Spring naar content

Vraag sensoren validiteit en betrouwbaarheid

Kort antwoord

De markt voor draagbare sensoren, zoals sporthortloges, groeit enorm. Veel van deze zogeheten wearables beweren nauwkeurig de hartslag, hartritmevariabiliteit (HRV) en slaapduur te meten. Hiermee claimen ze de readiness en het herstel van een sporter vast te stellen. Weinig sensoren en applicaties blijken echter onderzocht op validiteit en betrouwbaarheid. Daarbij hangt de readiness en het herstel van een sporter af van talloze andere fysieke en mentale factoren, zoals spiervermoeidheid en motivatie. Hiermee lijkt het onmogelijk dat enkel de HRV – of slaap – de totale readiness en het herstel van een sporter kan bepalen. Daarnaast hangt de HRV ook af van verschillende factoren, zoals de biologische klok, voeding en ademhalingsfrequentie. Dit maakt het interpreteren van de HRV extreem ingewikkeld. Coaches en embedded scientists moeten van tevoren bedenken wát en waaróm ze iets willen meten. Daarna kunnen ze kijken wélke uitkomstmaten daarvoor geschikt zijn, om vervolgens te bepalen of die valide en betrouwbaar te meten zijn. In het algemeen doen ze er verstandig aan om kritisch te kijken naar nieuwe sensoren/applicaties op de markt, om niet blind te varen op ongevalideerde en onbetrouwbare wearables.

Uitgebreid antwoord

De markt voor draagbare sensoren, zoals sporthortloges, groeit enorm. Veel van deze zogeheten wearables beweren nauwkeurig de hartslag, hartritmevariabiliteit (HRV) en slaapduur te meten. Hiermee claimen ze de readiness en het herstel van een sporter te bepalen.

Hartritmevariabiliteit, readiness en herstel

Tussen twee hartslagen zit een tijdsinterval. De variatie in de duur van de intervallen tussen hartslagen heet de HRV. Bij een lage HRV zijn de intervallen tussen hartslagen altijd vrijwel even lang. Bij een hoge HRV zijn de intervallen tussen hartslagen dan weer kort, dan weer lang. Een hoge HRV is doorgaans goed. Dit betekent dat het lichaam direct inspringt op veranderende omstandigheden door het hart iets sneller of juist iets langzamer te laten kloppen.

De HRV zou mogelijk samenhangen met readiness. In het algemeen wordt hiermee bedoeld of een sporter in staat is om voluit te trainen of maximaal te presteren tijdens een wedstrijd. Dit hangt echter af van talloze andere fysieke, maar ook mentale factoren. Motivatie en gevoelens van vermoeidheid beïnvloeden de readiness en mate van herstel. Ook spelen de gesteldheid van spieren en het functioneren van de ademhaling en bloedsomloop een rol. Hiermee lijkt het onmogelijk dat enkel de HRV de totale readiness en het herstel van een sporter kan bepalen [21].

Daarbij hangt de HRV ook af verschillende factoren. Zo beïnvloeden hormoonspiegels, voeding en psychologische factoren de HRV [6]. Ook verschilt de HRV van dag tot dag, en hangt het af van de biologische klok en de ademhalingsfrequentie: hoe langzamer een sporter ademhaalt, hoe hoger de HRV [24]. Daarnaast kan een hogere HRV duiden op een positieve reactie op training, terwijl het ook kan wijzen op overtraindheid [1]. Dit maakt het interpreteren van de HRV extreem ingewikkeld.

Fotoplethysmografie, elektroden en versnellingsmeter

Hoewel de HRV op zichzelf geen goede maat blijkt voor de readiness of het herstel, wordt de HRV, en ook de hartslag, door de meeste wearables geregistreerd door een techniek die veranderingen in bloedvolume in onderliggende bloedvaten meet: dit heet ook wel fotoplethysmografie (PPG) [20]. Hierbij stuurt een lichtbron – LED’s – een lichtstraal door de huid op onderliggende bloedvaten. Een lichtgevoelige cel meet vervolgens hoeveel licht het bloed absorbeert. Omdat de hoeveelheid bloed in de bloedvaten verandert bij elke hartslag, varieert daarmee ook de hoeveelheid licht die het bloed absorbeert. Hiermee meet het apparaat de hartslag en bepaalt het de HRV.

Andere apparaten gebruiken een techniek met elektroden. Beide technieken – PPG of elektroden – bestaan als simpel alternatief van de gouden standaard: het elektrocardiogram (ECG). In rust blijkt PPG een goede methode om de HRV te bepalen [20]. Bij inspanning blijkt deze methode echter minder nauwkeurig [9, 20]. Een overzichtsstudie laat zien dat wearables voor HRV een kleine meetfout hebben vergeleken met een ECG [6].

