Monitorare l'assunzione di liquidi tramite borracce intelligenti disponibili in commercio.

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L'assunzione di liquidi è importante per prevenire la disidratazione e ridurre la ricomparsa di calcoli renali. Negli ultimi anni si è assistito a una tendenza nello sviluppo di strumenti per il monitoraggio dell'assunzione di liquidi utilizzando prodotti "intelligenti" come i biberon intelligenti. Sono disponibili in commercio diversi biberon intelligenti, principalmente rivolti ad adulti attenti alla salute. A nostra conoscenza, questi biberon non sono stati validati in letteratura. Questo studio ha confrontato le prestazioni e la funzionalità di quattro biberon intelligenti disponibili in commercio. I biberon sono H2OPal, HidrateSpark Steel, HidrateSpark 3 e Thermos Smart Lid. Sono stati registrati e analizzati cento eventi di ingestione per biberon e confrontati con i dati reali ottenuti da bilance ad alta risoluzione. H2OPal ha l'errore percentuale medio (MPE) più basso ed è in grado di bilanciare gli errori su più sorsi. HidrateSpark 3 fornisce i risultati più coerenti e affidabili con il minor numero di errori per sorso. I valori MPE dei biberon HidrateSpark sono stati ulteriormente migliorati utilizzando la regressione lineare poiché presentavano valori di errore individuali più coerenti. Il Thermos Smart Lid è risultato il meno preciso, poiché il sensore non si estendeva su tutta la bottiglia, causando molti documenti andranno persi.
La disidratazione è un problema molto serio perché può portare a complicazioni avverse, tra cui confusione, cadute, ospedalizzazione e morte. L'equilibrio dell'assunzione di liquidi è importante, soprattutto negli anziani e nelle persone con patologie sottostanti che influenzano la regolazione dei liquidi. Ai pazienti a rischio di formazione ricorrente di calcoli si consiglia di consumare grandi quantità di liquidi. Pertanto, il monitoraggio dell'assunzione di liquidi è un metodo utile per determinare se si sta assumendo un'adeguata quantità di liquidi1,2. Esistono molti tentativi in ​​letteratura di creare report di sistemi o dispositivi che possono aiutare a monitorare e gestire l'assunzione di liquidi. Sfortunatamente, la maggior parte di questi studi non ha portato a un prodotto disponibile in commercio. Le bottiglie sul mercato sono principalmente destinate ad atleti amatoriali o adulti attenti alla salute che cercano di aumentare l'idratazione. In questo articolo, ci siamo proposti di determinare se le comuni bottiglie d'acqua disponibili in commercio siano una soluzione valida per ricercatori e pazienti. Abbiamo confrontato quattro bottiglie d'acqua commerciali in termini di prestazioni e funzionalità. Le bottiglie sono HidrateSpark 34, HidrateSpark Steel5, H2O Pal6 e Thermos Smart Lid7 come mostrato nella Figura 1. Queste bottiglie sono state scelte perché sono una delle sole quattro bottiglie popolari che (1) sono disponibili per l'acquisto in Canada e (2) hanno dati sul volume dei sorsi accessibili tramite l'app mobile.
Immagini delle bottiglie commerciali analizzate: (a) HidrateSpark 34, (b) HidrateSpark Steel5, (c) H2OPal6, (d) Thermos Smart Lid7. Il riquadro tratteggiato rosso mostra la posizione del sensore.
Tra le bottiglie sopra menzionate, solo le versioni precedenti di HidrateSpark sono state validate nella ricerca8. Lo studio ha rilevato che la bottiglia HidrateSpark era accurata entro il 3% nella misurazione dell'assunzione totale di liquidi in un periodo di 24 ore. HidrateSpark è stata anche utilizzata in studi clinici per monitorare l'assunzione di liquidi in pazienti con calcoli renali9. Da allora, HidrateSpark ha sviluppato nuove bottiglie con sensori diversi. H2OPal è stata utilizzata in altri studi per monitorare e promuovere l'assunzione di liquidi, ma nessuno studio specifico ne ha validato le prestazioni2,10. Pletcher et al. hanno confrontato le caratteristiche geriatriche e le informazioni disponibili online per diverse bottiglie commerciali, ma non hanno eseguito alcuna validazione della loro accuratezza11.
