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Method Article
El acoplamiento locomotor-respiratorio (LRC) es potencialmente ventajoso para los corredores, pero puede ser difícil de realizar. Presentamos una solución personalizada implementada en un teléfono inteligente para individualizar y guiar a los corredores hacia LRC.
Aunque correr es una de las actividades más populares para la competición y el ocio, se estima que entre el 20 y el 40% de los corredores pueden sufrir limitaciones respiratorias. Algunos de estos corredores pueden beneficiarse de técnicas de respiración para mejorar el rendimiento o aliviar las molestias respiratorias. Una de estas técnicas es el acoplamiento locomotor-respiratorio (LRC), una sincronización de frecuencia y fase de la respiración al paso. Los estudios han demostrado que la LRC puede beneficiar la eficiencia ventilatoria a través de "flujos impulsados por pasos", y algunos expertos han argumentado que podría usarse para estimular el ejercicio o aumentar los estados emocionales positivos. Sin embargo, puede ser difícil rendir sin entrenamiento u orientación. Aquí proponemos RunRhythm, una aplicación personalizada para teléfonos inteligentes para ofrecer una guía de sonido sincronizada por pasos para LRC. Este concepto se basa en la evidencia previa de que una buena orientación puede ser efectiva e integra características para maximizar la adherencia y la individualización. Los resultados preliminares muestran que esta aplicación es un método prometedor y eficaz, adecuado para la investigación sobre LRC en ejercicios de campo. Se discuten las recomendaciones para su uso y desarrollo posterior para desarrollar aún más este concepto en beneficio de una población más amplia.
Correr es quizás la forma de ejercicio más popular, en parte debido a su accesibilidad y a la variedad de beneficios para la salud física y mental 1,2. No obstante, muchos aspirantes a corredores luchan por iniciar o mantener los hábitos de carrera. Esto podría deberse a dificultades respiratorias, que afectan a un estimado del 20-40% de los corredores 3,4,5. Reducir la disnea inducida por el ejercicio es teóricamente posible con el uso de técnicas de respiración específicas, pero los métodos, riesgos y beneficios exactos de hacerlo no están claros. Si bien mejorar la condición física y/o la respiración lenta en reposo puede aliviar las molestias respiratorias durante el ejercicio 6,7, estas soluciones tardan semanas o meses en obtener beneficios. Algunas investigaciones han especulado que la implementación directa de técnicas de respiración durante el ejercicio puede ser más efectiva para producir beneficios agudos8, aunque tales investigaciones son limitadas. Es posible que se necesiten herramientas digitales que permitan la instrucción individualizada para realizar dichos estudios en un formato de intervención eficaz.
El acoplamiento locomotor-respiratorio (LRC) es un fenómeno de sincronización en el que la respiración y el movimiento están sincronizados en frecuencia y/o fase. En ejercicios específicos como correr, el LRC indica una relación entera entre la respiración (BR) y la frecuencia de paso (SR), así como el bloqueo de fase de la pisada con el inicio de la respiración (es decir, pisar exactamente con la inspiración). La LRC puede expresarse de forma volitiva o automática y puede surgir como una conducta aprendida con el entrenamiento físico9. Los seres humanos sincronizan naturalmente la marcha con los ruidos auditivos que interfieren (incluida la respiración), tal vez para reducir la estimulación auditiva, lo que sugiere que LRC tiene unafenomenología evolutiva. Algunos informes indican que la LRC beneficia la economía de movimiento y el rendimiento, y reduce la disnea 11,12,13,14,15. Algunos estudios reportaron beneficios insignificantes 16,17,18. Cualquier beneficio fisiológico podría estar relacionado con los "flujos impulsados por pasos": cada pisada crea un impulso descendente del contenido abdominal (el "pistón visceral"), que cuando se sincroniza con el inicio de la inhalación o exhalación puede ser aditivo a la ventilación.
