Контролюйте споживання рідини за допомогою комерційно доступних розумних пляшок для води

Дякуємо за відвідування Nature.com. Версія браузера, яку ви використовуєте, має обмежену підтримку CSS. Для найкращого досвіду рекомендуємо використовувати оновлений браузер (або вимкнути режим сумісності в Internet Explorer). Тим часом, щоб забезпечити постійну підтримку, ми відображатимемо сайт без стилів та JavaScript.
Споживання рідини важливе для запобігання зневодненню та зменшення рецидиву каменів у нирках. В останні роки спостерігається тенденція до розробки інструментів для моніторингу споживання рідини за допомогою «розумних» продуктів, таких як розумні пляшечки. Існує кілька комерційно доступних розумних дитячих пляшечок, в основному призначених для дорослих, які дбають про своє здоров'я. Наскільки нам відомо, ці пляшечки не були підтверджені в літературі. У цьому дослідженні порівняли продуктивність та функціональність чотирьох комерційно доступних розумних пляшечок для годування. Пляшечки - H2OPal, HidrateSpark Steel, HidrateSpark 3 та Thermos Smart Lid. Було записано та проаналізовано сто випадків ковтання на пляшечку, а потім порівняно з еталонними даними, отриманими за допомогою шкал високої роздільної здатності. H2OPal має найнижчу середню відсоткову похибку (MPE) та здатний збалансувати похибки між кількома ковтками. HidrateSpark 3 забезпечує найбільш послідовні та надійні результати з найнижчими похибками ковтків за раз. Значення MPE пляшечок HidrateSpark були додатково покращені за допомогою лінійної регресії, оскільки вони мали більш послідовні значення індивідуальних похибок. Thermos Smart Lid був найменш точным, оскільки датчик не поширювався на всю пляшечку, що призводило до втрати багатьох записів.
Зневоднення є дуже серйозною проблемою, оскільки воно може призвести до несприятливих ускладнень, включаючи сплутаність свідомості, падіння, госпіталізацію та смерть. Баланс споживання рідини є важливим, особливо для людей похилого віку та людей із супутніми захворюваннями, які впливають на регуляцію рідини. Пацієнтам з ризиком рецидивного утворення каменів рекомендується споживати велику кількість рідини. Тому моніторинг споживання рідини є корисним методом визначення того, чи споживається достатньо рідини1,2. У літературі є багато спроб створити звіти про системи або пристрої, які можуть допомогти відстежувати та керувати споживанням рідини. На жаль, більшість цих досліджень не призвели до появи комерційно доступного продукту. Пляшки на ринку в першу чергу призначені для спортсменів-аматорів або дорослих, які дбають про своє здоров'я та бажають додати гідратації. У цій статті ми мали на меті визначити, чи є звичайні комерційно доступні пляшки для води життєздатним рішенням для дослідників та пацієнтів. Ми порівняли чотири комерційні пляшки для води з точки зору продуктивності та функціональності. Пляшки - HidrateSpark 34, HidrateSpark Steel5, H2O Pal6 та Thermos Smart Lid7, як показано на рисунку 1. Ці пляшки були обрані тому, що вони є одними з чотирьох популярних пляшок, які... (1) доступні для придбання в Канаді та (2) мають дані про обсяг ковтків, доступні через мобільний додаток.
Зображення проаналізованих комерційних пляшок: (a) HidrateSpark 34, (b) HidrateSpark Steel5, (c) H2OPal6, (d) Thermos Smart Lid7. Червоною пунктирною рамкою показано розташування датчика.
З вищезазначених пляшок лише попередні версії HidrateSpark були валідовані в дослідженнях8. Дослідження показало, що пляшка HidrateSpark мала точність вимірювання в межах 3% від загального споживання рідини протягом 24-годинного періоду. HidrateSpark також використовувався в клінічних дослідженнях для моніторингу споживання у пацієнтів з каменями в нирках9. Відтоді HidrateSpark розробив нові пляшки з різними датчиками. H2OPal використовувався в інших дослідженнях для відстеження та стимулювання споживання рідини, але жодні конкретні дослідження не підтвердили його ефективність2,10. Pletcher та ін. Геріатричні характеристики та інформація, доступна в Інтернеті, порівнювалися для кількох комерційних пляшок, але вони не проводили жодної перевірки їхньої точності11.
