Monitore a ingestão de líquidos através de garrafas de água inteligentes disponíveis no mercado.

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A ingestão de líquidos é importante para prevenir a desidratação e reduzir a recorrência de cálculos renais. Nos últimos anos, tem havido uma tendência no desenvolvimento de ferramentas para monitorar a ingestão de líquidos usando produtos "inteligentes", como mamadeiras inteligentes. Existem diversas mamadeiras inteligentes disponíveis comercialmente, voltadas principalmente para adultos preocupados com a saúde. Até onde sabemos, essas mamadeiras não foram validadas na literatura. Este estudo comparou o desempenho e a funcionalidade de quatro mamadeiras inteligentes disponíveis comercialmente: H2OPal, HidrateSpark Steel, HidrateSpark 3 e Thermos Smart Lid. Cem eventos de ingestão por mamadeira foram registrados, analisados ​​e comparados com dados de referência obtidos por balanças de alta resolução. A H2OPal apresentou o menor erro percentual médio (EPM) e foi capaz de equilibrar os erros em múltiplos goles. A HidrateSpark 3 forneceu os resultados mais consistentes e confiáveis, com os menores erros por gole. Os valores de EPM das mamadeiras HidrateSpark foram ainda mais aprimorados usando regressão linear, pois apresentaram valores de erro individuais mais consistentes. A Thermos Smart Lid foi a menos precisa, pois o sensor não se estendia por toda a mamadeira, causando... Muitos registros serão perdidos.
A desidratação é um problema muito sério, pois pode levar a complicações adversas, incluindo confusão mental, quedas, hospitalização e morte. O equilíbrio da ingestão de líquidos é importante, especialmente em idosos e pessoas com condições médicas subjacentes que afetam a regulação de fluidos. Pacientes com risco de formação recorrente de cálculos renais são aconselhados a consumir grandes quantidades de líquidos. Portanto, monitorar a ingestão de líquidos é um método útil para determinar se a ingestão adequada de líquidos está sendo feita. Existem muitas tentativas na literatura de criar relatos de sistemas ou dispositivos que possam ajudar a rastrear e controlar a ingestão de líquidos. Infelizmente, a maioria desses estudos não resultou em um produto comercialmente disponível. As garrafas disponíveis no mercado são voltadas principalmente para atletas amadores ou adultos preocupados com a saúde que buscam aumentar a hidratação. Neste artigo, nosso objetivo foi determinar se garrafas de água comuns, disponíveis comercialmente, são uma solução viável para pesquisadores e pacientes. Comparamos quatro garrafas de água comerciais em termos de desempenho e funcionalidade. As garrafas são HidrateSpark 34, HidrateSpark Steel5, H2O Pal6 e Thermos Smart Lid7, conforme mostrado na Figura 1. Essas garrafas foram escolhidas porque são uma das únicas quatro garrafas populares que (1) estão disponíveis para compra no Canadá e (2) têm dados de volume de gole acessíveis através do aplicativo móvel.
Imagens das garrafas comerciais analisadas: (a) HidrateSpark 34, (b) HidrateSpark Steel5, (c) H2OPal6, (d) Thermos Smart Lid7. A caixa tracejada vermelha mostra a localização do sensor.
Das garrafas acima, apenas as versões anteriores da HidrateSpark foram validadas em pesquisas8. O estudo constatou que a garrafa HidrateSpark apresentou precisão de até 3% na medição da ingestão total de líquidos durante um período de 24 horas. A HidrateSpark também foi utilizada em estudos clínicos para monitorar a ingestão de pacientes com cálculos renais9. Desde então, a HidrateSpark desenvolveu novas garrafas com sensores diferentes. O H2OPal foi utilizado em outros estudos para monitorar e promover a ingestão de líquidos, mas nenhum estudo específico validou seu desempenho2,10. Pletcher et al. compararam as características geriátricas e as informações disponíveis online para diversas garrafas comerciais, mas não realizaram nenhuma validação de sua precisão11.