Daley et al.19 midieron el flujo ventilatorio y las fuerzas de impacto durante el funcionamiento de la cinta de correr y especularon que los flujos escalonados pueden contribuir hasta un 10-12% a la ventilación total. También informaron que podría acelerar las transiciones ventilatorias. Otros mecanismos neuromecánicos pueden interactuar con este fenómeno9. Si bien el pistón visceral es el resultado de un acoplamiento de fase preciso, el acoplamiento de frecuencia puede ser valioso de forma independiente, especialmente para el corredor novato. La BR está estrechamente relacionada con el esfuerzo en diferentes intensidades de ejercicio20. Dado que la RS es generalmente estable y se asocia con la velocidad de carrera21, la LRC puede apoyar la autoconciencia y permitir un ritmo fácil de la BR y, por lo tanto, de la intensidad a lo largo de la carrera. Por último, la LRC en proporciones desiguales (p. ej., 5:1 pasos por respiración) podría ayudar a prevenir el dolor abdominal transitorio relacionado con el ejercicio ("puntada lateral"). La mayoría de los corredores experimentan este síntoma temporal, pero molesto y doloroso cada año22, lo que a menudo les lleva a la necesidad de dejar de correr. Una teoría de la etiología de la puntada lateral es que la respiración repetida en la misma pisada lateral puede irritar el nervio frénico. Por lo tanto, puede ser evitado por LRC en proporciones desiguales, lo que conduce a la respiración en piernas alternas.
Pocos informes han discutido cómo apoyar a los corredores en la realización de LRC. Al menos dos estudios han exhibido métodos de estilo biorretroalimentación14,23 mientras que muchos utilizaron coaching verbal simple24,25. Si bien estos métodos han demostrado ser prometedores en la estimulación aguda de LRC, están altamente estandarizados y requieren equipo especializado. Como tales, es probable que no sean adecuados para aplicaciones de campo, ni sean accesibles para la mayoría de los corredores. En cualquier caso, la guía sonora es una elección natural, ya que los seres humanos sincronizan intuitivamente el movimiento con eventos auditivos predecibles (metrónomo o música)26. Por lo tanto, las aplicaciones deben considerar cuidadosamente el ritmo y la estructura del sonido en el contexto del aprendizaje motor. Si bien el audio simple y de ritmo constante es predecible y eficaz para estimular el arrastre, contradice el comportamiento naturalmente no lineal de los ritmos respiratorios y de pasos en corredores sanos27,28. Cambiar la SR preferida de un corredor podría reducir la economía de carrera 29 o podría modificar los factores de riesgo de lesiones30. Por lo tanto, las instrucciones de sonido deben adaptarse continuamente en tiempo real para seguir el SR31 del corredor.
Recientemente introdujimos un concepto que integra las recomendaciones anteriores en una aplicación para teléfonos inteligentes simple, fácil de usary personalizada 32. La primera iteración permite la selección de una sola relación LRC que se instruirá a lo largo de la ejecución. El algoritmo SR estándar del teléfono se aprovecha para proporcionar información SR en tiempo real a la aplicación. A continuación, se producen sonidos sincronizados con los pasos que indican cuándo el corredor debe exhalar e inhalar: un tono agudo para los pasos durante la inhalación y un tono grave durante la espiración. Las proporciones de LRC prescritas se derivaron de una visita de control sin instrucciones respiratorias. Encontramos un gran aumento en LRC del 26.3 ± 10.7% al 69.9 ± 20.0% de la carrera con la instrucción de aplicación durante la carrera submáxima al aire libre. Las limitaciones observadas con el protocolo y la aplicación incluyen una amplia familiarización requerida, un tamaño de muestra limitado y una instrucción de sonido constante. Por lo tanto, se desarrolló una nueva versión de esta aplicación para mejorar la experiencia del usuario y permitir pruebas y experimentaciones más amplias en el ejercicio de campo. Esta aplicación se titula RunRhythm , ya que su propósito es ayudar a los corredores a encontrar y mantener un ritmo durante la carrera. En lo sucesivo, se hará referencia a ella como la aplicación.