Усі чотири комерційні пляшки містять безкоштовний власний додаток для відображення та зберігання подій проковтування, що передаються через Bluetooth. HidrateSpark 3 та Thermos Smart Lid мають датчик посередині пляшки, можливо, використовуючи ємнісний датчик, тоді як HidrateSpark Steel та H2Opal мають датчик на дні, використовуючи датчик навантаження або тиску. Розташування датчика показано в червоній пунктирній рамці на рисунку 1. У Thermos Smart Lid датчик не може досягти дна контейнера.
Кожна пляшка тестується у два етапи: (1) фаза контрольованого всмоктування та (2) фаза вільного життя. В обох етапах результати, записані пляшкою (отримані з мобільного додатку продукту, що використовується на Android 11), порівнювалися з фактичними даними, отриманими за допомогою ваг вагою 5 кг (електронна кухонна вага Starfrit 93756). Усі пляшки були відкалібровані перед збором даних за допомогою додатку. На етапі 1 розміри ковтків від 10 мл до 100 мл вимірювалися у випадковому порядку, по 5 вимірювань на кожен, загалом 50 вимірювань на флакон. Ці події не є фактичними подіями пиття у людей, але наливаються таким чином, щоб кількість кожного ковтка можна було краще контролювати. На цьому етапі пляшку перекалібруйте, якщо похибка ковтка перевищує 50 мл, і повторно з'єднайте, якщо додаток втратить з'єднання Bluetooth з пляшкою. Під час фази вільного життя користувач вільно п'є воду з пляшки протягом дня та обирає різні ковтки. Ця фаза також включає 50 ковтків з часом, але не всі... їх поспіль. Таким чином, кожна пляшка має набір даних із 100 вимірювань.
Щоб визначити загальний обсяг споживання рідини та забезпечити належну щоденну гідратацію, важливіше мати точні вимірювання об'ємного споживання протягом дня (24 години), а не кожного ковтка. Однак, щоб виявити швидкі сигнали втручання, кожен ковток повинен мати низьку похибку, як це було зроблено в дослідженні Конроя та ін.2. Якщо ковток не записується або записується погано, вкрай важливо, щоб пляшка могла збалансувати об'єм під час наступного запису. Тому похибка (виміряний об'єм – фактичний об'єм) коригується вручну. Наприклад, припустимо, що суб'єкт випив 10 мл, а пляшка повідомила 0 мл, але потім суб'єкт випив 20 мл, а пляшка повідомила загалом 30 мл, скоригована похибка становитиме 0 мл.
У таблиці 1 наведено різні показники продуктивності для кожної пляшки з урахуванням двох фаз (100 ковтків). Середня відсоткова похибка (MPE) на ковток, середня абсолютна похибка (MAE) на ковток та кумулятивна MPE розраховуються наступним чином:
де \({S}_{act}^{i}\) та \({S}_{est}^{i}\) – це фактичне та розрахункове споживання \({i}_{th}\) ковтка, а \(n\) – загальна кількість ковтків. \({C}_{act}^{k}\) та \({C}_{est}^{k}\) представляють кумулятивне споживання останніх \(k\) ковтків. Максимально допустима похибка (MPE) ковтка розглядає відсоткову похибку для кожного окремого ковтка, тоді як кумулятивна MPE розглядає загальну відсоткову похибку з часом. Згідно з результатами в Таблиці 1, H2OPal має найменшу кількість втрачених записів, найнижчу MPE ковтка та найнижчу кумулятивну MPE. Середня похибка краща за середню абсолютну похибку (MAE) як показник порівняння при визначенні загального споживання з часом. Оскільки це ілюструє здатність пляшки відновлюватися після поганих вимірювань з часом під час запису наступних вимірювань. MAE ковтка також включається в додатки, де точність кожного ковтка важлива, оскільки вона обчислює абсолютну похибку кожен ковток. Кумулятивна максимально допустима енергія (MPE) також вимірює, наскільки добре вимірювання збалансовані по всій фазі, і не штрафує жодного ковтка. Ще одне спостереження полягало в тому, що 3 з 4 пляшок недооцінили об'єм споживання на рот, показаний у Таблиці 1, з від'ємними числами.
