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Method Article
O acoplamento locomotor-respiratório (LRC) é potencialmente vantajoso para corredores, mas pode ser difícil de realizar. Apresentamos uma solução personalizada implementada em um smartphone para individualizar e orientar os corredores em direção ao LRC.
Embora a corrida esteja entre as atividades mais populares para competição e lazer, estima-se que 20-40% dos corredores podem sofrer de limitações respiratórias. Alguns desses corredores podem se beneficiar de técnicas de respiração para melhorar o desempenho ou aliviar o desconforto respiratório. Uma dessas técnicas é o acoplamento locomotor-respiratório (LRC), uma sincronização de frequência e fase da respiração ao passo. Estudos demonstraram que o LRC pode beneficiar a eficiência ventilatória por meio de "fluxos acionados por etapas", e alguns especialistas argumentaram que poderia ser usado para exercícios de ritmo ou aumento de estados emocionais positivos. No entanto, pode ser difícil realizar sem treinamento ou orientação. Aqui propomos o RunRhythm, um aplicativo de smartphone personalizado para fornecer orientação de som sincronizada com passos para LRC. Esse conceito se baseia em evidências anteriores de que uma orientação sólida pode ser eficaz e integra recursos para maximizar a adesão e a individualização. Os resultados preliminares mostram que esta aplicação é um método promissor e eficaz adequado para pesquisas sobre LRC em exercícios de campo. Recomendações de uso e desenvolvimento adicional são discutidas para desenvolver ainda mais esse conceito para o benefício de uma população mais ampla.
A corrida é talvez a forma mais popular de exercício, em parte devido à sua acessibilidade e variedadede benefícios para a saúde física e mental. No entanto, muitos aspirantes a corredores lutam para iniciar ou manter hábitos de corrida. Isso pode ser devido a dificuldades respiratórias, que afetam cerca de 20-40% dos corredores 3,4,5. Reduzir a falta de ar induzida pelo exercício é teoricamente possível com o uso de técnicas respiratórias específicas, mas os métodos, riscos e benefícios exatos de fazê-lo não são claros. Embora melhorar o condicionamento físico e/ou a respiração lenta em repouso possam aliviar o desconforto respiratório durante o exercício 6,7, essas soluções levam semanas ou meses para obter benefícios. Algumas pesquisas especulam que a implementação direta de técnicas de respiração durante o exercício pode ser mais eficaz na produção de benefícios agudos8, embora tais investigações sejam limitadas. Ferramentas digitais que permitem instrução individualizada podem ser necessárias para realizar esses estudos em um formato de intervenção eficaz.
O acoplamento locomotor-respiratório (LRC) é um fenômeno de sincronização no qual a respiração e o movimento são sincronizados com frequência e/ou fase. Em exercícios específicos, como corrida, LRC indica uma razão inteira entre respiração (BR) e taxa de passos (SR), bem como o bloqueio de fase do footstroke para o início da respiração (ou seja, pisar exatamente na inspiração). A LRC pode ser expressa de forma voluntária ou automática e pode emergir como um comportamento aprendido com o treinamento físico9. Os seres humanos sincronizam naturalmente a marcha com ruídos auditivos interferentes (incluindo a respiração), talvez para reduzir a estimulação auditiva, o que sugere que o LRC tem fenomenologia evolutiva10. Alguns relatos indicam que a LRC beneficia a economia e o desempenho do movimento e reduz a falta de ar 11,12,13,14,15. Alguns estudos relataram benefícios insignificantes 16,17,18. Quaisquer benefícios fisiológicos podem estar relacionados a "fluxos acionados por degraus": cada pisada cria um impulso descendente do conteúdo abdominal (o "pistão visceral"), que quando sincronizado com o início da inspiração ou expiração pode ser aditivo à ventilação.
Daley et al.19 mediram o fluxo ventilatório e as forças de impacto durante a corrida em esteira e especularam que os fluxos acionados por degraus podem contribuir com até 10-12% para a ventilação total. Eles também relataram que isso poderia acelerar as transições ventilatórias. Outros mecanismos neuromecânicos podem interagir com esse fenômeno9. Embora o pistão visceral seja resultado de um acoplamento de fase preciso, o acoplamento de frequência pode ser valioso de forma independente, especialmente para o corredor iniciante. A RB está intimamente relacionada ao esforço em diferentes intensidades de exercício20. Como o SR é geralmente estável e associado à velocidade de corrida21, o LRC pode apoiar a autoconsciência e permitir um ritmo fácil do BR e, portanto, a intensidade ao longo da corrida. Finalmente, LRC em proporções desiguais (por exemplo, passos de 5:1 por respiração) pode ajudar a prevenir dor abdominal transitória relacionada ao exercício ("ponto lateral"). A maioria dos corredores experimenta esse sintoma temporário, mas perturbador e doloroso a cada ano22, muitas vezes levando à necessidade de parar de correr. Uma teoria da etiologia do ponto lateral é que a respiração repetida no mesmo golpe lateral pode irritar o nervo frênico. Assim, pode ser evitado pelo LRC em proporções desiguais, o que leva à respiração em pernas alternadas.
