Aktivitätsmessung bei Kindern ist kein Kinderspiel! · • Einfach anwendbare, gut verständliche...

Aktivitätsmessung bei gKindern ist kein Kinderspiel!

5 3 2009 Magglingen5.3.2009, Magglingen

Urs Mäder, Nicole Ruch, Gerda Jimmy, Alain Dössegger, Martin RumoRessort Bewegung und GesundheitRessort Bewegung und GesundheitEidgenössische Hochschule für Sport Magglingen

Argumente für eine präzise Erfassungd kö li h Akti itätder körperlichen Aktivität

Klärung des Zusammenhangs zwischen Bewegung und Gesundheitg g g g• Genaue Schätzung der Effektgrösse• Beschreibung der gesundheitsrelevanten Dimensionen

der körperlichen Aktivitätender körperlichen Aktivitäten

Monitoring mit einfachen standardisierten Methoden• Erfassung von Trends betreffend körperlicher Aktivität in

der Gesellschaft• Vergleiche zwischen unterschiedlichen Kulturen

Ursachen und Mechanismen des Bewegungsverhaltens• Erfassung von Interventionseffekten (bei Individuen und Gruppen)• Erfassung von Interventionseffekten (bei Individuen und Gruppen)• Analyse der Wechselbeziehung zwischen verschiedenen

Determinanten und dem Bewegungsverhalten

2Bundesamt für Sport BASPO / EHSM / Ressort Bewegung und Gesundheit

Messmethoden zur Erhebung der körperlichen Aktivität

Nach Nick J Wareham

Impuls für Entwicklung der Messmethoden bei Erwachsenen: Die Gesundheit

K kh it R l ti Ri ik fü I kti

Erwachsenen: Die Gesundheit

Krankheiten Relatives Risiko für Inaktive

Herz-Kreislauf-Krankheiten 1.84Weiter-

Typ II Diabetes 1.88Osteoporose 1.90

gehendeAktivitäten

Dickdarmkrebs 2.00

Brustkrebs 1.39Ausdauer20-60 Min.

3x / Woche

KraftBeweglichkeit2x / WocheDepression 3.15

Rückenschmerzen 1.36

Bl th hd k 1 47Täglich 30 Minuten körperliche Aktivität

b i ittl I t ität

3x / Woche 2x / Woche

Bluthochdruck 1.47bei mittlerer Intensität



Schweiz Z Sportmed Sporttraumatol 2001: 49 (3): 131-133

Impuls für Entwicklung der Messmethoden bei Erwachsenen: Die Gesundheit

K kh it R l ti Ri ik fü I kti

Erwachsenen: Die Gesundheit

Krankheiten Relatives Risiko für Inaktive

Herz-Kreislauf-Krankheiten 1.84Weiter-

Typ II Diabetes 1.88Osteoporose 1.90

gehendeAktivitäten

Dickdarmkrebs 2.00

Brustkrebs 1.39Ausdauer20-60 Min.

3x / Woche

KraftBeweglichkeit2x / Woche

Dauer x Intensität = gesamter EnergieverbrauchDepression 3.15

Rückenschmerzen 1.36

Bl th hd k 1 47Täglich 30 Minuten körperliche Aktivität

b i ittl I t ität

3x / Woche 2x / WocheEnergieverbrauch

Bluthochdruck 1.47bei mittlerer Intensität



Schweiz Z Sportmed Sporttraumatol 2001: 49 (3): 131-133

Die Dimensionen der körperlichen Aktivität

Dimension BeispieleDimension BeispieleKontext Transport, Fussballspiel, Turnunterricht ....Art Gehen, Laufen, Hüpfen, Kriechen ...., , p ,Intensität Energieverbrauch (kJ/min), tief, moderat, hoch...Frequenz Pro Tag, pro Woche ....Dauer Zeitspanne einer Bewegungsart, einer Intensität ...



Methodenübersicht

Direkte Methoden Indirekte MethodenDirekte Methoden Indirekte Methoden

Tagebuch, Fitnesstests

Fragebogen Körpergewicht BMIFragebogen Körpergewicht, BMI

Pedometer Blutlipide (HDL/LDL)

Beschleunigungsmesser BlutdruckmessungBeschleunigungsmesser Blutdruckmessung

Herzfrequenz MonitoringKombinierte Ansätze(Armband, ikcal, Actiheart..)BeobachtungDoubly Labeled Water (DLW)Doubly Labeled Water (DLW)Indirekte Kalorimetrie



Tagebuch (Ausschnitt)

06:0

0

07:0

0

08:0

0

09:0

0

10:0

0

11:0

0

0

AllgemeinSchlafenSchlafenEssenSchuleSchulunterrichtTurnstundePauseFreizeitHausaufgabenHausaufgabenSelbst Bücher lesenMusikinstrument spielen/singen



Tagebuch zur Erfassung der körperlichen Aktivität

Dimensionen Dauer Frequenz Intensität Art Kontext

• Aktivitäten werden nach einem vorgegeben Zeitintervall aufgelistet• Abschätzung des Energieverbrauchs möglich

• Das Auswerten kann sehr zeitaufwendig sein• Für jüngere Kinder nur mit Eltern ausfüllbar• Eingeschränkte Objektivität durch auswertende Person



Pedometer / Schrittzähler

• Eindimensionaler Erschütterungssensor• Eindimensionaler Erschütterungssensor• Kosten CHF 15.00-75.00• Rückmeldungen auf Display (Schritte, Energieverbrauch, Distanz, usw.)