Коефіцієнти кореляції Пірсона за R-квадратом для всіх пляшок також наведено в таблиці 1. HidrateSpark 3 забезпечує найвищий коефіцієнт кореляції. Хоча HidrateSpark 3 має деякі відсутні записи, більшість з них мають малі горловини (Графік Бленда-Альтмана на рисунку 2 також підтверджує, що HidrateSpark 3 має найменшу межу узгодженості (LoA) порівняно з трьома іншими пляшками. LoA аналізує, наскільки добре узгоджуються фактичні та виміряні значення. Крім того, майже всі вимірювання були в діапазоні LoA, що підтверджує, що ця пляшка забезпечує узгоджені результати, як показано на рисунку 2c. Однак більшість значень нижче нуля, що означає, що розмір ковтка часто недооцінюється. Те саме стосується HidrateSpark Steel на рисунку 2b, де більшість значень похибки є негативними. Отже, ці дві пляшки забезпечують найвищу максимально допустиму похибку (MPE) та кумулятивну MPE порівняно з H2Opal та Thermos Smart Lid, з похибками, розподіленими вище та нижче 0, як показано на рис. 2a,d.
Діаграми Бленда-Альтмана для (a) H2OPal, (b) HidrateSpark Steel, (c) HidrateSpark 3 та (d) Thermos Smart Lid. Пунктирна лінія представляє довірчий інтервал навколо середнього значення, розрахований на основі стандартного відхилення в таблиці 1.
HidrateSpark Steel та H2OPal мали подібні стандартні відхилення 20,04 мл та 21,41 мл відповідно. На рисунках 2a, b також показано, що значення HidrateSpark Steel завжди коливаються навколо середнього значення, але зазвичай залишаються в межах області LoA, тоді як H2Opal має більше значень поза областю LoA. Максимальне стандартне відхилення кришки Thermos Smart Lid становило 35,42 мл, і понад 10% вимірювань знаходилися поза областю LoA, показаною на рисунку 2d. Ця пляшка забезпечила найменшу середню похибку Sip та відносно малу сукупну максимально допустиму похибку (MPE), незважаючи на найбільшу кількість відсутніх записів та найбільше стандартне відхилення. Кришка Thermos SmartLid має багато пропущених записів, оскільки трубочка датчика не доходить до дна контейнера, що призводить до пропущених записів, коли вміст рідини знаходиться нижче сенсорної палички (~80 мл). Це має призвести до недооцінки споживання рідини; Однак, Thermos був єдиною пляшкою з позитивними значеннями MPE та середньої похибки ковтка, що означає, що пляшка завищувала споживання рідини. Отже, причина, чому середня похибка ковтка Thermos така низька, полягає в тому, що вимірювання завищене майже для кожної пляшки. Коли ці завищені значення усереднюються, включаючи багато пропущених ковтків, які взагалі не реєструються (або «недооцінюються»), середній результат збалансований. Якщо виключити пропущені записи з розрахунку, середня похибка ковтка стала +10,38 мл, що підтверджує значне завищення оцінки одного ковтка. Хоча це може здатися позитивним фактом, насправді пляшка є неточною в оцінках окремих ковтків і ненадійною, оскільки вона пропускає багато подій вживання. Крім того, як показано на рисунку 2d, Thermos SmartLid, здається, збільшує похибку зі збільшенням розміру ковтка.
Загалом, H2OPal був найточнішим в оцінці ковтків з плином часу та найнадійнішим способом вимірювання більшості записів. Розумна кришка Thermos була найменш точною та пропускала більше ковтків, ніж інші пляшки. Пляшка HidrateSpark 3 мала більш стабільні значення похибки, але недооцінювала більшість ковтків, що призводило до поганої роботи з плином часу.