Wetenschappelijk bewijs voor welke techniek de hartslag en HRV het meest nauwkeurig meet, blijkt niet eenduidig [6, 9]. Zo laat een recente studie zien dat een borsthartslagmeter met elektroden nauwkeuriger meet dan polsbanden die de hartslag registreren met PPG [9]. Polsbanden zouden namelijk vatbaarder zijn voor bewegingsverstoringen, een verkeerde “fit” tussen sensor en huid, variatie in huidskleur en omgevingslicht [9]. Een overzichtsstudie daarentegen toont echter geen verschillen aan tussen beide technieken [6].

Om slaap te registeren gebruiken de meeste polshorloges een versnellingsmeter. Dit is een simpel alternatief van polysomnografie: de gouden standaard op het gebied van slaapmonitoring [14]. Bij polysomnografie registeren elektroden en sensoren verschillende factoren zoals ademhaling, oogbewegingen en hersenactiviteit.

Weinig wearables gevalideerd en betrouwbaar

Hoewel de techniek van de PPG, elektroden en polysommogafie gevalideerd zijn, geldt dit vaak niet voor de toepassing in specifieke wearables. Slechts twee apparaten blijken namelijk gevalideerd om slaap te monitoren: de Fitbit Charge 2 en de OURA ring [14]. Desondanks laat de nauwkeurigheid te wensen over [4, 5, 14]. Weinig andere wearables die hartslag of HRV registreren, blijken onderzocht op validiteit en betrouwbaarheid [14]. Ook de software achter dergelijke apparatuur is vaak onbekend of onduidelijk [7]. Dit betekent dat, behalve de fabrikant, niemand weet hoe een wearable met de HRV tot een uitspraak komt over de readiness of het herstel. Volgens een recente overzichtsstudie blijkt zelfs maar vijf procent van de wearables en applicaties gevalideerd [14]. Hierdoor zijn geen uitspraken te doen over welke sensor het beste werkt.

Coaches en embedded scientists moeten van tevoren bedenken wát en waaróm ze iets willen meten. Daarna kunnen ze kijken wélke uitkomstmaten daarvoor geschikt zijn, om vervolgens te bepalen of die valide en betrouwbaar zijn te meten. In het algemeen doen ze er verstandig aan om kritisch te kijken naar nieuwe sensoren/applicaties op de markt, om niet blind te varen op ongevalideerde en onbetrouwbare wearables. Download hier een overzicht van sensoren die claimen de readiness of herstel(status) te bepalen, inclusief wat er bekend is over de technologie, validiteit en betrouwbaarheid.

