Следете приема на течности чрез предлаганите в търговската мрежа интелигентни бутилки за вода

Благодарим ви, че посетихте Nature.com. Версията на браузъра, която използвате, има ограничена поддръжка за CSS. За най-добро изживяване ви препоръчваме да използвате актуализиран браузър (или да изключите режима на съвместимост в Internet Explorer). Междувременно, за да осигурим непрекъсната поддръжка, ще показваме сайта без стилове и JavaScript.
Приемът на течности е важен за предотвратяване на дехидратация и намаляване на повтарящите се камъни в бъбреците. През последните години се наблюдава тенденция за разработване на инструменти за наблюдение на приема на течности, използващи „умни“ продукти като интелигентни шишета. На пазара се предлагат няколко интелигентни бебешки шишета, насочени главно към възрастни, които се грижат за здравето си. Доколкото ни е известно, тези шишета не са валидирани в литературата. Това проучване сравнява производителността и функционалността на четири интелигентни шишета за хранене, предлагани на пазара. Шишетата са H2OPal, HidrateSpark Steel, HidrateSpark 3 и Thermos Smart Lid. Сто събития на поглъщане на шише бяха записани и анализирани и сравнени с данните, получени от скали с висока резолюция. H2OPal има най-ниската средна процентна грешка (MPE) и е в състояние да балансира грешките при множество глътки. HidrateSpark 3 предоставя най-последователните и надеждни резултати с най-ниските грешки при глътки за време. Стойностите на MPE на шишетата HidrateSpark бяха допълнително подобрени с помощта на линейна регресия, тъй като те имаха по-последователни индивидуални стойности на грешки. Thermos Smart Lid беше най-малко точен, тъй като сензорът не се простираше по цялото шише, което доведе до загуба на много записи.
Дехидратацията е много сериозен проблем, защото може да доведе до нежелани усложнения, включително объркване, падания, хоспитализация и смърт. Балансът на приема на течности е важен, особено при възрастни хора и хора с подлежащи заболявания, които влияят на регулирането на течностите. На пациенти с риск от рецидивиращо образуване на камъни се препоръчва да консумират големи количества течности. Следователно, наблюдението на приема на течности е полезен метод за определяне дали се приема адекватен прием на течности1,2. В литературата има много опити за създаване на доклади за системи или устройства, които могат да помогнат за проследяване и управление на приема на течности. За съжаление, повечето от тези проучвания не доведоха до разработването на търговски достъпен продукт. Бутилките на пазара са насочени предимно към спортисти-любители или здравословно съзнателни възрастни, които искат да добавят хидратация. В тази статия се стремим да определим дали обикновените, търговски достъпни бутилки за вода са жизнеспособно решение за изследователи и пациенти. Сравнихме четири търговски бутилки за вода по отношение на производителност и функционалност. Бутилките са HidrateSpark 34, HidrateSpark Steel5, H2O Pal6 и Thermos Smart Lid7, както е показано на Фигура 1. Тези бутилки бяха избрани, защото са едни от малкото четири популярни бутилки, които са... (1) налични за закупуване в Канада и (2) имат данни за обема на изпитите напитки, достъпни чрез мобилното приложение.
Изображения на анализирани търговски бутилки: (a) HidrateSpark 34, (b) HidrateSpark Steel5, (c) H2OPal6, (d) Thermos Smart Lid7. Червената пунктирана кутия показва местоположението на сензора.
От гореспоменатите бутилки, само предишни версии на HidrateSpark са валидирани в изследвания8. Проучването установи, че бутилката HidrateSpark е точна в рамките на 3% от измерването на общия прием за 24-часов период на прием на течности. HidrateSpark е използван и в клинични проучвания за наблюдение на приема при пациенти с бъбречни камъни9. Оттогава HidrateSpark е разработил нови бутилки с различни сензори. H2OPal е използван в други проучвания за проследяване и насърчаване на приема на течности, но няма специфични проучвания, които да са потвърдили неговата ефективност2,10. Pletcher et al. Гериатричните характеристики и информация, достъпна онлайн, са сравнени за няколко търговски бутилки, но те не са извършили никакво валидиране на тяхната точност11.