Tutte e quattro le bottiglie commerciali includono un'app proprietaria gratuita per visualizzare e memorizzare gli eventi di ingestione trasmessi tramite Bluetooth. HidrateSpark 3 e Thermos Smart Lid hanno il sensore al centro della bottiglia, probabilmente utilizzando un sensore capacitivo, mentre HidrateSpark Steel e H2Opal hanno un sensore sul fondo, utilizzando un sensore di carico o di pressione. La posizione del sensore è mostrata nel riquadro tratteggiato rosso nella Figura 1. Nel Thermos Smart Lid, il sensore non può raggiungere il fondo del contenitore.
Ogni bottiglia viene testata in due fasi: (1) una fase di aspirazione controllata e (2) una fase di vita libera. In entrambe le fasi, i risultati registrati dalla bottiglia (ottenuti dall'app mobile del prodotto utilizzata su Android 11) sono stati confrontati con la verità di base ottenuta utilizzando una bilancia da 5 kg (Starfrit Electronic Kitchen Scale 93756). Tutte le bottiglie sono state calibrate prima della raccolta dei dati tramite l'app. Nella Fase 1, sono state misurate le dimensioni dei sorsi da 10 ml a 100 ml in ordine casuale, 5 misurazioni ciascuna, per un totale di 50 misurazioni per fiala. Questi eventi non sono eventi di bevuta reali negli esseri umani, ma vengono versati in modo che la quantità di ogni sorso possa essere meglio controllata. In questa fase, ricalibrare la bottiglia se l'errore del sorso è maggiore di 50 ml e riassociare se l'app perde la connessione Bluetooth con la bottiglia. Durante la fase di vita libera, un utente beve acqua liberamente da una bottiglia durante il giorno e sceglie diversi sorsi. Questa fase include anche 50 sorsi nel tempo, ma non tutti consecutivamente. Pertanto, ogni bottiglia ha un set di dati di un totale di 100 misurazioni.
Per determinare l'assunzione totale di liquidi e garantire una corretta idratazione giornaliera, è più importante disporre di misurazioni accurate dell'assunzione volumetrica durante l'intera giornata (24 ore) piuttosto che di ogni singolo sorso. Tuttavia, per identificare tempestivamente i segnali di intervento, ogni sorso deve presentare un margine di errore ridotto, come fatto nello studio di Conroy et al. 2. Se il sorso non viene registrato o viene registrato in modo impreciso, è fondamentale che la bottiglia sia in grado di bilanciare il volume nella registrazione successiva. Pertanto, l'errore (volume misurato - volume effettivo) viene corretto manualmente. Ad esempio, supponiamo che il soggetto abbia bevuto 10 ml e la bottiglia abbia riportato 0 ml, ma poi il soggetto abbia bevuto 20 ml e la bottiglia abbia riportato un totale di 30 ml: l'errore corretto sarebbe di 0 ml.
La Tabella 1 elenca diverse metriche di prestazione per ciascuna bottiglia, considerando due fasi (100 sorsi). L'errore percentuale medio (MPE) per sorso, l'errore assoluto medio (MAE) per sorso e l'MPE cumulativo sono calcolati come segue:
dove \({S}_{act}^{i}\) e \({S}_{est}^{i}\) sono le assunzioni effettive e stimate del \({i}_{th}\ ) sorso, e \(n\) è il numero totale di sorsi.\({C}_{act}^{k}\) e \({C}_{est}^{k}\) rappresentano l'assunzione cumulativa degli ultimi \(k\) sorsi. L'MPE del singolo sorso considera l'errore percentuale per ogni singolo sorso, mentre l'MPE cumulativo considera l'errore percentuale totale nel tempo. Secondo i risultati nella Tabella 1, H2OPal ha il minor numero di registrazioni perse, il più basso MPE del singolo sorso e il più basso MPE cumulativo. L'errore medio è migliore dell'errore assoluto medio (MAE) come metrica di confronto quando si determina l'assunzione totale nel tempo. Perché illustra la capacità della bottiglia di recuperare da misurazioni scadenti nel tempo durante la registrazione di misurazioni successive. Il MAE del singolo sorso è incluso anche nelle applicazioni in cui l'accuratezza di ogni Il sorso è importante perché calcola l'errore assoluto di ogni sorso. L'MPE cumulativo misura anche quanto bene le misurazioni sono bilanciate nella fase e non penalizza un singolo sorso. Un'altra osservazione è stata che 3 delle 4 bottiglie hanno sottostimato il volume assunto per bocca mostrato nella Tabella 1 con numeri negativi.