Bronnen

  1. Bellenger CR, Fuller JT, Thomson RL, Davison K, Robertson EY, Buckley JD (2016). Monitoring athletic training status through autonomic heart rate regulation: a systematic review and meta-analysis. Sports Med., 46:1461-1486.
  2. Benedetto S, Caldato C, Bazzan E, Greenwood DC, Pensabene V, Actis P (2018). Assessment of the Fitbit Charge 2 for monitoring heart rate. PLoS One, 13:e0192691.
  3. Bogdány T, Boros S, Szemerszky R, Köteles F (2016). Validation of the Firstbeat TeamBelt and BodyGuard2 systems. Magyar Sporttudományi Szemle, 17:5-12.
  4. de Zambotti M, Goldstone A, Claudatos S, Colrain IM, Baker FC (2018). A validation study of Fitbit Charge 2™ compared with polysomnography in adults. Chronobiol. Int., 35:465-476.
  5. de Zambotti M, Rosas L, Colrain IM, Baker FC (2019). The sleep of the ring: comparison of the ŌURA sleep tracker against polysomnography. Behav. Sleep Med., 17:124-136.
  6. Dobbs WC, Fedewa MV, MacDonald HV, Holmes CJ, Cicone ZS, Plews DJ, Esco MR (2019). The accuracy of acquiring heart rate variability from portable devices: a systematic review and meta-analysis. Sports Med., 49:417-435.
  7. Dunican IC, Murray K, Slater JA, Maddison KJ, Jones MJ, Dawson B, Straker LM, Caldwell JA, Halson SL, Eastwood PR (2018). Laboratory and home comparison of wrist-activity monitors and polysomnography in middle-aged adults. Sleep Biol. Rhythms, 16:85-97.
  8. Giles D, Draper N, Neil W (2016). Validity of the Polar V800 heart rate monitor to measure RR intervals at rest. Eur. J. Appl. Physiol., 116:563-571.
  9. Gillinov S, Etiwy M, Wang R, Blackburn G, Phelan D, Gillinov AM, Houghtaling P, Javadikasgari H, Desai MY (2017). Variable accuracy of wearable heart rate monitors during aerobic exercise. Med. Sci. Sports Exerc., 49:1697-1703.
  10. Haghayegh S, Khoshnevis S, Smolensky MH, Diller KR (2019). Accuracy of PurePulse photoplethysmography technology of Fitbit Charge 2 for assessment of heart rate during sleep. Chronobiol. Int., 36: 927-933.
  11. Muntaner-Mas A, Martinez-Nicolas A, Lavie CJ, Blair SN, Ross R, Arena R, Ortega FB (2019). A systematic review of fitness apps and their potential clinical and sports utility for objective and remote assessment of cardiorespiratory fitness. Sports Med., 49:587-600.
  12. Parak J, Korhonen I (2013). Accuracy of Firstbeat Bodyguard 2 beat-to-beat heart rate monitor. White paper by Firstbeat Technologies Ltd. https://assets.firstbeat.com/firstbeat/uploads/2015/10/white_paper_bodyguard2_final.pdf – geraadpleegd op 05-09-2019.
  13. Parrado E, Garcia MA, Ramos J, Cervantes JC, Rodas G, Capdevilla L (2010). Comparison of Omega Wave System and Polar S810i to detect RR intervals at rest. Int. J. Sports Med., 31:336-341.
  14. Peake JM, Kerr G, Sullivan JP (2018). A critical review of consumer wearables, mobile applications, and equipment for providing biofeedback, monitoring stress, and sleep in physically active populations. Front. Physiol., 9:743.
  15. Pesonen AK, Kuula L (2018). The validity of a new consumer-targeted wrist device in sleep measurement: an overnight comparison against polysomnography in children and adolescents. J. Clin. Sleep Med., 14:585-591.
  16. Plews DJ, Scott B, Altini M, Wood M, Kilding AE, Laursen PB (2017). Comparison of heart-rate-variability recording with smartphone photoplethysmography, Polar H7 chest strap, and electrocardiography. Int. J. Sport. Physiol., 12:1324-1328.
  17. Rosenberg W, Chanwimalueang T, Adjei T, Jaffer U, Goverdovsky V, Mandic DP (2017). Resolving ambiguities in the LF/HF ratio: LF-HF scatter plots for the categorization of mental and physical stress from HRV. Front. Physiol., 8:360.
  18. Russell C, Caldwell JA, Arand,D, Myers L, Wubbels P, Downs H (2000). Validation of the fatigue science readiband actigraph and associated sleep/wake classification algorithms. Arch LLC.
  19. Sargent C, Lastella M, Romyn G, Versey N, Miller DJ, Roach GD (2018). How well does a commercially available wearable device measure sleep in young athletes?. Chronobiol. Int., 35:754-758.
  20. Schäfer A, Vagedes J (2013). How accurate is pulse rate variability as an estimate of heart rate variability?: A review on studies comparing photoplethysmographic technology with an electrocardiogram. Int. J. Cardiol., 166:15-29.
  21. Schneider C, Wiewelhove T, Raeder C, Flatt AA, Hoos O, Hottenrott L, Schumbera O, Kellmann M, Meyer T, Pfeiffer M, Ferrauti A (2019). Heart rate variability monitoring during strength and high-intensity interval training overload microcycles. Front. Physiol., 10:582.
  22. Tedesco S, Sica M, Ancillao A, Timmons S, Barton J, O’Flynn B (2019). Validity evaluation of the Fitbit Charge2 and the Garmin vivosmart HR+ in free-living environments in an older adult cohort. JMIR mHealth and uHealth, 7(6), e13084.
  23. Thomson EA, Nuss K, Comstock A, Reinwald S, Blake S, Pimentel RE, Tracy BL, Li K (2019). Heart rate measures from the Apple Watch, Fitbit Charge HR 2, and electrocardiogram across different exercise intensities. J. Sports Sci., 18:1-9.
  24. Vitale JA, Bonato M, La Torre A, Banfi G (2019). Heart rate variability in sport performance: do time of day and chronotype play a role?. J. Clin. Med., 8:723.
  25. Weippert M, Kumar M, Kreuzfeld S, Arndt D, Rieger A, Stoll R (2010). Comparison of three mobile devices for measuring R–R intervals and heart rate variability: Polar S810i, Suunto t6 and an ambulatory ECG system. Eur. J Appl. Physiol., 109:779-786.
  26. https://www.whoop.com/wp-content/uploads/2018/08/180806_whoop_training_with_whoop.pdf – geraadpleegd op 05-09-2019.