Todas as quatro garrafas comerciais incluem um aplicativo proprietário gratuito para exibir e armazenar eventos de ingestão transmitidos via Bluetooth. A HidrateSpark 3 e a Thermos Smart Lid possuem o sensor no meio da garrafa, possivelmente usando um sensor capacitivo, enquanto a HidrateSpark Steel e a H2Opal possuem um sensor na parte inferior, usando um sensor de carga ou pressão. A localização do sensor é mostrada na caixa tracejada vermelha na Figura 1. Na Thermos Smart Lid, o sensor não alcança o fundo do recipiente.
Cada garrafa é testada em duas fases: (1) uma fase de sucção controlada e (2) uma fase de uso livre. Em ambas as fases, os resultados registrados pela garrafa (obtidos pelo aplicativo móvel do produto, utilizado no Android 11) foram comparados com os valores reais obtidos utilizando uma balança de 5 kg (Balança Eletrônica de Cozinha Starfrit 93756). Todas as garrafas foram calibradas antes da coleta de dados pelo aplicativo. Na Fase 1, goles de 10 mL a 100 mL foram medidos em ordem aleatória, 5 medições de cada, totalizando 50 medições por garrafa. Esses eventos não representam a ingestão real de água por humanos, mas sim a degustação de água para que a quantidade de cada gole possa ser melhor controlada. Nesta etapa, a garrafa é recalibrada se o erro no volume do gole for maior que 50 mL e o aplicativo é reconectado caso perca a conexão Bluetooth com a garrafa. Durante a fase de uso livre, o usuário bebe água livremente da garrafa ao longo do dia, escolhendo diferentes volumes de gole. Esta fase também inclui 50 goles ao longo do tempo, mas não todos em sequência. Portanto, cada garrafa possui um conjunto de dados com um total de 100 medições.
Para determinar a ingestão total de líquidos e garantir a hidratação diária adequada, é mais importante ter medições volumétricas precisas ao longo do dia (24 horas) do que a cada gole. No entanto, para identificar sinais de intervenção imediatos, cada gole precisa ter uma margem de erro baixa, como foi feito no estudo de Conroy et al.². Se o gole não for registrado ou for registrado incorretamente, é crucial que o frasco consiga compensar o volume na próxima medição. Portanto, o erro (volume medido – volume real) é ajustado manualmente. Por exemplo, suponha que o participante tenha bebido 10 mL e o frasco tenha registrado 0 mL, mas depois o participante tenha bebido 20 mL e o frasco tenha registrado um total de 30 mL; o erro ajustado seria de 0 mL.
A Tabela 1 lista várias métricas de desempenho para cada garrafa, considerando duas fases (100 goles). O erro percentual médio (EPM) por gole, o erro absoluto médio (EAM) por gole e o EPM cumulativo são calculados da seguinte forma:
onde \({S}_{act}^{i}\) e \({S}_{est}^{i}\) são as ingestões reais e estimadas do \({i}_{th}\ ) gole, e \(n\) é o número total de goles. \({C}_{act}^{k}\) e \({C}_{est}^{k}\) representam a ingestão cumulativa dos últimos \(k\) goles. O MPE por gole analisa o erro percentual para cada gole individual, enquanto o MPE cumulativo analisa o erro percentual total ao longo do tempo. De acordo com os resultados na Tabela 1, o H2OPal apresenta o menor número de registros perdidos, o menor MPE por gole e o menor MPE cumulativo. O erro médio é uma métrica de comparação melhor do que o erro médio absoluto (MAE) para determinar a ingestão total ao longo do tempo, pois ilustra a capacidade da garrafa de se recuperar de medições imprecisas ao longo do tempo, enquanto registra as medições subsequentes. O MAE por gole também é incluído em aplicações onde a precisão de cada medição é crucial. O cálculo do erro por gole é importante porque calcula o erro absoluto de cada gole. O MPE cumulativo também mede o quão bem as medições estão equilibradas ao longo da fase e não penaliza um único gole. Outra observação foi que 3 das 4 garrafas subestimaram a ingestão de volume por boca mostrada na Tabela 1 com números negativos.