Nella Tabella 1 sono riportati anche i coefficienti di correlazione R-quadro di Pearson per tutte le bottiglie. HidrateSpark 3 presenta il coefficiente di correlazione più elevato. Sebbene HidrateSpark 3 abbia alcuni dati mancanti, la maggior parte di essi riguarda bottiglie con apertura piccola ( Il grafico di Bland-Altman nella Figura 2 conferma inoltre che HidrateSpark 3 presenta il limite di concordanza (LoA) più basso rispetto alle altre tre bottiglie. Il LoA analizza la concordanza tra i valori effettivi e quelli misurati. Inoltre, quasi tutte le misurazioni rientravano nell'intervallo LoA, il che conferma che questa bottiglia fornisce risultati coerenti, come mostrato nella Figura 2c. Tuttavia, la maggior parte dei valori è inferiore a zero, il che significa che la quantità di sorso viene spesso sottostimata. Lo stesso vale per HidrateSpark Steel nella Figura 2b, dove la maggior parte dei valori di errore sono negativi. Pertanto, queste due bottiglie forniscono il più alto MPE e MPE cumulativo rispetto a H2Opal e Thermos Smart Lid, con errori distribuiti sopra e sotto lo 0, come mostrato nelle Figure 2a e 2d.
Grafici di Bland-Altman di (a) H2OPal, (b) HidrateSpark Steel, (c) HidrateSpark 3 e (d) Thermos Smart Lid. La linea tratteggiata rappresenta l'intervallo di confidenza attorno alla media, calcolato dalla deviazione standard nella Tabella 1.
HidrateSpark Steel e H2OPal avevano deviazioni standard simili, rispettivamente di 20,04 mL e 21,41 mL. Le figure 2a e 2b mostrano anche che i valori di HidrateSpark Steel oscillano sempre intorno alla media, ma generalmente rimangono all'interno della regione LoA, mentre H2Opal ha più valori al di fuori della regione LoA. La deviazione standard massima del Thermos Smart Lid era di 35,42 mL e più del 10% delle misurazioni erano al di fuori della regione LoA mostrata nella figura 2d. Questa bottiglia ha fornito il più piccolo errore medio di sorso e un MPE cumulativo relativamente piccolo, nonostante avesse il maggior numero di registrazioni mancanti e la deviazione standard più grande. Il Thermos SmartLid ha molte registrazioni mancanti perché la cannuccia del sensore non si estende fino al fondo del contenitore, causando registrazioni mancanti quando il contenuto del liquido è al di sotto dell'asta del sensore (~80 mL). Ciò dovrebbe portare a una sottostima dell'assunzione di liquidi; Tuttavia, Thermos è stata l'unica bottiglia con MPE e Sip Mean Error positivi, il che implica che la bottiglia sovrastimava l'assunzione di liquidi. Quindi, il motivo per cui l'errore medio del sorso di Thermos è così basso è perché la misurazione è sovrastimata per quasi tutte le bottiglie. Quando queste sovrastime vengono mediate, includendo molti sorsi mancati che non vengono registrati affatto (o "sottostimati"), il risultato medio è bilanciato. Escludendo le registrazioni mancate dal calcolo, il Sip Mean Error è diventato +10,38 mL, confermando una grande sovrastima di un singolo sorso. Sebbene questo possa sembrare positivo, la bottiglia è in realtà imprecisa nelle stime dei singoli sorsi e inaffidabile perché non registra molti eventi di bevuta. Inoltre, come mostrato nella Figura 2d, Thermos SmartLid sembra aumentare l'errore con l'aumentare della dimensione del sorso.
Nel complesso, H2OPal è risultato il più preciso nella stima dei sorsi nel tempo e il metodo più affidabile per misurare la maggior parte delle registrazioni. Il Thermos Smart Lid è risultato il meno preciso e ha mancato un numero maggiore di sorsi rispetto alle altre bottiglie. La bottiglia HidrateSpark 3 ha mostrato valori di errore più costanti, ma ha sottostimato la maggior parte dei sorsi, con conseguenti prestazioni scadenti nel tempo.
Si è scoperto che la bottiglia potrebbe avere un certo offset che può essere compensato utilizzando un algoritmo di calibrazione. Ciò è particolarmente vero per la bottiglia HidrateSpark, che ha una piccola deviazione standard dell'errore e sottostima sempre un singolo sorso. È stato utilizzato un metodo dei minimi quadrati (LS) con i dati della fase 1 escludendo eventuali record mancanti per ottenere i valori di offset e guadagno. L'equazione risultante è stata utilizzata per l'assunzione di sorsi misurata nella seconda fase per calcolare il valore effettivo e per determinare l'errore di calibrazione. La Tabella 2 mostra che la calibrazione ha migliorato l'errore medio dei sorsi per due bottiglie HidrateSpark, ma non per H2OPal o Thermos Smart Lid.