El propósito de este informe es presentar una nueva herramienta digital y un enfoque metodológico que permita una guía de LRC intuitiva y lista para el campo para estudios de investigación que involucren a corredores experimentados o aspirantes. La aplicación es una aplicación de grado de investigación en pruebas beta para dispositivos Android. Las funcionalidades principales de la aplicación son la detección de SR y la guía de LRC. Cuando se detecta correr, los sonidos respiratorios se crean de acuerdo con la configuración seleccionada en la interfaz de usuario. La aplicación calcula la SR a partir del acelerómetro del teléfono utilizando uno de dos algoritmos: el algoritmo SR de fábrica implementado por el fabricante del dispositivo o un algoritmo SR personalizado creado por el fabricante de la aplicación. Ambos algoritmos producen una transmisión en vivo constante de SR, que luego se suaviza en una media móvil de acuerdo con una ventana adaptativa. El tamaño de la ventana es dinámico para equilibrar la reactividad y el suavizado de valores atípicos. El resultado es un valor constantemente actualizado de SR en vivo.
Dado que la aplicación calcula la SR a partir del movimiento del dispositivo, la ubicación del teléfono en el cuerpo es de suma importancia. La mayoría de los algoritmos de SR de stock son independientes de la posición y, por lo tanto, se pueden colocar en cualquier parte del cuerpo durante la carrera para producir valores de SR precisos. El algoritmo personalizado implementado aquí también se comporta como tal. Sin embargo, una ubicación firme más cerca del centro de masa puede mejorar la estabilidad de la detección de SR y, como resultado, la calidad del sonido producido por la aplicación. Las pruebas piloto muestran que las ubicaciones con oscilación 1dimensional (es decir, verticalmente hacia arriba y hacia abajo, como en un bolsillo en el pecho o en una riñonera) pueden funcionar mejor que aquellas con movimiento bidimensional (es decir, balanceo, como en un bolsillo en el muslo o en un brazalete).
Los datos de SR se alimentan a un motor de sonido integrado (véase la Tabla de Materiales). Los sonidos de paso solo se reproducen si el sistema detecta SR > 0. Cuando el SR está por encima de un umbral preestablecido (determinado en la configuración del backend [sección 3.6 del protocolo]; es decir, 120), la aplicación entiende que el usuario está corriendo y activa el inicio de los sonidos de guía respiratoria. A continuación, este valor de SR en vivo se utiliza para establecer el tempo de los sonidos de guía de paso y respiración siempre que se mantenga un valor de SR "en marcha". Cuando SR > umbral, los sonidos generados coinciden con el tempo de SR de forma predeterminada. La excepción es cuando se altera la configuración del backend "sound tempo" (determinada en la configuración del backend [sección 3.5 del protocolo]). Por ejemplo, con un límite superior seleccionado de 180, incluso si el corredor comienza a correr a un SR más alto de 185, el tempo del sonido no excederá de 180. Cuando bajan su SR a 175, los sonidos bajarán a 175, ajustándose continuamente dentro de los límites preestablecidos. Como se describe en el paso 3.5 del protocolo, estos controles deslizantes permiten al usuario o investigador establecer límites en el tempo de sonido mínimo y máximo (bpm). La aplicación permite seleccionar o cambiar diferentes relaciones LRC (pasos:respiración) antes de la carrera. El número de pasos por fase de respiración se puede cambiar de 2 a 9; Es decir, una proporción de 2:3 refleja 2 pasos por inhalación y 3 pasos por exhalación.