И четирите търговски бутилки включват безплатно собствено приложение за показване и съхраняване на събития за поглъщане, предавани чрез Bluetooth. HidrateSpark 3 и Thermos Smart Lid имат сензор в средата на бутилката, вероятно използвайки капацитивен сензор, докато HidrateSpark Steel и H2Opal имат сензор на дъното, използващ сензор за натоварване или налягане. Местоположението на сензора е показано в червената пунктирана кутия на Фигура 1. В Thermos Smart Lid сензорът не може да достигне дъното на контейнера.
Всяка бутилка се тества в две фази: (1) фаза на контролирано засмукване и (2) фаза на свободен живот. И в двете фази резултатите, записани от бутилката (получени от мобилното приложение на продукта, използвано на Android 11), бяха сравнени с реални данни, получени с помощта на 5-килограмова везна (Starfrit Electronic Kitchen Scale 93756). Всички бутилки бяха калибрирани, преди данните да бъдат събрани с помощта на приложението. Във Фаза 1 бяха измерени глътки от 10 mL до 100 mL в произволен ред, по 5 измервания всяка, за общо 50 измервания на флакон. Тези събития не са действителни събития на пиене при хора, а се изливат, така че количеството на всяка глътка да може да се контролира по-добре. На този етап бутилката се калибрира отново, ако грешката в глътка е по-голяма от 50 mL, и се сдвоява отново, ако приложението загуби Bluetooth връзката с бутилката. По време на фазата на свободен живот потребителят пие вода свободно от бутилка през деня и избира различни глътки. Тази фаза включва и 50 глътки с течение на времето, но не всички... ги подредете подред. Следователно, всяка бутилка има набор от данни от общо 100 измервания.
За да се определи общият прием на течности и да се осигури правилна дневна хидратация, е по-важно да се правят точни измервания на обемния прием през целия ден (24 часа), отколкото на всяка глътка. За да се идентифицират бързи сигнали за интервенция обаче, всяка глътка трябва да има ниска грешка, както е направено в проучването на Conroy et al.2. Ако глътка не е записана или е записана лошо, е изключително важно бутилката да може да балансира обема при следващото записване. Следователно, грешката (измерен обем - действителен обем) се коригира ръчно. Например, да предположим, че субектът е изпил 10 mL и бутилката е отчетена 0 mL, но след това субектът е изпил 20 mL и бутилката е отчетена общо 30 mL, коригираната грешка ще бъде 0 mL.
Таблица 1 изброява различни показатели за производителност за всяка бутилка, като се имат предвид две фази (100 глътки). Средната процентна грешка (MPE) на глътка, средната абсолютна грешка (MAE) на глътка и кумулативната MPE се изчисляват, както следва:
където \({S}_{act}^{i}\) и \({S}_{est}^{i}\) са действителният и очакваният прием на \({i}_{th}\) глътка, а \(n\) е общият брой глътки.\({C}_{act}^{k}\) и \({C}_{est}^{k}\) представляват кумулативния прием от последните \(k\) глътки. MPE на глътка разглежда процентната грешка за всяка отделна глътка, докато кумулативната MPE разглежда общата процентна грешка във времето. Според резултатите в Таблица 1, H2OPal има най-малък брой загубени записи, най-ниската MPE на глътка и най-ниската кумулативна MPE. Средната грешка е по-добра от средната абсолютна грешка (MAE) като сравнителен показател при определяне на общия прием във времето. Защото илюстрира способността на бутилката да се възстановява от лоши измервания във времето, докато записва последващи измервания. MAE на глътка се включва и в приложения, където точността на всяка глътка е важна, защото изчислява абсолютната грешка на всяка глътка. Кумулативната MPE също така измерва колко добре са балансирани измерванията по цялата фаза и не наказва нито една глътка. Друго наблюдение е, че 3 от 4-те бутилки са подценили обемния прием на уста, показан в Таблица 1, с отрицателни числа.