Durante la Fase 1, in cui vengono effettuate tutte le misurazioni, ogni bottiglia viene riempita più volte, quindi l'MAE calcolato potrebbe essere influenzato dal livello di riempimento della bottiglia. Per determinare ciò, ogni bottiglia è divisa in tre livelli, alto, medio e basso, in base al volume totale di ciascuna bottiglia. Per le misurazioni della Fase 1, è stato eseguito un test ANOVA a una via per determinare se i livelli fossero significativamente diversi nell'errore assoluto. Per HidrateSpark 3 e Steel, gli errori per le tre categorie non sono significativamente diversi. C'era una differenza significativa al limite (p Sono stati eseguiti test t a due code per confrontare gli errori della fase 1 e della fase 2 per ciascuna bottiglia. Abbiamo ottenuto p > 0,05 per tutte le bottiglie, il che significa che i due gruppi non erano significativamente diversi. Tuttavia, è stato osservato che le due bottiglie HidrateSpark hanno perso un numero molto maggiore di registrazioni nella fase 2. Per H2OPal, il numero di registrazioni mancate era quasi uguale (2 contro 3), mentre per Thermos SmartLid c'erano meno registrazioni mancate (6 contro 10). Poiché tutte le bottiglie HidrateSpark sono state migliorate dopo la calibrazione, è stato eseguito un test t anche dopo la calibrazione. Per HidrateSpark 3, c'è una differenza significativa negli errori tra la fase 1 e la fase 2 (p = 0,046). Ciò è più probabilmente dovuto al maggior numero di registrazioni mancanti nella fase 2 rispetto alla fase 1.
Questa sezione fornisce informazioni sull'usabilità della bottiglia e sul suo utilizzo, oltre ad altre informazioni funzionali. Sebbene la precisione della bottiglia sia importante, anche il fattore usabilità è fondamentale nella scelta di una bottiglia.
HidrateSpark 3 e HidrateSpark Steel sono dotati di luci LED che ricordano agli utenti di bere acqua se non raggiungono gli obiettivi prefissati, oppure lampeggiano un certo numero di volte al giorno (impostabile dall'utente). Possono anche essere impostati per lampeggiare ogni volta che l'utente beve. H2OPal e Thermos Smart Lid non dispongono di alcun feedback visivo per ricordare agli utenti di bere acqua. Tuttavia, tutte le bottiglie acquistate includono notifiche per dispositivi mobili che ricordano agli utenti di bere tramite l'app dedicata. Il numero di notifiche giornaliere può essere personalizzato nelle applicazioni HidrateSpark e H2OPal.
HidrateSpark 3 e Steel utilizzano trend lineari per guidare gli utenti su quando bere acqua e forniscono un obiettivo orario suggerito da raggiungere entro la fine della giornata. H2OPal e Thermos Smart Lid forniscono solo un obiettivo giornaliero totale. In tutte le bottiglie, se il dispositivo non è connesso all'app tramite Bluetooth, i dati verranno memorizzati localmente e sincronizzati dopo l'associazione.
Nessuna delle quattro bottiglie è specificamente pensata per l'idratazione degli anziani. Inoltre, le formule utilizzate per calcolare l'apporto giornaliero raccomandato non sono disponibili, il che rende difficile stabilire se siano adatte alle persone anziane. La maggior parte di queste bottiglie è grande e pesante e non è progettata per gli anziani. Anche l'utilizzo di app per dispositivi mobili potrebbe non essere ideale per le persone anziane, sebbene possa essere utile per i ricercatori per raccogliere dati a distanza.
Non tutte le bottiglie sono in grado di stabilire se il liquido è stato consumato, gettato via o versato. Inoltre, dopo ogni sorso, è necessario appoggiare la bottiglia su una superficie per registrare con precisione l'assunzione. Ciò significa che alcune bevande potrebbero non essere registrate se la bottiglia non viene appoggiata, soprattutto durante il riempimento.
