Limiares de acelerômetros para a estimativa da intensidade da atividade física em crianças e adolescentes: uma revisão sistemática

Resumos

The aim of this study was to verify the criterion and cross-validity of accelerometer thresholds for distinguishing different physical activity intensities and identifying sedentary behavior in children and adolescents. A systematic literature review was conducted using the PubMed, Scopus, Sports Discus and Web of Science databases. Inclusion criteria were: a) derivation and/or validation of accelerometer thresholds related to intensity of physical activity in youth (age 2 to 18 years); b) use of indirect calorimetry or direct observation as the reference method; c) original research articles published in English, Portuguese or Spanish. Nineteen studies were selected. The accelerometers most often investigated were ActiGraph, RT3 and Actical. Thresholds showed good to moderate validity in the calibration phase (sensitivity = 68 to 100%; specificity = 61 to 100%). Generalizability of the thresholds was higher when they were tested on independent samples (Kappa = 0.72 to 0.91; sensitivity = 79 to 94%; specificity = 72 to 98%) than during independent activities (Kappa = 0.46 to 0.71; sensitivity = 27 to 97%; specificity = 52 to 95%). One calibration study tested the validity of thresholds in independent samples and activities, and only one threshold validation study was found. In conclusion, limited information is available on the generality of accelerometer thresholds for physical activity monitoring in children and adolescents. Validation studies are needed to identify appropriate thresholds for each type of accelerometer.

Calibration; Motion; Motor activity; Validity of tests

ARTIGO DE REVISÃO

Limiares de acelerômetros para a estimativa da intensidade da atividade física em crianças e adolescentes: uma revisão sistemática

Marcelo Romanzini^I; Edio Luiz Petroski^II; Felipe Fossati Reichert^III

^IUniversidade Estadual de Londrina. Centro de Educação Física e Esporte. Departamento de Educação Física. Londrina, PR. Brasil

^IIUniversidade Federal de Santa Catarina. Centro de Desportos. Departamento de Educação Física. Florianópolis, SC. Brasil

^IIIUniversidade Federal de Pelotas. Escola Superior de Educação Física. Pelotas, RS. Brasil

^{Endereço para correspondência}

RESUMO

O objetivo deste estudo foi verificar a validade (critério) e a generalidade (validade cruzada) dos limiares de acelerômetros para distinguir diferentes intensidades de atividade física em crianças e adolescentes. Uma busca sistemática da literatura foi conduzida nas bases de dados Pubmed, Scopus, Sports Discus e Web of Science. Os critérios de inclusão foram: a) derivação e/ou validação de limiares de acelerômetros relacionados à intensidade da atividade física em jovens (2 a 18 anos); b) uso da calorimetria indireta ou a observação direta como método de referência e; c) estudos em língua inglesa, espanhola ou portuguesa. Dezenove estudos foram selecionados. Os acelerômetros mais investigados foram o ActiGraph, o RT3 e o Actical. Os limiares apresentaram boa a moderada validade na fase de calibração (sensibilidade = 68-100%; especificidade = 61-100%). A generalidade dos limiares foi maior quando estes foram testados em amostras independentes (Kappa = 0,72-0,91; sensibilidade = 79-94%; especificidade = 72-98%) do que em atividades independentes (Kappa = 0,46-0,71; sensibilidade = 27-97%; especificidade = 52-95%). Um único estudo de calibração testou a validade dos limiares em amostras e atividades independentes e apenas um estudo de validação de limiares foi localizado. Em conclusão, limitada informação foi constatada quanto à generalidade dos limiares de acelerômetros para o monitoramento da atividade física habiltual de crianças e adolescentes. Estudos de validação são necessários para identificar limiares apropriados para cada modelo de acelerômetro.

Palavras-chave: Atividade motora; Calibragem; Movimento; Validade dos testes.

INTRODUÇÃO

O uso da acelerometria tem sido cada vez mais comum em estudos sobre atividade física envolvendo crianças e adolescentes¹. Acelerômetros são dispositivos eletrônicos que medem a aceleração do movimento corporal² e permitem quantificar de forma objetiva a frequência, duração e intensidade da atividade física. Apesar de não fornecer informações contextuais das atividades realizadas³ e não medir corretamente determinadas atividades^3,4, o uso de acelerômetros em estudos com crianças e adolescentes evita o viés de informação, permite melhorar o entendimento da relação entre atividade física e saúde, além de identificar achados que não são perceptíveis pelo uso de medidas subjetivas⁵.

Em termos operacionais, a medida do acelerômetro (counts) deve ser traduzida em uma variável com significado biológico ou comportamental⁶. Este processo é denominado de calibração e envolve a identificação de limiares relacionados à intensidade da atividade física, ou, a transformação dos valores de counts em unidades de gasto energético, tendo como métodos de referência a calorimetria ou a observação direta. Visto que a relação entre counts e medidas biológicas ou comportamentais é influenciada por parâmetros físicos e fisiológicos⁶ e que a coleta e o armazenamento de dados diferem entre os modelos de acelerômetros², recomenda-se que limiares e/ou modelos de predição do gasto energético sejam específicos à população e ao modelo de acelerômetro.