Poucos relatos discutiram como apoiar os corredores na realização do LRC. Pelo menos dois estudos exibiram métodos do tipo biofeedback14,23, enquanto muitos utilizaram treinamento verbal simples24,25. Embora esses métodos tenham se mostrado promissores em estimular o LRC de forma aguda, eles são altamente padronizados e requerem equipamentos especializados. Como tal, eles provavelmente não são adequados para aplicações de campo, nem são acessíveis à maioria dos corredores. Independentemente disso, a orientação sonora é uma escolha natural, uma vez que os humanos sincronizam intuitivamente o movimento com eventos auditivos previsíveis (metrônomo ou música)26. As aplicações devem, portanto, considerar cuidadosamente o ritmo e a estrutura do som no contexto da aprendizagem motora. Embora o áudio simples e de ritmo constante seja previsível e eficaz para estimular o arrastamento, ele contradiz o comportamento naturalmente não linear dos ritmos respiratórios e de passos em corredores saudáveis27,28. Mudar a RS preferida de um corredor pode reduzir a economia de corrida 29 ou modificar os fatores de risco de lesões30. Assim, as instruções sonoras devem ser continuamente adaptadas em tempo real para acompanhar o SR31 do corredor.
Recentemente, introduzimos um conceito que integra as recomendações acima em um aplicativo de smartphone simples, fácil de usare personalizado 32. A primeira iteração permite a seleção de uma única proporção LRC a ser instruída durante toda a execução. O algoritmo SR padrão do telefone é aproveitado para fornecer informações SR em tempo real ao aplicativo. Em seguida, sons sincronizados com passos são produzidos indicando quando o corredor deve expirar e inspirar: um tom agudo para passos durante a inspiração e um tom grave durante a expiração. As proporções de LRC prescritas foram derivadas de uma visita de controle sem instrução de respiração. Encontramos um grande aumento no LRC de 26,3 ± 10,7% para 69,9 ± 20,0% da corrida com a instrução de aplicação durante a corrida submáxima ao ar livre. As limitações observadas com o protocolo e a aplicação incluem extensa familiarização necessária, tamanho de amostra limitado e instrução de som constante. Assim, uma nova versão deste aplicativo foi desenvolvida para melhorar a experiência do usuário e permitir testes e experimentações mais amplos em exercícios de campo. Este aplicativo é intitulado RunRhythm , pois seu objetivo é ajudar os corredores a encontrar e manter um ritmo durante a corrida. Ele será referido a seguir como o aplicativo.
O objetivo deste relatório é apresentar uma nova ferramenta digital e abordagem metodológica que permita orientação intuitiva e pronta para o campo LRC para estudos de pesquisa envolvendo corredores experientes ou aspirantes. O aplicativo é um aplicativo de nível de pesquisa em teste beta para dispositivos Android. As principais funcionalidades do aplicativo são detecção de SR e orientação LRC. Quando a corrida é detectada, os sons respiratórios são criados de acordo com as configurações selecionadas na interface do usuário. O aplicativo calcula o SR do acelerômetro do telefone usando um dos dois algoritmos: o algoritmo SR de fábrica implementado pelo fabricante do dispositivo ou um algoritmo SR personalizado criado pelo fabricante do aplicativo. Ambos os algoritmos produzem uma transmissão ao vivo constante de SR, que é então suavizada em uma média móvel de acordo com uma janela adaptativa. O tamanho da janela é dinâmico para equilibrar a reatividade e a suavização de valores discrepantes. O resultado é um valor constantemente atualizado de SR ao vivo.
Como o aplicativo calcula o SR a partir do movimento do dispositivo, o posicionamento do telefone no corpo é de extrema importância. A maioria dos algoritmos SR padrão são independentes de posição e, portanto, podem ser colocados em qualquer parte do corpo durante a corrida para produzir valores SR precisos. O algoritmo personalizado implementado aqui também se comporta como tal. No entanto, um posicionamento firme mais próximo do centro de massa pode melhorar a estabilidade da detecção de SR e, como resultado, a qualidade do som produzida pelo aplicativo. O teste piloto mostra que posicionamentos com oscilação unidimensional (ou seja, verticalmente para cima e para baixo, como em um bolso no peito ou bolsa de cintura) podem ter um desempenho melhor do que aqueles com movimento bidimensional (ou seja, balançando, como no bolso da coxa ou braçadeira).
