ml a lahev nahlásila 0 ml, ale poté subjekt vypil 20 ml a lahev nahlásila celkem 30 ml, upravená chyba by byla 0 ml.
Tabulka 1 uvádí různé výkonnostní metriky pro každou láhev s ohledem na dvě fáze (100 doušků). Průměrná procentuální chyba (MPE) na doušek, průměrná absolutní chyba (MAE) na doušek a kumulativní MPE se vypočítají následovně:
kde \({S}_{act}^{i}\) a \({S}_{est}^{i}\) jsou skutečný a odhadovaný příjem \({i}_{th}\) doušku a \(n\) je celkový počet doušků.\({C}_{act}^{k}\) a \({C}_{est}^{k}\) představují kumulativní příjem posledních \(k\) doušků. MPE doušku se zaměřuje na procentuální chybu pro každý jednotlivý doušek, zatímco kumulativní MPE se zaměřuje na celkovou procentuální chybu v čase. Podle výsledků v tabulce 1 má H2OPal nejnižší počet ztracených záznamů, nejnižší MPE doušku a nejnižší kumulativní MPE. Průměrná chyba je lepší než průměrná absolutní chyba (MAE) jako srovnávací metrika při určování celkového příjmu v čase, protože ilustruje schopnost lahve zotavit se ze špatných měření v průběhu času při zaznamenávání následných měření. MAE doušku se také používá v aplikacích, kde je důležitá přesnost každého doušku, protože vypočítává absolutní chybu každý doušek. Kumulativní MPE také měří, jak dobře jsou měření vyvážena napříč fází, a nepenalizuje jediný doušek. Dalším pozorováním bylo, že 3 ze 4 lahví podhodnotily objemový příjem na ústa uvedený v tabulce 1 zápornými čísly.
Pearsonovy korelační koeficienty R-kvadrát pro všechny lahve jsou také uvedeny v tabulce 1. HidrateSpark 3 poskytuje nejvyšší korelační koeficient. Ačkoli HidrateSpark 3 má některé chybějící záznamy, většina z nich jsou malá ústa (Bland-Altmanův graf na obrázku 2 také potvrzuje, že HidrateSpark 3 má nejmenší mez shody (LoA) ve srovnání s ostatními třemi lahvemi. LoA analyzuje, jak dobře se shodují skutečné a naměřené hodnoty. Dále téměř všechna měření byla v rozsahu LoA, což potvrzuje, že tato lahev poskytuje konzistentní výsledky, jak je znázorněno na obrázku 2c. Většina hodnot je však pod nulou, což znamená, že velikost sipu je často podhodnocena. Totéž platí pro HidrateSpark Steel na obrázku 2b, kde je většina chybových hodnot záporná. Tyto dvě lahve proto poskytují nejvyšší MPE a kumulativní MPE ve srovnání s H2Opal a Thermos Smart Lid, s chybami rozloženými nad a pod 0, jak je znázorněno na obr. 2a,d.
Bland-Altmanovy grafy pro (a) H2OPal, (b) HidrateSpark Steel, (c) HidrateSpark 3 a (d) Thermos Smart Lid. Čárkovaná čára představuje interval spolehlivosti kolem průměru, vypočítaný ze směrodatné odchylky v tabulce 1.
HidrateSpark Steel a H2OPal měly podobné směrodatné odchylky 20,04 ml a 21,41 ml. Obrázky 2a a b také ukazují, že hodnoty HidrateSpark Steel se vždy pohybují kolem průměru, ale obecně zůstávají v oblasti LoA, zatímco H2Opal má více hodnot mimo oblast LoA. Maximální směrodatná odchylka víka Thermos Smart Lid byla 35,42 ml a více než 10 % měření bylo mimo oblast LoA, jak je znázorněno na obrázku 2d. Tato láhev poskytla nejmenší průměrnou chybu SIP a relativně malou kumulativní MPE, a to i přes nejvyšší počet chybějících záznamů a největší směrodatnou odchylku. Thermos Smart Lid má mnoho chybějících záznamů, protože brčko senzoru nesahá až ke dnu nádoby, což způsobuje chybějící záznamy, když je obsah kapaliny pod senzorovou tyčinkou (~80 ml). To by mělo vést k podhodnocení příjmu tekutin; Termoska však byla jedinou lahví s kladnou MPE a průměrnou chybou doušku, což naznačuje, že lahev nadhodnocovala příjem tekutin. Důvodem, proč je průměrná chyba doušku u termosky tak nízká, je to, že měření je nadhodnoceno téměř u každé lahve. Když se tato nadhodnocení zprůměrují, včetně mnoha zmeškaných doušků, které nejsou vůbec zaznamenány (nebo „podhodnoceny“), je průměrný výsledek vyrovnaný. Po vyloučení zmeškaných záznamů z výpočtu se průměrná chyba doušku stala +10,38 ml, což potvrzuje velké nadhodnocení jednoho doušku. I když se to může zdát pozitivní, lahev je ve skutečnosti nepřesná v odhadech jednotlivých doušků a nespolehlivá, protože nezahrnuje mnoho událostí pití. Navíc, jak je znázorněno na obrázku 2d, zdá se, že Thermos SmartLid zvyšuje chybu s rostoucí velikostí doušku.