Коефициентите на корелация R-квадрат на Пиърсън за всички бутилки също са показани в Таблица 1. HidrateSpark 3 предоставя най-висок коефициент на корелация. Въпреки че HidrateSpark 3 има някои липсващи записи, повечето от тях са с малки отвори (Диаграмът на Bland-Altman на Фигура 2 също потвърждава, че HidrateSpark 3 има най-малката граница на съгласуваност (LoA) в сравнение с другите три бутилки. LoA анализира доколко действителните и измерените стойности съвпадат. Освен това, почти всички измервания са в диапазона на LoA, което потвърждава, че тази бутилка предоставя постоянни резултати, както е показано на Фигура 2c. Повечето стойности обаче са под нулата, което означава, че размерът на глътка често е подценен. Същото важи и за HidrateSpark Steel на Фигура 2b, където повечето от стойностите на грешките са отрицателни. Следователно, тези две бутилки осигуряват най-високата MPE и кумулативна MPE в сравнение с H2Opal и Thermos Smart Lid, с грешки, разпределени над и под 0, както е показано на Фиг. 2a,d.
Диаграми на Бланд-Алтман за (a) H2OPal, (b) HidrateSpark Steel, (c) HidrateSpark 3 и (d) Thermos Smart Lid. Пунктираната линия представлява доверителния интервал около средната стойност, изчислен от стандартното отклонение в Таблица 1.
HidrateSpark Steel и H2OPal имат сходни стандартни отклонения съответно от 20,04 mL и 21,41 mL. Фигури 2a,b също показват, че стойностите на HidrateSpark Steel винаги се колебаят около средната стойност, но като цяло остават в областта на LoA, докато H2Opal има повече стойности извън областта на LoA. Максималното стандартно отклонение на Thermos Smart Lid е 35,42 mL и повече от 10% от измерванията са извън областта на LoA, показана на Фигура 2d. Тази бутилка осигурява най-малката средна грешка на Sip и относително малка кумулативна MPE, въпреки че има най-много липсващи записи и най-голямо стандартно отклонение. Thermos SmartLid има много пропуснати записи, защото сламката на сензора не се простира до дъното на контейнера, което води до пропуснати записи, когато съдържанието на течността е под сензорната пръчка (~80 mL). Това би трябвало да доведе до подценяване на приема на течности; Въпреки това, Thermos беше единствената бутилка с положителни MPE и средна грешка на глътка, което означава, че бутилката е надценила приема на течности. Така че причината средната грешка на глътка на Thermos да е толкова ниска е, че измерването е надценено за почти всяка бутилка. Когато тези надценки се осреднят, включително много пропуснати глътки, които изобщо не са записани (или „подценени“), средният резултат е балансиран. Когато се изключат пропуснатите записи от изчислението, средната грешка на глътка става +10,38 mL, което потвърждава голямо надценяване на една глътка. Въпреки че това може да изглежда положително, бутилката всъщност е неточна в оценките за отделни глътки и ненадеждна, защото пропуска много събития на пиене. Освен това, както е показано на Фигура 2d, Thermos SmartLid изглежда увеличава грешката с увеличаване на размера на глътка.
Като цяло, H2OPal беше най-точният при оценка на глътките във времето и най-надеждният начин за измерване на повечето записи. Thermos Smart Lid беше най-малко точен и пропусна повече глътки от другите бутилки. Бутилката HidrateSpark 3 имаше по-постоянни стойности на грешките, но подцени повечето глътки, което доведе до лошо представяне във времето.