Os coeficientes de correlação de Pearson (R²) para todas as garrafas também são mostrados na Tabela 1. A HidrateSpark 3 apresentou o maior coeficiente de correlação. Embora a HidrateSpark 3 tenha alguns registros faltantes, a maioria deles se refere a bocas pequenas ( O gráfico de Bland-Altman na Figura 2 também confirma que a HidrateSpark 3 apresenta o menor limite de concordância (LoA) em comparação com as outras três garrafas. O LoA analisa o quão bem os valores reais e medidos concordam. Além disso, quase todas as medições estavam dentro da faixa do LoA, o que confirma que esta garrafa fornece resultados consistentes, como mostrado na Figura 2c. No entanto, a maioria dos valores está abaixo de zero, o que significa que o tamanho do gole é frequentemente subestimado. O mesmo ocorre com a HidrateSpark Steel na Figura 2b, onde a maioria dos valores de erro são negativos. Portanto, essas duas garrafas apresentam o maior MPE e MPE cumulativo em comparação com a H2Opal e a Thermos Smart Lid, com erros distribuídos acima e abaixo de 0, como mostrado nas Figuras 2a e 2d.
Gráficos de Bland-Altman de (a) H2OPal, (b) HidrateSpark Steel, (c) HidrateSpark 3 e (d) Thermos Smart Lid. A linha tracejada representa o intervalo de confiança em torno da média, calculado a partir do desvio padrão na Tabela 1.
Os recipientes HidrateSpark Steel e H2OPal apresentaram desvios padrão semelhantes, de 20,04 mL e 21,41 mL, respectivamente. As Figuras 2a e 2b também mostram que os valores do HidrateSpark Steel oscilam em torno da média, mas geralmente permanecem dentro da região de LoA (limites de concordância), enquanto o H2Opal apresenta mais valores fora dessa região. O desvio padrão máximo do recipiente Thermos SmartLid foi de 35,42 mL, e mais de 10% das medições ficaram fora da região de LoA, conforme mostrado na Figura 2d. Esta garrafa apresentou o menor Erro Médio de Ingestão e um Erro Médio Cumulativo relativamente pequeno, apesar de ter o maior número de registros faltantes e o maior desvio padrão. O Thermos SmartLid apresenta muitos registros faltantes porque o tubo sensor não se estende até o fundo do recipiente, causando falhas na medição quando o nível do líquido está abaixo da haste do sensor (aproximadamente 80 mL). Isso pode levar a uma subestimação da ingestão de líquidos. No entanto, a Thermos foi a única garrafa com MPE e Erro Médio de Gole positivos, o que implica que a garrafa superestimou a ingestão de líquidos. Portanto, a razão pela qual o erro médio de gole da Thermos é tão baixo é porque a medição é superestimada para quase todas as garrafas. Quando essas superestimações são calculadas em média, incluindo muitos goles perdidos que não são registrados (ou "subestimados"), o resultado médio se equilibra. Ao excluir os registros perdidos do cálculo, o Erro Médio de Gole passou a ser de +10,38 mL, confirmando uma grande superestimação de um único gole. Embora isso possa parecer positivo, a garrafa é, na verdade, imprecisa nas estimativas de goles individuais e não confiável, pois não registra muitos eventos de ingestão de líquidos. Além disso, como mostrado na Figura 2d, a tampa SmartLid da Thermos parece aumentar o erro com o aumento do tamanho do gole.
Em resumo, o H2OPal foi o mais preciso na estimativa de goles ao longo do tempo e o método mais confiável para medir a maioria das gravações. A tampa inteligente da Thermos foi a menos precisa e deixou de registrar mais goles do que as outras garrafas. A garrafa HidrateSpark 3 apresentou valores de erro mais consistentes, mas subestimou a maioria dos goles, resultando em um desempenho ruim ao longo do tempo.