Os dados SR são alimentados em um mecanismo de som integrado (consulte a Tabela de Materiais). Os sons de passo são reproduzidos apenas se o sistema detectar SR > 0. Quando o SR está acima de um limite predefinido (determinado nas configurações de back-end [seção de protocolo 3.6]; ou seja, 120), o aplicativo entende que o usuário está correndo e aciona o início dos sons de orientação de respiração. Em seguida, esse valor SR ao vivo é usado para definir o andamento do passo e os sons de orientação de respiração, desde que um valor SR "em execução" seja mantido. Quando SR > limite, os sons gerados correspondem ao andamento de SR por padrão. A exceção é quando a configuração de back-end "tempo de som" é alterada (determinada nas configurações de back-end [seção de protocolo 3.5]). Por exemplo, com um limite superior selecionado de 180, mesmo que o corredor comece a correr em um SR mais alto de 185, o tempo do som não excederá 180. Quando eles baixam seu SR para 175, os sons diminuem para 175, ajustando-se continuamente dentro dos limites predefinidos. Conforme descrito na etapa 3.5 do protocolo, esses controles deslizantes permitem que o usuário ou pesquisador defina limites para o tempo de som mínimo e máximo (bpm). O aplicativo permite que diferentes proporções LRC (passos: respiração) sejam selecionadas antes ou alteradas durante a corrida. O número de passos por fase de respiração pode ser alterado de 2 para 9; ou seja, uma proporção de 2:3 reflete 2 passos por inspiração e 3 passos por expiração.
Diferentes "paisagens sonoras" foram projetadas para fornecer uma experiência de áudio agradável a mais corredores com diversos gostos musicais com base no feedback do usuário e nos primeiros experimentos em laboratório33. Eles têm sons diferentes mapeados para a taxa de passos em tempo real, as fases de respiração instruídas e o ruído ambiente de fundo. Os sons dos passos são batidas simples que tocam no ritmo de cada pisada (ou seja, passos direito e esquerdo). Os sons da respiração integram vários elementos sonoros e tocam em um ritmo muito mais lento, dependendo da proporção LRC escolhida. As paisagens sonoras disponíveis são tribais: orgânicas e instrumentais com transições de respiração nítidas e sons de passos; calmante: leve e inspirado no oceano com transições suaves e sons de passos; energizante: eletrônico e condução com transições nítidas e sons de passos; Mínimo: Simples e suave, com apenas sons de respiração (sem sons de passo).
O recurso de narração adiciona dicas de voz simples correspondentes aos resultados da pesquisa de melhores práticas em relação à familiarização com o LRC. Ele fornece uma série de instruções no início da corrida e, em seguida, a cada 5 minutos depois disso. Primeiro, ele indica a razão LRC selecionada. Em seguida, ele declara a fase respiratória pretendida em sincronia com as pistas sonoras para os três primeiros ciclos respiratórios. Em seguida, ele lembra o usuário: "encontre sua taxa de passos e siga o ritmo". Para cada corrida, um questionário pré e pós-corrida é integrado para adicionar dados de sentimento subjetivo a cada corrida. A escala curta de vitalidade subjetiva34 pergunta a um único item sobre o sentimento do corredor de 0 a 10. Uma classificação de 0 a 10 da escala de fadiga pede ao usuário que avalie seu estado atual de fadiga. Finalmente, uma escala de 0 a 10 classifica o grau de falta de ar experimentado atualmente. Todas essas escalas são solicitadas antes e depois de cada corrida. Somente após a corrida, o usuário é solicitado a avaliar sua experiência com a intensidade da corrida (ou seja, leve, médio, alto, intervalos). Os usuários podem alterar a proporção e a temporalidade do LRC durante a execução usando a interface na tela ou os controles de fone de ouvido. Isso pode ajudar os usuários a sentir agência durante a corrida e permite a exploração da adequação pessoal. Além disso, a proporção pode precisar ser alterada rapidamente em resposta a eventos de corrida (por exemplo, colinas, fadiga). Este protocolo inclui uma descrição de como executar com o aplicativo e recomendações posteriores para seu uso em protocolos de pesquisa de vários tipos (ou seja, interno, externo, intervencionista, transversal).
Este estudo recebeu aprovação ética do Comitê de Ética da Universidade de Salzburgo (número de referência: GZ 13/2021), e os participantes deram seu consentimento informado.