Оказва се, че бутилката може да има известно отклонение, което може да бъде компенсирано с помощта на алгоритъм за калибриране. Това е особено вярно за бутилката HidrateSpark, която има малко стандартно отклонение на грешката и винаги подценява една глътка. С данните от етап 1 е използван метод на най-малките квадрати (LS), като са изключени всички липсващи записи, за да се получат стойности на отместване и усилване. Полученото уравнение е използвано за приема на глътки, измерен във втория етап, за да се изчисли действителната стойност и да се определи калибрираната грешка. Таблица 2 показва, че калибрирането е подобрило средната грешка на глътка за две бутилки HidrateSpark, но не и за H2OPal или Thermos Smart Lid.
По време на Фаза 1, където се извършват всички измервания, всяка бутилка се пълни многократно, така че изчислената MAE може да бъде повлияна от нивото на пълнене на бутилката. За да се определи това, всяка бутилка е разделена на три нива: високо, средно и ниско, въз основа на общия обем на всяка бутилка. За измерванията във Фаза 1 е извършен еднофакторен ANOVA тест, за да се определи дали нивата се различават значително по абсолютна грешка. За HidrateSpark 3 и Steel грешките за трите категории не се различават значително. Имаше гранично значима разлика (p Бяха проведени двустранни t-тестове, за да се сравнят грешките от етап 1 и етап 2 за всяка бутилка. Постигнахме p > 0,05 за всички бутилки, което означава, че двете групи не се различават значително. Наблюдава се обаче, че двете бутилки HidrateSpark са загубили много по-голям брой записи в етап 2. За H2OPal броят на пропуснатите записи е бил почти равен (2 срещу 3), докато за Thermos SmartLid е имало по-малко пропуснати записи (6 срещу 10). Тъй като бутилките HidrateSpark са били подобрени след калибриране, след калибрирането е извършен и t-тест. За HidrateSpark 3 има значителна разлика в грешките между етап 1 и етап 2 (p = 0,046). Това е по-вероятно да се дължи на по-големия брой липсващи записи в етап 2 в сравнение с етап 1.
Този раздел предоставя информация за използваемостта на бутилката и нейното приложение, както и друга функционална информация. Въпреки че точността на бутилката е важна, факторът използваемост също е важен при избора на бутилка.
HidrateSpark 3 и HidrateSpark Steel са оборудвани с LED светлини, които напомнят на потребителите да пият вода, ако не постигнат планираните си цели, или мигат определен брой пъти на ден (зададен от потребителя). Те могат да бъдат настроени да мигат всеки път, когато потребителят пие. H2OPal и Thermos Smart Lid нямат визуална обратна връзка, която да напомня на потребителите да пият вода. Всички закупени бутилки обаче имат мобилни известия, които напомнят на потребителите да пият чрез мобилното приложение. Броят на известията на ден може да бъде персонализиран в приложенията HidrateSpark и H2OPal.
HidrateSpark 3 и Steel използват линейни тенденции, за да насочват потребителите кога да пият вода и дават почасова препоръчителна цел, която потребителите трябва да постигнат до края на деня. H2OPal и Thermos Smart Lid предоставят само обща дневна цел. При всички бутилки, ако устройството не е свързано с приложението чрез Bluetooth, данните ще се съхраняват локално и ще се синхронизират след сдвояване.
Нито една от четирите бутилки не е фокусирана върху хидратацията на възрастни хора. Освен това, формулите, които бутилките използват за определяне на дневните цели за прием, не са налични, което затруднява определянето дали са подходящи за възрастни хора. Повечето от тези бутилки са големи и тежки и не са пригодени за възрастни хора. Използването на мобилни приложения може също да не е идеално за възрастни хора, въпреки че може да е полезно за изследователите да събират данни дистанционно.
Не всички бутилки могат да определят дали течността е била консумирана, изхвърлена или разлята. Всички бутилки също трябва да се поставят върху повърхност след всяка глътка, за да се регистрира точно приема. Това означава, че напитките може да бъдат пропуснати, ако бутилката не е поставена, особено при пълнене.