Descobriu-se que a garrafa pode apresentar algum desvio que pode ser compensado usando um algoritmo de calibração. Isso é especialmente verdadeiro para a garrafa HidrateSpark, que tem um pequeno desvio padrão de erro e sempre subestima um único gole. Um método de mínimos quadrados (MQ) foi usado com os dados da etapa 1, excluindo quaisquer registros faltantes, para obter os valores de desvio e ganho. A equação resultante foi usada para a ingestão de goles medida na segunda etapa para calcular o valor real e determinar o erro calibrado. A Tabela 2 mostra que a calibração melhorou o erro médio de ingestão de goles para duas garrafas HidrateSpark, mas não para a H2OPal ou a Thermos Smart Lid.
Durante a Fase 1, onde todas as medições são realizadas, cada garrafa é reabastecida várias vezes, portanto, o MAE calculado pode ser afetado pelo nível de enchimento da garrafa. Para determinar isso, cada garrafa é dividida em três níveis: alto, médio e baixo, com base no volume total de cada garrafa. Para as medições da Fase 1, foi realizado um teste ANOVA de uma via para determinar se os níveis eram significativamente diferentes em termos de erro absoluto. Para as garrafas HidrateSpark 3 e Steel, os erros para as três categorias não são significativamente diferentes. Houve uma diferença marginalmente significativa (p Foram realizados testes t bicaudais para comparar os erros da etapa 1 e da etapa 2 para cada garrafa. Obtivemos p > 0,05 para todas as garrafas, o que significa que os dois grupos não apresentaram diferença significativa. No entanto, observou-se que as duas garrafas HidrateSpark perderam um número muito maior de registros na etapa 2. Para a H2OPal, o número de registros perdidos foi quase igual (2 vs. 3), enquanto para a Thermos SmartLid houve menos registros perdidos (6 vs. 10). Como todas as garrafas HidrateSpark apresentaram melhorias após a calibração, um teste t também foi realizado após a calibração. Para a HidrateSpark 3, há uma diferença significativa nos erros entre a etapa 1 e a etapa 2 (p = 0,046). Isso provavelmente se deve ao maior número de registros perdidos na etapa 2 em comparação com a etapa 1.
Esta seção fornece informações sobre a usabilidade da garrafa e sua aplicação, além de outras informações funcionais. Embora a precisão da garrafa seja importante, o fator usabilidade também é crucial na escolha de uma garrafa.
As garrafas HidrateSpark 3 e HidrateSpark Steel possuem luzes LED que lembram os usuários de beber água caso não atinjam suas metas de hidratação, ou piscam um determinado número de vezes por dia (definido pelo usuário). Elas também podem ser configuradas para piscar sempre que o usuário beber água. As garrafas H2OPal e Thermos Smart Lid não possuem nenhum feedback visual para lembrar os usuários de beber água. No entanto, todas as garrafas adquiridas possuem notificações no aplicativo para celular que lembram os usuários de beber água. O número de notificações por dia pode ser personalizado nos aplicativos HidrateSpark e H2OPal.
Os modelos HidrateSpark 3 e Steel utilizam tendências lineares para orientar os usuários sobre quando beber água e sugerem uma meta horária que deve ser atingida até o final do dia. Já os modelos H2OPal e Thermos Smart Lid fornecem apenas uma meta diária total. Em todas as garrafas, se o dispositivo não estiver conectado ao aplicativo via Bluetooth, os dados serão armazenados localmente e sincronizados após o pareamento.