Celkově vzato byl H2OPal nejpřesnější v odhadování doušků v čase a nejspolehlivějším způsobem měření většiny záznamů. Chytré víko termosky bylo nejméně přesné a vynechalo více doušků než ostatní lahve. Láhev HidrateSpark 3 měla konzistentnější hodnoty chyb, ale podcenila většinu doušků, což vedlo ke špatnému výkonu v průběhu času.
Ukazuje se, že láhev může mít určitý offset, který lze kompenzovat pomocí kalibračního algoritmu. To platí zejména pro láhev HidrateSpark, která má malou směrodatnou odchylku chyby a vždy podhodnocuje jeden doušek. S daty z fáze 1 byla použita metoda nejmenších čtverců (LS), přičemž byly vyloučeny všechny chybějící záznamy, aby se získaly hodnoty offsetu a zesílení. Výsledná rovnice byla použita pro příjem doušků měřený ve druhé fázi k výpočtu skutečné hodnoty a ke stanovení kalibrované chyby. Tabulka 2 ukazuje, že kalibrace zlepšila průměrnou chybu doušku pro dvě láhve HidrateSpark, ale ne pro láhev H2OPal nebo Thermos Smart Lid.
Během fáze 1, kdy se provádějí všechna měření, se každá láhev několikrát doplňuje, takže vypočítaná MAE může být ovlivněna úrovní naplnění láhve. Pro stanovení této hodnoty je každá láhev rozdělena do tří úrovní: vysoká, střední a nízká, na základě celkového objemu každé láhve. Pro měření ve fázi 1 byl proveden jednocestný ANOVA test, aby se zjistilo, zda se úrovně významně lišily v absolutní chybě. U lahví HidrateSpark 3 a Steel se chyby pro tyto tři kategorie významně neliší. Pro lahve H2OPal a Thermos byl zjištěn hraničně významný rozdíl (p Pro porovnání chyb ve fázi 1 a fázi 2 pro každou lahev byly provedeny oboustranné t-testy. U všech lahví jsme dosáhli hodnoty p > 0,05, což znamená, že se obě skupiny významně nelišily. Bylo však pozorováno, že u dvou lahví HidrateSpark došlo ve fázi 2 k mnohem většímu počtu ztracených záznamů. U H2OPal byl počet ztracených záznamů téměř stejný (2 vs. 3), zatímco u Thermos SmartLid bylo ztracených záznamů méně (6 vs. 10). Vzhledem k tomu, že se všechny lahve HidrateSpark po kalibraci zlepšily, byl po kalibraci proveden také t-test. U HidrateSpark 3 je mezi fází 1 a fází 2 významný rozdíl v chybách (p = 0,046). To je pravděpodobnější kvůli vyššímu počtu chybějících záznamů ve fázi 2 ve srovnání s fází 1.
Tato část poskytuje informace o použitelnosti lahve a jejím použití, jakož i další funkční informace. Přesnost lahve je sice důležitá, ale při výběru lahve je důležitý i faktor použitelnosti.
HidrateSpark 3 a HidrateSpark Steel jsou vybaveny LED světly, která uživatelům připomínají, aby se napili vody, pokud nedosáhnou svých plánovaných cílů, nebo blikají určitý početkrát za den (nastaveno uživatelem). Lze je také nastavit tak, aby blikaly pokaždé, když uživatel pije. H2OPal a Thermos Smart Lid nemají žádnou vizuální zpětnou vazbu, která by uživatelům připomínala pití vody. Všechny zakoupené lahve však mají mobilní upozornění, která uživatelům připomínají pití prostřednictvím mobilní aplikace. Počet upozornění za den lze přizpůsobit v aplikacích HidrateSpark a H2OPal.
HidrateSpark 3 a Steel používají lineární trendy, které uživatelům ukazují, kdy pít vodu, a navrhují hodinový cíl, kterého by uživatelé měli dosáhnout do konce dne. H2OPal a Thermos Smart Lid poskytují pouze celkový denní cíl. U všech lahví, pokud zařízení není připojeno k aplikaci přes Bluetooth, budou data uložena lokálně a po spárování synchronizována.