Друго ограничение е, че устройството трябва периодично да се сдвоява отново с приложението, за да се синхронизират данните. Термосът трябваше да се сдвоява отново всеки път, когато приложението се отваряше, а бутилката HidrateSpark често се затрудняваше да намери Bluetooth връзка. H2OPal е най-лесен за повторно сдвояване с приложението, ако връзката се загуби. Всички бутилки се калибрират преди началото на тестването и трябва да се калибрират отново поне веднъж по време на процеса. Бутилката HidrateSpark и H2OPal трябва да се изпразнят и напълнят напълно за калибриране.
Не всички бутилки имат опция за изтегляне или запазване на данни в дългосрочен план. Също така, до нито една от тях не може да се осъществи достъп чрез API.
HidrateSpark 3 и H2OPal използват сменяеми литиево-йонни батерии, докато HidrateSpark Steel и Thermos SmartLid използват акумулаторни батерии. Както е заявено от производителя, акумулаторната батерия би трябвало да издържи до 2 седмици с пълно зареждане, но тя трябва да се презарежда почти всяка седмица, когато използвате Thermos SmartLid интензивно. Това е ограничение, тъй като много хора не помнят да презареждат бутилката редовно.
Има редица фактори, които могат да повлияят на избора на интелигентна бутилка, особено когато потребителят е възрастен човек. Теглото и обемът на бутилката са важен фактор, тъй като тя трябва да е лесна за употреба от немощни възрастни хора. Както бе споменато по-рано, тези бутилки не са пригодени за възрастни хора. Цената и количеството течност на бутилка също са друг фактор. Таблица 3 показва височината, теглото, обема на течността и цената на всяка бутилка. Термосът с интелигентен капак е най-евтиният и най-лек, тъй като е изработен изцяло от по-лека пластмаса. Той също така побира най-много течности в сравнение с другите три бутилки. Обратно, H2OPal беше най-високата, най-тежката и най-скъпата от изследваните бутилки.
Търговски достъпните интелигентни бутилки са полезни за изследователите, защото няма нужда да се създават прототипи на нови устройства. Въпреки че има много интелигентни бутилки за вода, най-често срещаният проблем е, че потребителите нямат достъп до данните или суровите сигнали и само някои резултати се показват в мобилното приложение. Необходимо е да се разработи широко използвана интелигентна бутилка с висока точност и напълно достъпни данни, особено такава, предназначена за възрастни хора. От четирите тествани бутилки, H2OPal веднага след разопаковането имаше най-ниската MPE на Sip, кумулативна MPE и брой пропуснати записи. HidrateSpark 3 има най-висока линейност, най-малко стандартно отклонение и най-ниска MAE. HidrateSpark Steel и HidrateSpark 3 могат просто да бъдат калибрирани ръчно, за да се намали средната грешка на Sip, използвайки LS метода. За по-точни записи на глътки, HidrateSpark 3 е предпочитаната бутилка, докато за по-последователни измервания във времето, H2OPal е първият избор. Thermos SmartLid имаше най-малко надеждна производителност, имаше най-много пропуснати глътки и надценяваше отделните глътки.
Проучването не е без ограничения. В реални сценарии много потребители ще пият от други контейнери, особено горещи течности, закупени от магазина напитки и алкохол. Бъдещата работа трябва да оцени как форм-факторът на всяка бутилка влияе върху грешките, за да насочи дизайна на интелигентни бутилки за вода.
Rule, AD, Lieske, JC & Pais, VM Jr. 2020. Лечение на камъни в бъбреците. JAMA 323, 1961–1962. https://doi.org/10.1001/jama.2020.0662 (2020).
Конрой, Д. Е., Уест, А. Б., Брунке-Рийз, Д., Томаз, Е. и Стрийпър, Н. М. Навременна адаптивна интервенция за насърчаване на приема на течности при пациенти с бъбречни камъни. Здравна психология. 39, 1062 (2020).
Коен, Р., Ферни, Г. и Рошан Фекр, А. Системи за мониторинг на приема на течности при възрастни хора: преглед на литературата. Nutrients 13, 2092. https://doi.org/10.3390/nu13062092 (2021).