1. Introdução ao RunRhythm
Figura 1: Tutorial do aplicativo. O RunRhythm fornece um tutorial introdutório em sua primeira abertura, incluindo detalhes sobre o acoplamento locomotor-respiratório, uma animação mostrando como o aplicativo funciona e dicas de uso. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
2. Funcionalidade básica
Figura 2: Interface principal do aplicativo. (A) A relação de acoplamento locomotor-respiratório pode ser alterada na interface do usuário com spinners que variam de 2 a 9. Cada valor representa o número de passos por fase de respiração; ou seja, 2:3 representa 2 passos por inspiração: 3 passos por expiração. O ícone de cadeado pode ser usado para corrigir a diferença de proporção; ou seja, quando travado em 2:3, mudar "para cima" altera a proporção para 3:4 (mantendo uma diferença de 1 passo a mais por expiração). (B) A seleção da paisagem sonora permite que o usuário escolha entre quatro camadas de som predeterminadas: tribal, calmante, eletrônica e mínima. (C) A alternância de temporalidade permite que o usuário escolha entre três configurações predeterminadas para a frequência de orientação: cheia, média e desligada. (D) A alternância de narração permite que o usuário ative ou desative as dicas de voz. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: Pré e pós-questionários. Questionários idênticos são apresentados no início e no final de cada corrida. Eles devem ser respondidos para iniciar ou terminar a corrida. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
3. Configurações de back-end
NOTA: Os principais parâmetros que afetam a funcionalidade do aplicativo podem ser alterados tocando nos três pontos no canto superior direito da interface principal. Os valores padrão refletem os valores recomendados, mas podem ser alterados. Esta tela (Figura 4) contém as seguintes configurações:
Figura 4: Configurações de back-end. As configurações de back-end incluem pausa automática, uma alternância para detecção de etapas e códigos identificadores. (A) As configurações de limite de tempo de som permitem a seleção precisa dos limites de taxa de passos que limitam o tempo de orientação sonora gerado. Por exemplo, selecionar um limite inferior de 155 e um limite superior de 180 garante que a orientação sonora não se desvie do intervalo [155, 180], independentemente do SR real detectado. O padrão é [0, 200]. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
4. Executando com o aplicativo
Figura 5: Interface de entrada e pós-execução. (A) Durante a corrida, está disponível uma interface simplificada que permite ao usuário alterar os principais parâmetros, incluindo a relação de acoplamento locomotor-respiratório e a temporalidade. Ele também exibe o ritmo de corrida atual e a taxa de passos. (B) Após a corrida, uma tela de resumo exibe as principais métricas, incluindo distância total, ritmo médio e taxa média de passos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
5. Pesquise com o aplicativo
NOTA: As funcionalidades acima foram desenvolvidas para maximizar a experiência do usuário e permitir estudos de pesquisa do LRC em diversos contextos. As etapas abaixo descrevem como integrar o aplicativo em um estudo, desde a familiarização inicial até os logs de aplicativos pós-execução. Esses métodos de estudo foram revisados e aprovados para experimentação com humanos pelo comitê de ética da Paris Lodron Universität Salzburg (EK-GZ 29/2023).
Figura 6: Familiarização do pesquisador. Em contextos de pesquisa, recomenda-se a familiarização pelo investigador principal para garantir uma compreensão conceitual do acoplamento locomotor-respiratório e o uso adequado do aplicativo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
O aplicativo é a segunda iteração deste aplicativo projetado com o objetivo de oferecer suporte ao LRC e fornecer uma experiência de orientação de respiração em áudio. Numerosos estudos-piloto e uma publicação em periódico foram realizados apoiando sua eficácia e confirmando a experiência positiva do usuário. Em um estudo transversal que investigou os efeitos agudos da instrução LRC (mencionados na Introdução), verificou-se que correr com orientação aumentou muito o ...
Esta metodologia apresenta uma das primeiras ferramentas digitais baseadas em evidências e prontas para o campo para instruir o LRC aos corredores. Os primeiros resultados sugerem que é eficaz não apenas no aprendizado rápido e na adesão ao LRC, mas também pode ser ensinado ao longo do tempo e retido. Embora o LRC possa emergir naturalmente com o aumento da experiência de corrida, os novatos são menos propensos a realizá-lo37. Coincidentemente, eles são ...
Ulf Jensen era funcionário da Adidas AG. Os demais autores declaram que a pesquisa foi conduzida na ausência de quaisquer relações comerciais ou financeiras que pudessem ser interpretadas como um potencial conflito de interesses.
Este trabalho foi apoiado pelo Ministério Federal Austríaco de Ação Climática, Meio Ambiente, Energia, Mobilidade, Inovação e Tecnologia sob o Contrato nº 2021$$-$$0.641.557 e pelo estado federal de Salzburgo sob o programa de pesquisa COMET-Centros de Competência para Tecnologias Excelentes-no projeto 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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