Žádná ze čtyř lahví se nezaměřuje na hydrataci seniorů. Navíc složení lahví používaných k určení denních cílů příjmu není k dispozici, což ztěžuje určení, zda jsou vhodné pro starší dospělé. Většina těchto lahví je velká a těžká a není uzpůsobena pro seniory. Používání mobilních aplikací nemusí být pro starší dospělé ideální, i když pro výzkumníky může být užitečné pro vzdálený sběr dat.
Všechny lahve nedokážou určit, zda byla tekutina spotřebována, vyhozena nebo rozlita. Všechny lahve je také nutné po každém doušku umístit na povrch, aby se přesně zaznamenal příjem. To znamená, že pokud lahev není položena, může dojít k přehlédnutí nápojů, zejména při doplňování.
Dalším omezením je, že zařízení je nutné pravidelně znovu spárovat s aplikací, aby se synchronizovala data. Termosku bylo nutné znovu spárovat pokaždé, když se aplikace otevřela, a lahev HidrateSpark se často potýkala s nalezením připojení Bluetooth. H2OPal se nejsnadněji znovu spáruje s aplikací, pokud se spojení přeruší. Všechny lahve jsou před zahájením testování kalibrovány a během procesu je nutné je alespoň jednou znovu kalibrovat. Láhev HidrateSpark a H2OPal musí být pro kalibraci vyprázdněny a zcela naplněny.
Všechny lahve nemají možnost stahovat nebo dlouhodobě ukládat data. Také k žádné z nich nelze přistupovat prostřednictvím API.
HidrateSpark 3 a H2OPal používají vyměnitelné lithium-iontové baterie, HidrateSpark Steel a Thermos SmartLid používají dobíjecí baterie. Jak uvádí výrobce, dobíjecí baterie by měla na plné nabití vydržet až 2 týdny, nicméně při intenzivním používání Thermos SmartLid je nutné ji dobíjet téměř každý týden. To je omezení, protože mnoho lidí si na pravidelné dobíjení lahve nevzpomene.
Existuje řada faktorů, které mohou ovlivnit výběr chytré lahve, zejména pokud je uživatelem starší osoba. Hmotnost a objem lahve jsou důležitým faktorem, protože ji musí snadno používat i křehcí senioři. Jak již bylo zmíněno, tyto lahve nejsou určeny pro seniory. Cena a množství tekutiny na lahev je také dalším faktorem. Tabulka 3 ukazuje výšku, hmotnost, objem tekutiny a cenu každé lahve. Chytrá termoska s víkem je nejlevnější a nejlehčí, protože je vyrobena výhradně z lehčího plastu. Také pojme nejvíce tekutin ve srovnání s ostatními třemi lahvemi. Naopak H2OPal byla nejvyšší, nejtěžší a nejdražší z výzkumných lahví.
Komerčně dostupné chytré lahve jsou pro výzkumníky užitečné, protože není třeba vytvářet prototypy nových zařízení. Přestože je k dispozici mnoho chytrých lahví na vodu, nejčastějším problémem je, že uživatelé nemají přístup k datům nebo nezpracovaným signálům a v mobilní aplikaci se zobrazují pouze některé výsledky. Je potřeba vyvinout široce používanou chytrou lahev s vysokou přesností a plně dostupnými daty, zejména takovou, která je přizpůsobena pro seniory. Ze čtyř testovaných lahví měla H2OPal po vybalení z krabice nejnižší hodnotu MPE při doušku, kumulativní MPE a počet zmeškaných měření. HidrateSpark 3 má nejvyšší linearitu, nejmenší směrodatnou odchylku a nejnižší MAE. HidrateSpark Steel a HidrateSpark 3 lze jednoduše ručně kalibrovat, aby se snížila průměrná chyba doušku, pomocí metody LS. Pro přesnější měření doušků je preferovanou lahví HidrateSpark 3, zatímco pro konzistentnější měření v průběhu času je první volbou H2OPal. Termoska SmartLid měla nejméně spolehlivý výkon, měla nejvíce zmeškaných doušků a nadhodnocovala jednotlivé doušky.
Studie není bez omezení. V reálných scénářích mnoho uživatelů pije z jiných nádob, zejména horké tekutiny, nápoje kupované v obchodě a alkohol. Budoucí práce by měla vyhodnotit, jak tvarový faktor každé lahve ovlivňuje chyby, aby se mohly inspirovat návrhem inteligentních lahví na vodu.