Inc, H. HidrateSpark 3 Умна бутилка за вода и безплатно приложение за проследяване на хидратацията – Черен https://hidratespark.com/products/black-hidrate-spark-3. Достъпно на 21 април 2021 г.
HidrateSpark STEEL Изолирана интелигентна бутилка за вода от неръждаема стомана с приложение – Hidrate Inc. https://hidratespark.com/products/hidratespark-steel. Достъпно на 21 април 2021 г.
Термос® Свързана бутилка за хидратация със смарт капачка. https://www.thermos.com/smartlid. Достъпно на 9 ноември 2020 г.
Borofsky, MS, Dauw, CA, York, N., Terry, C. & Lingeman, JE Точност на измерване на дневния прием на течности с помощта на „умна“ бутилка за вода. Urolithiasis 46, 343–348. https://doi.org/10.1007/s00240-017-1006-x (2018).
Bernard, J., Song, L., Henderson, B. & Tasian, GE. Връзка между дневния прием на вода и 24-часовото отделяне на урина при юноши с бъбречни камъни. Урология 140, 150–154. https://doi.org/10.1016/j.urology.2020.01.024 (2020).
Fallmann, S., Psychoula, I., Chen, L., Chen, F., Doyle, J., Triboan, D. Реалност и възприятие: Мониторинг на активността и събиране на данни в реални интелигентни домове. В сборника с доклади от конференцията IEEE SmartWorld от 2017 г., Ubiquitous Intelligence and Computing, Advanced and Trusted Computing, Scalable Computing and Communications, Cloud and Big Data Computing, Internet of People and Smart City Innovation (SmartWorld/SCALCOM/UIC/ATC/CBDCom/IOP/SCI), 1-6 (IEEE, 2017).
Pletcher, DA et al. Интерактивно устройство за пиене на вода, предназначено за възрастни хора и пациенти с Алцхаймер. В съдебен спор относно човешката страна на информационните технологии за възрастното население. Социални медии, игри и асистирана среда (ред. Zhou, J. & Salvendy, G.) 444–463 (Springer International Publishing, 2019).
Тази работа е подкрепена от грант (FDN-148450) на фондация „Канадски институти за здравни изследвания“ (CIHR). Д-р Ферни е получил финансирането като председател на Creaghan по семейна превенция и медицински технологии.
Институт „Кайт“, Институт за рехабилитация в Торонто – Университетска здравна мрежа, Торонто, Канада
Концептуализация – RC; Методология – RC, AR; Писане – Подготовка на ръкописа – RC, AR; Писане – Преглед и редактиране, GF, AR; Супервизия – AR, GF Всички автори са прочели и са съгласни с публикуваната версия на ръкописа.
Springer Nature остава неутрален по отношение на юрисдикционните претенции на публикувани карти и институционалните принадлежности.
Отворен достъп Тази статия е лицензирана под международния лиценз Creative Commons Attribution 4.0, който позволява използване, споделяне, адаптиране, разпространение и възпроизвеждане във всякакъв носител или формат, при условие че посочите правилно оригиналния автор и източник, предоставите лиценз Creative Commons и посочите дали са направени промени. Изображенията или други материали на трети страни в тази статия са включени под лиценза Creative Commons на статията, освен ако не е посочено друго в авторските права за материала. Ако материалът не е включен в лиценза Creative Commons на статията и предвидената от вас употреба не е разрешена от закон или разпоредба или надвишава разрешената, ще трябва да получите разрешение директно от собственика на авторските права. За да видите копие от този лиценз, посетете http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
Коен, Р., Ферни, Г. и Рошан Фекр, А. Мониторинг на приема на течности в предлаганите в търговската мрежа интелигентни бутилки за вода. Science Rep 12, 4402 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-08335-5
С изпращането на коментар, вие се съгласявате да спазвате нашите Условия и Правила на общността. Ако видите обидно съдържание или съдържание, което не отговаря на нашите условия или насоки, моля, маркирайте го като неподходящо.