Виявляється, що пляшка може мати деяке зміщення, яке можна компенсувати за допомогою алгоритму калібрування. Це особливо стосується пляшки HidrateSpark, яка має невелике стандартне відхилення похибки та завжди недооцінює один ковток. З даними першого етапу було використано метод найменших квадратів (LS), виключаючи будь-які відсутні записи для отримання значень зміщення та коефіцієнта підсилення. Отримане рівняння було використано для споживання ковтків, виміряного на другому етапі, для розрахунку фактичного значення та визначення каліброваної похибки. У таблиці 2 показано, що калібрування покращило середню похибку Sip для двох пляшок HidrateSpark, але не для H2OPal або Thermos Smart Lid.
Під час Фази 1, де проводяться всі вимірювання, кожну пляшку наповнюють кілька разів, тому розрахована MAE може залежати від рівня заповнення пляшки. Щоб визначити це, кожну пляшку поділяють на три рівні: високий, середній та низький, на основі загального об'єму кожної пляшки. Для вимірювань Фази 1 було проведено однофакторний дисперсійний аналіз (ANOVA), щоб визначити, чи рівні суттєво відрізняються за абсолютною похибкою. Для HidrateSpark 3 та Steel похибки для трьох категорій суттєво не відрізняються. Була гранично значуща різниця (p Для порівняння помилок етапу 1 та етапу 2 для кожної пляшки було проведено двосторонні t-тести. Ми досягли p > 0,05 для всіх пляшок, що означає, що дві групи суттєво не відрізнялися. Однак було помічено, що дві пляшки HidrateSpark втратили набагато більшу кількість записів на етапі 2. Для H2OPal кількість пропущених записів була майже однаковою (2 проти 3), тоді як для Thermos SmartLid було менше пропущених записів (6 проти 10). Оскільки всі пляшки HidrateSpark були покращені після калібрування, після калібрування також було проведено t-тест. Для HidrateSpark 3 існує значна різниця в помилках між етапом 1 та етапом 2 (p = 0,046). Це, швидше за все, пов'язано з більшою кількістю пропущених записів на етапі 2 порівняно з етапом 1.
У цьому розділі наведено інформацію про зручність використання пляшки та її застосування, а також іншу функціональну інформацію. Хоча точність пляшки важлива, фактор зручності використання також важливий при виборі пляшки.
HidrateSpark 3 та HidrateSpark Steel оснащені світлодіодними індикаторами, які нагадують користувачам пити воду, якщо вони не досягають своїх запланованих цілей, або блимають певну кількість разів на день (встановлюється користувачем). Їх також можна налаштувати так, щоб вони блимали щоразу, коли користувач п'є. H2OPal та Thermos Smart Lid не мають візуального зворотного зв'язку, щоб нагадувати користувачам пити воду. Однак усі придбані пляшки мають мобільні сповіщення, які нагадують користувачам пити через мобільний додаток. Кількість сповіщень на день можна налаштувати в додатках HidrateSpark та H2OPal.
HidrateSpark 3 та Steel використовують лінійні тенденції, щоб підказувати користувачам, коли пити воду, та щогодини пропонують рекомендовану ціль, якої користувачі повинні досягти до кінця дня. H2OPal та Thermos Smart Lid надають лише загальну денну ціль. У всіх пляшках, якщо пристрій не підключено до програми через Bluetooth, дані зберігатимуться локально та синхронізуватимуться після сполучення.
Жодна з чотирьох пляшок не орієнтована на гідратацію для людей похилого віку. Крім того, формули, які використовуються в пляшках для визначення цільового щоденного споживання, недоступні, що ускладнює визначення їхньої придатності для людей похилого віку. Більшість цих пляшок великі та важкі, і не призначені для людей похилого віку. Використання мобільних додатків також може бути не ідеальним для людей похилого віку, хоча може бути корисним для дослідників для дистанційного збору даних.
Не всі пляшки можуть визначити, чи була рідина спожита, викинута чи розлита. Усі пляшки також потрібно ставити на поверхню після кожного ковтка, щоб точно зафіксувати споживання. Це означає, що напої можуть бути пропущені, якщо пляшку не поставити на місце, особливо під час повторного наповнення.