Nenhuma das quatro garrafas se concentra na hidratação de idosos. Além disso, as fórmulas utilizadas para determinar as metas de ingestão diária não estão disponíveis, o que dificulta avaliar sua adequação para essa faixa etária. A maioria dessas garrafas é grande e pesada, não sendo projetada especificamente para idosos. O uso de aplicativos móveis também pode não ser ideal para idosos, embora possa ser útil para pesquisadores coletarem dados remotamente.
Todas as garrafas não conseguem determinar se o líquido foi consumido, descartado ou derramado. Além disso, todas as garrafas precisam ser colocadas sobre uma superfície após cada gole para que o consumo seja registrado com precisão. Isso significa que algumas bebidas podem ser perdidas se a garrafa não for colocada sobre uma superfície, principalmente ao reabastecer.
Outra limitação é que o dispositivo precisa ser emparelhado novamente com o aplicativo periodicamente para sincronizar os dados. O Thermos precisava ser emparelhado novamente sempre que o aplicativo era aberto, e a garrafa HidrateSpark frequentemente tinha dificuldades para encontrar uma conexão Bluetooth. O H2OPal é o mais fácil de emparelhar novamente com o aplicativo caso a conexão seja perdida. Todas as garrafas são calibradas antes do início dos testes e devem ser recalibradas pelo menos uma vez durante o processo. A garrafa HidrateSpark e o H2OPal devem ser esvaziados e completamente preenchidos para a calibração.
Nem todas as garrafas oferecem a opção de baixar ou salvar dados a longo prazo. Além disso, nenhuma delas pode ser acessada por meio da API.
As garrafas HidrateSpark 3 e H2OPal utilizam baterias de íon-lítio substituíveis, enquanto as garrafas HidrateSpark Steel e Thermos SmartLid utilizam baterias recarregáveis. Conforme indicado pelo fabricante, a bateria recarregável deve durar até duas semanas com uma carga completa; no entanto, é necessário recarregá-la quase semanalmente quando a Thermos SmartLid é utilizada com frequência. Essa é uma limitação, pois muitas pessoas podem se esquecer de recarregar a garrafa regularmente.
Diversos fatores podem influenciar a escolha de uma garrafa inteligente, especialmente quando o usuário é idoso. O peso e o volume da garrafa são fatores importantes, pois ela precisa ser fácil de usar para idosos frágeis. Como mencionado anteriormente, essas garrafas não são projetadas especificamente para idosos. O preço e a quantidade de líquido por garrafa também são fatores relevantes. A Tabela 3 mostra a altura, o peso, o volume de líquido e o preço de cada garrafa. A Thermos Smart Lid é a mais barata e leve, pois é feita inteiramente de plástico mais leve. Ela também comporta a maior quantidade de líquido em comparação com as outras três garrafas. Por outro lado, a H2OPal foi a mais alta, mais pesada e mais cara entre as garrafas analisadas.
Garrafas inteligentes disponíveis comercialmente são úteis para pesquisadores, pois não há necessidade de prototipar novos dispositivos. Embora existam muitas garrafas de água inteligentes disponíveis, o problema mais comum é que os usuários não têm acesso aos dados ou sinais brutos, e apenas alguns resultados são exibidos no aplicativo móvel. Há uma necessidade de desenvolver uma garrafa inteligente amplamente utilizada, com alta precisão e dados totalmente acessíveis, especialmente uma voltada para idosos. Das quatro garrafas testadas, a H2OPal, logo após ser retirada da caixa, apresentou o menor erro médio de medição de goles (MPE), o menor MPE cumulativo e o menor número de registros perdidos. A HidrateSpark 3 apresentou a maior linearidade, o menor desvio padrão e o menor erro absoluto médio (MAE). A HidrateSpark Steel e a HidrateSpark 3 podem ser calibradas manualmente para reduzir o erro médio de medição de goles usando o método dos mínimos quadrados (LS). Para registros de goles mais precisos, a HidrateSpark 3 é a garrafa ideal, enquanto para medições mais consistentes ao longo do tempo, a H2OPal é a melhor opção. A Thermos SmartLid apresentou o desempenho menos confiável, o maior número de goles perdidos e superestimou os goles individuais.