Un'altra limitazione è che il dispositivo deve essere periodicamente riassociato all'app per sincronizzare i dati. Il Thermos doveva essere riassociato ogni volta che si apriva l'app e la bottiglia HidrateSpark spesso faticava a trovare una connessione Bluetooth. H2OPal è più facile da riassociare all'app in caso di perdita della connessione. Tutte le bottiglie vengono calibrate prima dell'inizio del test e devono essere ricalibrate almeno una volta durante il processo. La bottiglia HidrateSpark e H2OPal devono essere svuotate e riempite completamente per la calibrazione.
Non tutte le bottiglie offrono la possibilità di scaricare o salvare i dati a lungo termine. Inoltre, nessuna di esse è accessibile tramite API.
HidrateSpark 3 e H2OPal utilizzano batterie agli ioni di litio sostituibili, mentre HidrateSpark Steel e Thermos SmartLid utilizzano batterie ricaricabili. Come dichiarato dal produttore, la batteria ricaricabile dovrebbe durare fino a 2 settimane con una carica completa; tuttavia, in caso di utilizzo intensivo del Thermos SmartLid, è necessario ricaricarla quasi settimanalmente. Questo rappresenta un limite, poiché molte persone potrebbero dimenticare di ricaricare regolarmente la borraccia.
Diversi fattori possono influenzare la scelta di una borraccia intelligente, soprattutto quando l'utente è una persona anziana. Il peso e il volume della borraccia sono fattori importanti, poiché deve essere facile da usare anche per gli anziani fragili. Come accennato in precedenza, queste borracce non sono progettate specificamente per gli anziani. Anche il prezzo e la quantità di liquido per borraccia sono fattori da considerare. La Tabella 3 mostra l'altezza, il peso, il volume del liquido e il prezzo di ciascuna borraccia. La Thermos Smart Lid è la più economica e leggera, essendo realizzata interamente in plastica leggera. Inoltre, ha la maggiore capacità rispetto alle altre tre borracce. Al contrario, la H2OPal è risultata la più alta, pesante e costosa tra le borracce analizzate.
Le bottiglie intelligenti disponibili in commercio sono utili per i ricercatori perché non è necessario prototipare nuovi dispositivi. Sebbene siano disponibili molte bottiglie d'acqua intelligenti, il problema più comune è che gli utenti non hanno accesso ai dati o ai segnali grezzi e solo alcuni risultati vengono visualizzati nell'app mobile. È necessario sviluppare una bottiglia intelligente ampiamente utilizzata con elevata precisione e dati completamente accessibili, soprattutto una pensata per gli anziani. Delle quattro bottiglie testate, H2OPal, appena uscita dalla confezione, ha mostrato il più basso MPE per sorso, MPE cumulativo e numero di registrazioni mancate. HidrateSpark 3 ha la linearità più elevata, la deviazione standard più bassa e il MAE più basso. HidrateSpark Steel e HidrateSpark 3 possono essere semplicemente calibrate manualmente per ridurre l'errore medio dei sorsi utilizzando il metodo LS. Per registrazioni dei sorsi più accurate, HidrateSpark 3 è la bottiglia da preferire, mentre per misurazioni più coerenti nel tempo, H2OPal è la prima scelta. Thermos SmartLid ha mostrato le prestazioni meno affidabili, ha avuto il maggior numero di sorsi mancati e ha sovrastimato i singoli sorsi.
Lo studio presenta alcune limitazioni. Nella vita reale, molti utenti bevono da altri contenitori, soprattutto liquidi caldi, bevande acquistate al supermercato e alcolici. Le ricerche future dovrebbero valutare in che modo la forma di ciascuna bottiglia influisce sugli errori, al fine di guidare la progettazione di bottiglie d'acqua intelligenti.
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Questo lavoro è stato finanziato da una sovvenzione della Canadian Institutes of Health Research (CIHR) Foundation (FDN-148450). La dottoressa Fernie ha ricevuto i finanziamenti in qualità di titolare della cattedra Creaghan di prevenzione familiare e tecnologia medica.
Kite Institute, Toronto Rehabilitation Institute – University Health Network, Toronto, Canada
Concettualizzazione – RC; Metodologia – RC, AR; Stesura – Preparazione del manoscritto – RC, AR; Stesura – Revisione e modifica, GF, AR; Supervisione – AR, GF. Tutti gli autori hanno letto e approvato la versione pubblicata del manoscritto.
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Cohen, R., Fernie, G., e Roshan Fekr, A. Monitoraggio dell'assunzione di liquidi in bottiglie d'acqua intelligenti disponibili in commercio. Science Rep 12, 4402 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-08335-5
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