Ще одним обмеженням є те, що пристрій потрібно періодично повторно сполучати з додатком для синхронізації даних. Термос потрібно було повторно сполучати щоразу, коли відкривався додаток, а пляшка HidrateSpark часто мала проблеми з пошуком Bluetooth-з'єднання. H2OPal найлегше повторно сполучити з додатком, якщо з'єднання втрачено. Усі пляшки калібруються перед початком тестування та повинні бути повторно калібровані принаймні один раз під час процесу. Пляшку HidrateSpark та H2OPal необхідно спорожнити та повністю заповнити для калібрування.
Не всі пляшки мають можливість завантажувати або зберігати дані довгостроково. Крім того, до жодної з них не можна отримати доступ через API.
HidrateSpark 3 та H2OPal використовують змінні літій-іонні батареї, HidrateSpark Steel та Thermos SmartLid – акумуляторні батареї. Як заявляє виробник, акумуляторна батарея повинна працювати до 2 тижнів при повному заряді, проте її потрібно заряджати майже щотижня, якщо інтенсивно використовувати Thermos SmartLid. Це обмеження, оскільки багато людей не пам’ятають про регулярну зарядку пляшки.
Існує безліч факторів, які можуть вплинути на вибір розумної пляшки, особливо якщо користувачем є літня людина. Вага та об'єм пляшки є важливим фактором, оскільки вона має бути зручною у використанні для людей похилого віку. Як згадувалося раніше, ці пляшки не призначені для людей похилого віку. Ціна та кількість рідини на пляшку також є ще одним фактором. У таблиці 3 показано висоту, вагу, об'єм рідини та ціну кожної пляшки. Термос із розумною кришкою є найдешевшим і найлегшим, оскільки він повністю виготовлений з легшого пластику. Він також вміщує найбільше рідини порівняно з трьома іншими пляшками. І навпаки, H2OPal був найвищим, найважчим і найдорожчим з досліджених пляшок.
Комерційно доступні розумні пляшки корисні для дослідників, оскільки немає потреби в створенні прототипів нових пристроїв. Хоча існує багато розумних пляшок для води, найпоширеніша проблема полягає в тому, що користувачі не мають доступу до даних або необроблених сигналів, і лише деякі результати відображаються в мобільному додатку. Існує потреба в розробці широко використовуваної розумної пляшки з високою точністю та повністю доступними даними, особливо такої, що призначена для людей похилого віку. З чотирьох протестованих пляшок H2OPal "з коробки" мала найнижчу максимально допустиму похибку (MPE) ковтка, кумулятивну MPE та кількість пропущених записів. HidrateSpark 3 має найвищу лінійність, найменше стандартне відхилення та найнижчу MAE. HidrateSpark Steel та HidrateSpark 3 можна просто відкалібрувати вручну, щоб зменшити середню похибку ковтка, використовуючи метод LS. Для більш точних записів ковтків HidrateSpark 3 є пляшкою вибору, тоді як для більш послідовних вимірювань з часом H2OPal є першим вибором. Thermos SmartLid мав найменш надійну роботу, мав найбільше пропущених ковтків та завищував окремі ковтки.
Дослідження не позбавлене обмежень. У реальних сценаріях багато користувачів п'ють з інших ємностей, особливо гарячі рідини, куплені в магазині напої та алкоголь. Подальші дослідження повинні оцінити, як форм-фактор кожної пляшки впливає на помилки, щоб керуватися дизайном розумних пляшок для води.
Рул, А.Д., Ліске, Дж.К. та Паїс, В.М.-молодший. 2020. Лікування каменів у нирках. JAMA 323, 1961–1962. https://doi.org/10.1001/jama.2020.0662 (2020).
Конрой, Д.Е., Вест, А.Б., Брунке-Різ, Д., Томаз, Е. та Стріпер, Н.М. Своєчасне адаптивне втручання для стимулювання споживання рідини у пацієнтів з каменями в нирках. Психологія здоров'я. 39, 1062 (2020).
Коен, Р., Ферні, Г. та Рошан Фекр, А. Системи моніторингу споживання рідини у людей похилого віку: огляд літератури. Nutrients 13, 2092. https://doi.org/10.3390/nu13062092 (2021).