O estudo não está isento de limitações. Em situações reais, muitos usuários beberão de outros recipientes, especialmente líquidos quentes, bebidas compradas em lojas e álcool. Trabalhos futuros devem avaliar como o formato de cada garrafa afeta os erros, a fim de orientar o design de garrafas de água inteligentes.
Rule, AD, Lieske, JC & Pais, VM Jr. 2020. Tratamento de cálculos renais. JAMA 323, 1961–1962. https://doi.org/10.1001/jama.2020.0662 (2020).
Conroy, DE, West, AB, Brunke-Reese, D., Thomaz, E. & Streeper, NM Intervenção adaptativa oportuna para promover o consumo de líquidos em pacientes com cálculos renais. Psicologia da Saúde.39, 1062 (2020).
Cohen, R., Fernie, G., e Roshan Fekr, A. Sistemas de monitoramento da ingestão de líquidos em idosos: uma revisão da literatura. Nutrients 13, 2092. https://doi.org/10.3390/nu13062092 (2021).
Inc, H. Garrafa de água inteligente HidrateSpark 3 e aplicativo gratuito de monitoramento de hidratação – Preta https://hidratespark.com/products/black-hidrate-spark-3. Acessado em 21 de abril de 2021.
Garrafa de água inteligente de aço inoxidável com isolamento térmico HidrateSpark STEEL e aplicativo – Hidrate Inc. https://hidratespark.com/products/hidratespark-steel. Acessado em 21 de abril de 2021.
Garrafa de hidratação Thermos® Connected com tampa inteligente. https://www.thermos.com/smartlid. Acesso em 9 de novembro de 2020.
Borofsky, MS, Dauw, CA, York, N., Terry, C. & Lingeman, JE Precisão da medição da ingestão diária de líquidos usando uma garrafa de água “inteligente”. Urolithiasis 46, 343–348. https://doi.org/10.1007/s00240-017-1006-x (2018).
Bernard, J., Song, L., Henderson, B. & Tasian, GE. Associação entre a ingestão diária de água e o débito urinário de 24 horas em adolescentes com cálculos renais. Urology 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. Realidade e percepção: monitoramento de atividades e coleta de dados em casas inteligentes do mundo real. In: Anais da Conferência IEEE SmartWorld de 2017, Inteligência Ubíqua e Computação, Computação Avançada e Confiável, Computação e Comunicações Escaláveis, Computação em Nuvem e Big Data, Internet das Pessoas e Inovação em Cidades Inteligentes (SmartWorld/SCALCOM/UIC/ATC/CBDCom/IOP/SCI), 1-6 (IEEE, 2017).
Pletcher, DA et al. Um dispositivo interativo para beber água projetado para idosos e pacientes com Alzheimer. Em um processo judicial sobre o lado humano da TI para a população idosa. Mídias Sociais, Jogos e Ambientes Assistidos (eds Zhou, J. & Salvendy, G.) 444–463 (Springer International Publishing, 2019).
Este trabalho foi financiado por uma bolsa da Fundação dos Institutos Canadenses de Pesquisa em Saúde (CIHR) (FDN-148450). O Dr. Fernie recebeu o financiamento como titular da Cátedra Creaghan de Prevenção Familiar e Tecnologia Médica.
Instituto Kite, Instituto de Reabilitação de Toronto – Rede Universitária de Saúde, Toronto, Canadá
Conceitualização – RC; Metodologia – RC, AR; Redação – Preparação do manuscrito – RC, AR; Redação – Revisão e edição – GF, AR; Supervisão – AR, GF. Todos os autores leram e concordam com a versão publicada do manuscrito.
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Cohen, R., Fernie, G., e Roshan Fekr, A. Monitoramento da ingestão de líquidos em garrafas de água inteligentes disponíveis comercialmente. Science Rep 12, 4402 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-08335-5
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