Se diseñaron diferentes "paisajes sonoros" para proporcionar una experiencia de audio agradable a más corredores con diversos gustos musicales, basándose en los comentarios de los usuarios y en los primeros experimentos en el laboratorio33. Tienen diferentes sonidos asignados a la tasa de paso en tiempo real, las fases de respiración instruidas y el ruido ambiental de fondo. Los sonidos de paso son ritmos simples que se reproducen al tempo de cada pisada (es decir, pasos derecho e izquierdo). Los sonidos de respiración integran varios elementos sonoros y se tocan a un tempo mucho más lento dependiendo de la relación LRC elegida. Los paisajes sonoros disponibles son tribales: orgánicos e instrumentales con transiciones de respiración agudas y sonidos de pasos; calmante: ligero e inspirado en el océano con transiciones suaves y sonidos de pasos; energizante: electrónico y de conducción con transiciones bruscas y sonidos de pasos; Mínimo: simple y suave con solo sonidos de respiración (sin sonidos de pasos).
La función de voz en off agrega señales de voz simples que corresponden a los hallazgos de la investigación de mejores prácticas con respecto a la familiarización con LRC. Proporciona una serie de instrucciones al comienzo de la carrera y luego cada 5 minutos después de eso. En primer lugar, indica la relación LRC seleccionada. A continuación, indica la fase de respiración prevista en sincronía con las señales sonoras de los tres primeros ciclos de respiración. Luego le recuerda al usuario: "encuentra tu ritmo de paso y sigue el ritmo". Para cada carrera, se integra un cuestionario previo y posterior a la carrera para agregar datos de sentimientos subjetivos a cada carrera. La escala corta de vitalidad subjetiva34 pregunta un solo ítem sobre la sensación del corredor de 0 a 10. Una calificación de 0 a 10 de la escala de fatiga le pide al usuario que califique su estado actual de fatiga. Finalmente, una escala de 0 a 10 califica el grado de disnea que se experimenta actualmente. Todas estas escalas se preguntan antes y después de cada carrera. Solo después de la carrera, se le pide al usuario que califique su experiencia con la intensidad de la carrera (es decir, ligera, media, alta, intervalos). Los usuarios pueden cambiar la relación LRC y la temporalidad durante la carrera utilizando la interfaz en pantalla o los controles de los auriculares. Esto puede ayudar a los usuarios a sentirse agentes durante la carrera y permite explorar la idoneidad personal. Además, es posible que sea necesario cambiar la relación rápidamente en respuesta a eventos de carrera (por ejemplo, colinas, fatiga). Este protocolo incluye una descripción de cómo ejecutar la aplicación y recomendaciones posteriores para su uso dentro de protocolos de investigación de varios tipos (es decir, interiores, exteriores, intervencionistas, transversales).
Este estudio recibió la aprobación ética del Comité de Ética de la Universidad de Salzburgo (número de referencia: GZ 13/2021), y los participantes dieron su consentimiento informado.
1. Primeros pasos con RunRhythm
Figura 1: Tutorial de la aplicación. RunRhythm proporciona un tutorial introductorio en su primera apertura, que incluye detalles sobre el acoplamiento locomotor-respiratorio, una animación que muestra cómo funciona la aplicación y consejos de uso. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
2. Funcionalidad básica
Figura 2: Interfaz principal de la aplicación. (A) La relación de acoplamiento locomotor-respiratorio se puede cambiar desde la interfaz de usuario con spinners que van de 2 a 9. Cada valor representa el número de pasos por fase de la respiración; Es decir, 2:3 representa 2 pasos por inhalación: 3 pasos por exhalación. El icono de candado se puede utilizar para corregir la diferencia de proporción; Es decir, cuando se bloquea a 2:3, el cambio "arriba" cambia la relación a 3:4 (manteniendo una diferencia de 1 paso más por exhalación). (B) La selección del paisaje sonoro permite al usuario elegir entre cuatro capas de sonido predeterminadas: tribal, calmante, electrónico y minimalista. (C) El interruptor de temporalidad permite al usuario elegir entre tres configuraciones predeterminadas para la frecuencia de guía: completa, media y desactivada. (D) El interruptor de voz en off permite al usuario activar o desactivar las señales de voz. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Cuestionarios previos y posteriores. Se presentan cuestionarios idénticos al principio y al final de cada ejecución. Deben ser respondidas para iniciar o terminar la carrera. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