Inc, H. Розумна пляшка для води HidrateSpark 3 та безкоштовний додаток для відстеження рівня гідратації – чорний https://hidratespark.com/products/black-hidrate-spark-3. Дата звернення: 21 квітня 2021 року.
Розумна пляшка для води HidrateSpark STEEL з нержавіючої сталі, ізольована, з застосунком – Hidrate Inc. https://hidratespark.com/products/hidratespark-steel. Дата звернення: 21 квітня 2021 року.
Пляшка для гідратації Thermos® Connected з розумною кришкою. https://www.thermos.com/smartlid. Дата звернення: 9 листопада 2020 року.
Борофскі, М.С., Даув, К.А., Йорк, Н., Террі, К. та Лінгеман, Дж.Є. Точність вимірювання добового споживання рідини за допомогою «розумної» пляшки для води. Сечокам'яна хвороба 46, 343–348. https://doi.org/10.1007/s00240-017-1006-x (2018).
Бернард, Дж., Сонг, Л., Хендерсон, Б. та Тасіан, Г.Е. Зв'язок між щоденним споживанням води та 24-годинним діурезом у підлітків з каменями в нирках. Урологія 140, 150–154. https://doi.org/10.1016/j.urology.2020.01.024 (2020).
Фоллманн, С., Психоула, І., Чен, Л., Чен, Ф., Дойл, Дж., Трібоан, Д. Реальність та сприйняття: моніторинг активності та збір даних у реальних розумних будинках. У працях конференції IEEE SmartWorld 2017 року, Повсюдний інтелект та обчислення, передові та надійні обчислення, масштабовані обчислення та комунікації, хмарні та великі обчислення, Інтернет людей та інновації розумного міста (SmartWorld/SCALCOM/UIC/ATC/CBDCom/IOP/SCI), 1-6 (IEEE, 2017).
Плетчер, Д.А. та ін. Інтерактивний гаджет для пиття води, розроблений для людей похилого віку та пацієнтів з хворобою Альцгеймера. У позові про людський аспект ІТ для людей похилого віку. Соціальні мережі, ігри та допоміжні середовища (ред. Чжоу, Дж. та Салвенді, Г.) 444–463 (Springer International Publishing, 2019).
Цю роботу було підтримано грантом Фонду Канадських інститутів досліджень здоров'я (CIHR) (FDN-148450). Доктор Ферні отримав фінансування як завідувач кафедри сімейної профілактики та медичних технологій Creaghan.
Інститут Кайт, Торонтський реабілітаційний інститут – Університетська мережа охорони здоров’я, Торонто, Канада
Концептуалізація – RC; Методологія – RC, AR; Написання – Підготовка рукопису – RC, AR; Написання – Рецензування та редагування, GF, AR; Керівництво – AR, GF. Усі автори прочитали та погоджуються з опублікованою версією рукопису.
Springer Nature зберігає нейтралітет щодо юрисдикційних претензій опублікованих карт та інституційної приналежності.
Відкритий доступ. Ця стаття ліцензована за міжнародною ліцензією Creative Commons Attribution 4.0, яка дозволяє використання, поширення, адаптацію, розповсюдження та відтворення на будь-якому носії чи у будь-якому форматі за умови належного посилання на оригінального автора та джерело, надання ліцензії Creative Commons та вказівки на наявність змін. Зображення або інші сторонні матеріали в цій статті включені за ліцензією Creative Commons статті, якщо інше не зазначено в джерелах матеріалу. Якщо матеріал не включено до ліцензії Creative Commons статті, а ваше передбачуване використання не дозволено законом чи нормативним актом або перевищує дозволене, вам потрібно буде отримати дозвіл безпосередньо від власника авторських прав. Щоб переглянути копію цієї ліцензії, відвідайте http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
Коен, Р., Ферні, Г. та Рошан Фекр, А. Моніторинг споживання рідини в комерційно доступних розумних пляшках для води. Science Rep 12, 4402 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-08335-5
Надсилаючи коментар, ви погоджуєтеся дотримуватися наших Умов та Правил спільноти. Якщо ви бачите образливий контент або контент, який не відповідає нашим умовам чи правилам, будь ласка, позначте його як неприйнятний.