Anzahl Schritte gegenüber Geschwindigkeit

Figur 1: Step counts required to complete a mile at three different paces



g p q p p

Energieverbrauch pro Schritt in Abhängigkeitd G h i di k itder Geschwindigkeit

Figure 4: Relationship of walkint/running speed to energy expended. From: Hatano, Y. (1993). Use of the pedometer for promoting daily walking exercise International Council for Health



Use of the pedometer for promoting daily walking exercise. International Council for Health, Physical Education, and Recreation, 29(4), 4-8.

Pros und Cons von Schrittmessern

Dimensionen Dauer

• Einfach anwendbare und gut verständliche Methode• Einfach anwendbare und gut verständliche Methode• Ermöglicht Feedback an tragende Person (Motivation)• Kostengünstige Methode

• Nur Aktivitäten mit schrittähnlichen Körperschwerpunktverschiebungen werden erfasst

• Korreliert nur bedingt mit dem Energieverbrauch• Korreliert nur bedingt mit dem Energieverbrauch



Herzfrequenzmessung

• Speicher Daten über mehrere Tag abSpeicher Daten über mehrere Tag ab• Messintervalle sind wählbar• Herzfrequenzangaben sind sehr genau

K CHF 400 00 bi CHF 900 00• Kosten: CHF 400.00 bis CHF 900.00



Linearer Zusammenhang zwischen Hf und Energieverbrauch

Figure 1: A regression line between energy expenditure and heart rate obtained from the lib ti d f bj t ( lti l R2 0 91 P < 0 001)



calibration procedure for one subject (multiple R2 = 0.91, P < 0.001).

Hf und Energieverbrauch bei verschiedenen Akti itätAktivitäten

Figure 1: The relationship of heart rate to exygen uptake during treadmill walking, arm and leg i i Ai D t d ki



exercise using an Air-Dyne ergometer and arm cranking.

Hf-Verlauf in Abhängigkeit der Zeit und der Intensität

Figure 2: Minute-by-minute tracking of VO2(mLkg-1 min-1) and HR (beats-min-1) for the activities of lawn mowing (manual push mower) trimming (electric) and gardening (pulling



activities of lawn mowing (manual push mower), trimming (electric), and gardening (pulling weeds, planting, flowers).

Pros und Cons der Herzfrequenzmessung

Dimensionen Dauer Frequenz Intensität

• Einfach anwendbare, gut verständliche Methode• Abschätzung des Energieverbrauchs möglich

Fü Ab hät d E i b h i t i i di id ll• Für genaue Abschätzung des Energieverbrauchs ist eine individuelle Eichung nötig

• Brustgurt kann auf die Dauer störend wirken• andere Faktoren beeinflussen die Herzfrequenz

(Ernährung, Müdigkeit, Stress usw.)



Beschleunigungsmesser

• Speicher Daten über mehrere Tag abSpeicher Daten über mehrere Tag ab• Messintervalle sind wählbar• Kosten: CHF 400.00 bis CHF 6500.00



Einfluss der Steigung beim Gehen auf dem LaufbandLaufband

Figure 3 – CSA activity counts vs treadmill grade within each speed. = 4.8 km.h-1; = 6.4 km.h-1; = 8 1 km.h-1; *significantly different from other grades (P < 0 05); significantly



km.h 1; = 8.1 km.h 1; significantly different from other grades (P < 0.05); significantly different from 6% grade (P < 0.05).

MIT/CSA Actigraph Intensitätsstufen für Kinder (counts/min)(cou ts/ )

P t l EIntensität Puyau et al. (2002) Ekelund (2004) Evenson

(2008)

0 2292leicht 800 - 3199 500 - 2000

0 – 229215 sec: <573

2293-4007moderat 3200-8199 2000 - 3000

2293 400715 sec: >1002

i t i 8200 < 3000 < 4008intensiv 8200 < 3000 < 4008



Aufgezeichnete Daten eines Kindes

6000

7000

3000

4000

5000

nts/

min

10002000

3000

Cou

0

.00

h

.34

h

.08

h

.42

h

.16

h

.50

h

.24

h

.58

h

.32

h

.06

h

.40

h

.14

h

.48

h

.22

h

.56

h

.30

h

.04

h

.38

h

8 8 9 9 10 10 11 11 12 13 13 14 14 15 15 16 17 17

Zeit



Einfluss der „epoch time“ auf das ResultatResultat



Vale et al., 2009

Erkennung einzelner Aktivitäten ist möglich

n un

itsry

acc

eler

atio

nA

rbitr

a

Time in ms



Pros und Cons der Beschleunigungsmessung

Dimensionen Dauer Frequenz Intensität Art Kontext

• Einfach anwendbare Messmethode• Abschätzung des Energieverbrauchs möglich, mit individueller