3. Configuración del backend
NOTA: Los parámetros clave que afectan la funcionalidad de la aplicación se pueden cambiar tocando los tres puntos en la esquina superior derecha de la interfaz principal. Los valores predeterminados reflejan los valores recomendados, pero se pueden cambiar. Esta pantalla (Figura 4) contiene los siguientes ajustes:
Figura 4: Configuración del backend. La configuración del backend incluye pausa automática, un interruptor para la detección de pasos y códigos de identificación. (A) Los ajustes del umbral de tempo de sonido permiten una selección precisa de los umbrales de velocidad de paso que limitan el tempo de guía de sonido generado. Por ejemplo, la selección de un umbral inferior de 155 y un umbral superior de 180 garantiza que la guía sonora no se desvíe del intervalo [155, 180], independientemente de la SR real detectada. El valor predeterminado es [0, 200]. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
4. Correr con la aplicación
Figura 5: Interfaz de entrada y post-ejecución. (A) Durante la carrera, se dispone de una interfaz simplificada que permite al usuario cambiar los parámetros clave, incluida la relación de acoplamiento locomotor-respiratorio y la temporalidad. También muestra el ritmo de carrera actual y la velocidad de pasos. (B) Después de la carrera, una pantalla de resumen muestra métricas clave, incluida la distancia total, el ritmo promedio y la tasa de paso promedio. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
5. Investiga con la aplicación
NOTA: Las funcionalidades anteriores se desarrollaron para maximizar la experiencia del usuario y permitir estudios de investigación de LRC en diversos contextos. Los pasos que se indican a continuación describen cómo integrar la aplicación en un estudio, desde la familiarización inicial hasta los registros de la aplicación posteriores a la ejecución. Estos métodos de estudio han sido revisados y aprobados para la experimentación con humanos por el comité de ética de la Universidad de París Lodron de Salzburgo (EK-GZ 29/2023).
Figura 6: Familiarización del investigador. En contextos de investigación, se recomienda la familiarización por parte del investigador principal para garantizar una comprensión conceptual del acoplamiento locomotor-respiratorio y el uso adecuado de la aplicación. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
La aplicación es la segunda iteración de esta aplicación diseñada con el propósito de apoyar a LRC y brindar una experiencia de guía de respiración de audio. Se han realizado numerosos estudios piloto y una publicación en una revista que respaldan su eficacia y confirman una experiencia positiva del usuario. En un estudio transversal que investigó los efectos agudos de la instrucción de LRC (mencionado en la Introducción), se encontró que correr con guía aumentó en gran med...
Esta metodología presenta una de las primeras herramientas digitales basadas en evidencia y listas para el campo para instruir a los corredores. Los primeros resultados sugieren que es eficaz no solo para aprender rápidamente y adherirse a la LRC, sino que también se puede enseñar con el tiempo y retener. Si bien el LRC puede surgir de forma natural con una mayor experiencia en carrera, los novatos son menos propensos arealizarlo. Coincidentemente, es especial...
Ulf Jensen era empleado de Adidas AG. El resto de los autores declaran que la investigación se llevó a cabo en ausencia de relaciones comerciales o financieras que pudieran interpretarse como un potencial conflicto de intereses.
Este trabajo contó con el apoyo del Ministerio Federal de Acción Climática, Medio Ambiente, Energía, Movilidad, Innovación y Tecnología de Austria bajo el Contrato No. 2021$$-$$0.641.557 y el estado federal de Salzburgo bajo el programa de investigación COMET-Centros de Competencia para Tecnologías Excelentes- en el proyecto Digital Motion in Sports, Fitness and Well-being (DiMo; Contrato Nº 872574).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Android smartphone | Samsung or Google | Minimum Android 8.0 required for application functionality | |
FMOD engine | Firelight Technologies Pty Ltd | Sound engine | |
Hexoskin smart shirt | Carré Technologies | Wearable sensor shirt | |
RunRhythm application for Android | adidas GmbH and abios GmbH |
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