Rule, AD, Lieske, JC a Pais, VM Jr. 2020. Léčba ledvinových kamenů. JAMA 323, 1961–1962. https://doi.org/10.1001/jama.2020.0662 (2020).
Conroy, DE, West, AB, Brunke-Reese, D., Thomaz, E. & Streeper, NM Včasná adaptivní intervence na podporu příjmu tekutin u pacientů s ledvinovými kameny. Health Psychology. 39, 1062 (2020).
Cohen, R., Fernie, G. a Roshan Fekr, A. Systémy pro monitorování příjmu tekutin u starších osob: přehled literatury. Nutrients 13, 2092. https://doi.org/10.3390/nu13062092 (2021).
Inc, H. Chytrá láhev na vodu HidrateSpark 3 a bezplatná aplikace pro sledování hydratace – černá https://hidratespark.com/products/black-hidrate-spark-3. Přístup 21. dubna 2021.
HidrateSpark STEEL – chytrá láhev na vodu s aplikací z nerezové oceli – Hidrate Inc. https://hidratespark.com/products/hidratespark-steel. Přístup 21. dubna 2021.
Hydratační láhev Thermos® Connected s chytrým uzávěrem. https://www.thermos.com/smartlid. Přístup k 9. listopadu 2020.
Borofsky, MS, Dauw, CA, York, N., Terry, C. a Lingeman, JE. Přesnost měření denního příjmu tekutin pomocí „chytré“ láhve na vodu. Urolitiáza 46, 343–348. https://doi.org/10.1007/s00240-017-1006-x (2018).
Bernard, J., Song, L., Henderson, B. & Tasian, GE. Souvislost mezi denním příjmem vody a 24hodinovým výdejem moči u dospívajících s ledvinovými kameny. 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. Realita a vnímání: Monitorování aktivity a sběr dat v reálných chytrých domech. Ve sborníku konference IEEE SmartWorld z roku 2017, Všudypřítomná inteligence a výpočetní technika, pokročilá a důvěryhodná výpočetní technika, škálovatelná výpočetní technika a komunikace, cloudové a velké datové výpočty, internet lidí a inovace v oblasti chytrých měst (SmartWorld/SCALCOM/UIC/ATC/CBDCom/IOP/SCI), 1-6 (IEEE, 2017).
Pletcher, DA a kol. Interaktivní zařízení na pití vody určené pro seniory a pacienty s Alzheimerovou chorobou. V soudním sporu o lidskou stránku IT pro seniory. Sociální média, hry a asistovaná prostředí (eds. Zhou, J. & Salvendy, G.) 444–463 (Springer International Publishing, 2019).
Tato práce byla podpořena grantem Nadace Kanadských institutů pro výzkum zdraví (CIHR) (FDN-148450). Dr. Fernie obdržel finanční prostředky jako předseda Creaghanova oddělení prevence rodiny a lékařských technologií.
Kite Institute, Toronto Rehabilitation Institute – University Health Network, Toronto, Kanada
Konceptualizace – RC; Metodologie – RC, AR; Psaní – Příprava rukopisu – RC, AR; Psaní – Recenze a editace, GF, AR; Supervize – AR, GF Všichni autoři si přečetli publikovanou verzi rukopisu a souhlasí s ní.
Springer Nature zůstává neutrální, pokud jde o jurisdikční nároky publikovaných map a institucionální příslušnost.
Otevřený přístup Tento článek je licencován pod mezinárodní licencí Creative Commons Attribution 4.0, která umožňuje jeho použití, sdílení, adaptaci, distribuci a reprodukci v jakémkoli médiu nebo formátu za předpokladu, že řádně uvedete původního autora a zdroj, poskytnete licenci Creative Commons a uvedete, zda byly provedeny změny. Obrázky nebo jiné materiály třetích stran v tomto článku jsou zahrnuty pod licencí Creative Commons článku, pokud není v kreditech materiálu uvedeno jinak. Pokud materiál není zahrnut v licenci Creative Commons článku a vaše zamýšlené použití není povoleno zákonem nebo nařízením nebo překračuje povolené limity, budete muset získat povolení přímo od vlastníka autorských práv. Chcete-li si prohlédnout kopii této licence, navštivte http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
Cohen, R., Fernie, G. a Roshan Fekr, A. Monitorování příjmu tekutin v komerčně dostupných chytrých lahvích na vodu. Science Rep 12, 4402 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-08335-5
Odesláním komentáře souhlasíte s dodržováním našich Podmínek a Pokynů pro komunitu. Pokud narazíte na urážlivý obsah nebo obsah, který není v souladu s našimi podmínkami či pokyny, nahlaste jej prosím jako nevhodný.