Kalibrierung sehr präzise

• Aktivitäten die kaum Beschleunigungen bewirken, sind nur mit mehreren Sensoren zu erfassen

• Viele publizierte Cut off Levels erschweren die Vergleichbarkeit der• Viele publizierte Cut-off Levels erschweren die Vergleichbarkeit der Studien



Die Überwindung der Limitierungen einzelner SensorenSensoren

Kombination verschiedener Sensorarten



Bewegungsempfehlungen für Kinder



Die Natur der kindlichen Bewegung

• Die Bewegung der Kinder ist oft nicht zweckgebundeng g g• Sehr oft spontan• Kurzzeitig und schnell wechselnd

> Die physische kognitive soziale und emotionale Entwicklung-> Die physische, kognitive, soziale und emotionale Entwicklung steht im Vordergrund-> Die Fokussierung auf Risikofaktoren im Zusammenhang mit d E f d B ift b i d Ki d t kder Erfassung der Bewegung greift bei den Kindern etwas kurz

Kindergerechtere Ansätze zu Messung der Aktivitätg g• Direkte Beobachtung• Objektive Messmethoden, die sich in ihren Eigenschaften der

Beobachtungsmethode annähernBeobachtungsmethode annähern



Direkte Beobachtung

Vorgeheng• Aktivitäten werden durch Beobachter in vorgegebenen Zeitabständen

definierten Aktivitätsarten oder –klassen zugeordnet• Gruppen (Turnunterricht) oder Individuen werden beobachtetGruppen (Turnunterricht) oder Individuen werden beobachtet

Validität und Reliabilität• Erhobene Daten korrelieren (r = 0.5-0.91) mit objektiven Messmethoden• Übereinstimmung zwischen mehreren Beobachtern ist hoch (84-99%)

Nachteil• Hoher Zeitaufwand



Erfassung der Aktivitäten mit zwei Actigraphen an der Hüfte und der Handg p

800900

stationary

500600700

nts/

sec)

walkrunjump

200300400

ha (c

ou bike1bike2crawl

a

0100

0 100 200 300 400 500 600

Akro

hü (counts/sec)



Benutzte ClassifierA B

s/se

c)

/sec

)

Wris

t (co

unts

rist (

coun

ts/

W Wr

Hip (counts/sec) Hi ( t / )

Normal density discriminant

AC

)

Hip (counts/sec) Hip (counts/sec)

discriminant function

Nearest Bcoun

ts/s

ec

neighbour

Visual Classifier

C

Wris

t (



ClassifierHip (counts/sec)

Mehrere 1D-Beschleunigungsmesser ermöglichen AktivitätserkennungAktivitätserkennung

Handgelenk

100000

1000000stationary

walking

gHüfte

10000

100000

terv

als

running

jumping

not assigned

100

1000

umbe

r of i

n

1

10

nu

1

length of activities



Resultate im Vergleich mit anderen Studien

EHSM Bailey et EYHSEHSM Bailey et al., 1999

EYHS

stationär 605.9±25.4 min 73%(~10h) (75%)

gehen 130.0±8.6 min (16%)

16.2% 9-jährige:♀:160 min(16%) ♀:160 min

rennen 16.7±1.9 min (2%)

2% ♂:192 min15-jährige:(2%) 15 jährige:

hüpfen 4.5±3.2 min (0.6%)

0.3% ♀:73 min♂:99 min( )

nicht zugeteilt 48.3±10 min(6%)

--



Optimale Positionierung von Beschleunigungs-messern



Kontexterkennung am Beispiel einer Turnstunde

123

ÜbergängeAkrobatik

456

KickenPrellenWerfen

789

10

Springen/HüpfenLaufenGehen10

111213

GehenStehenKnien

131415

SitzenLiegen



Schlussfolgerungen

Aktivitätsmessung bei Kindern ist kein Kinderspiel!g p• Zur Erfassung des generellen Bewegungsverhaltens bei Kindern

bestehen verschiedene valide, gut anwendbare Methoden• Die ausschliessliche Fokussierung auf die Beziehung zwischenDie ausschliessliche Fokussierung auf die Beziehung zwischen

Bewegung und Risikofaktoren greift etwas kurz• Für die Erfassung von komplexeren Aspekten der kindlichen Bewegung

sind differenziertere Methoden nötigsind differenziertere Methoden nötig• Hier öffnet sich ein interdisziplinäres Forschungsfeld, an dem sich

Ingenieure, Sozial- und Naturwissenschaftler beteiligen können.



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