Nos últimos anos, diferentes tipos de acelerômetros foram calibrados em amostras de crianças e adolescentes e vários limiares e modelos de predição foram disponibilizados. No entanto, tem sido observado que o tempo gasto por jovens em atividades físicas de intensidade moderada a vigorosa varia significantemente conforme o limiar adotado^7-9. Isto pode dificultar a comparação entre estudos de prevalência de atividade física, bem como afetar a precisão das medidas de efeito em estudos de associação da atividade física com desfechos em saúde.

Recentemente, de Graauw et al.¹⁰ revisaram a validade de modelos de predição derivados de counts de acelerômetros e constataram que os mesmos fornecem medidas precisas do gasto energético relacionado à atividade física de crianças e adolescentes apenas em nível de grupo. Por outro lado, nenhum estudo revisou, sistematicamente, os limiares disponíveis para cada modelo de acelerômetro e seus respectivos indicadores de validade neste grupo populacional. Nesse sentido, o objetivo deste estudo é revisar, de forma sistemática, a validade e a generalidade dos limiares para counts de acelerômetros destinados à classificação da intensidade da atividade física em crianças e adolescentes.

PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS

Realizou-se uma busca nas bases de dados PubMed, Scopus, Sports Discus e Web of Science para a localização de manuscritos que derivaram e/ou validaram limiares para counts de acelerômetros destinados à determinação da intensidade da atividade física em crianças e adolescentes.

A busca compreendeu todo período de existência das bases, até janeiro de 2011. O Quadro 1 apresenta a estratégia de busca utilizada em cada base.

Foram incluídos na revisão os estudos que atenderam os seguintes critérios: a) elaboração e/ou validação de limiares para a identificação da intensidade da atividade física a partir de counts registrados por acelerômetros; b) amostra composta por crianças e/ou adolescentes (2-18 anos); c) utilização da calorimetria indireta ou a observação direta como método de referência; d) artigo original de pesquisa publicado nas línguas inglesa, portuguesa ou espanhola. Artigos cuja calibração de acelerômetros foi apresentada secundariamente como parte do estudo na seção de métodos, resumos, artigos de revisão, dissertações, teses, monografias, capítulos de livros e estudos duplicados foram excluídos. As referências bibliográficas dos estudos selecionados foram revisadas na tentativa de se encontrar algum estudo não identificado na busca eletrônica. Nenhum estudo foi adicionalmente localizado.

Com o intuito de permitir comparabilidade entre limiares e indicadores de validade derivados para cada modelo de acelerômetro, foram extraídas de cada estudo informações relacionadas às características da amostra, protocolo de atividades físicas, medida de referência e método utilizado para derivar os limiares. Adicionalmente, dois revisores (MR e FFR) avaliaram independentemente os estudos selecionados quanto à sua qualidade metodológica por meio de um checklist modificado empregado anteriormente em outros estudos^10,11 (Quadro 2). As divergências na extração das informações foram solucionadas por um terceiro revisor (ELP).

A validade (critério) e a generalidade (validade cruzada) dos limiares foram analisadas por meio do procedimento estatístico adotado e da magnitude das medidas. A validade foi considerada a partir da comparação da classificação da intensidade da atividade física de cada limiar contra uma medida critério. A generalidade foi considerada a partir da comparação da classificação da intensidade da atividade pelos limiares de acelerômetros em relação aos métodos de referência a partir de amostras e/ou atividades independentes. Medidas adequadas de validade incluíram a sensibilidade/especificidade e limites de concordância de 95% de Bland e Altman. Outras medidas de validade foram o percentual de concordância, coeficiente de concordância de Kappa (k), coeficientes de correlação intraclasse, produto-momento de Pearson (r) e ordem de rank de Spearman¹². Arbitrariamente, valores de sensibilidade e especificidade ≥80% indicaram boa validade (+), ≥60% moderada validade (±) e <60% pobre validade (-). Alternativamente, boa validade (+) foi atribuída para k>0,60, percentual de concordância ≥90% ou r >0,75, moderada validade (±) para k>0,40, percentual de concordância ≥70% ou r>0,50, e, pobre validade (-) para k≤0,40, percentual de concordância <70% ou r≤0,50¹³.

RESULTADOS

Foram identificados 1558 estudos, dos quais 19 foram selecionados (Figura 1). Estes estudos forneceram limiares para sete diferentes modelos de acelerômetros. Os acelerômetros mais investigados foram o ActiGraph, o RT3 e o Actical. No total, foram identificados 16 limiares para a caracterização das atividades sedentárias (SED), 23 limiares relacionados às atividades de intensidade moderada (MOD) e 20 limiares relacionados às atividades vigorosas (VIG). Cinco estudos utilizaram a observação direta como método de referência^14-18, enquanto os demais utilizaram a calorimetria indireta para a calibração dos acelerômetros. Um estudo avaliou a generalidade de limiares previamente publicados para o ActiGraph¹⁹. Oito apresentaram análises de validação cruzada, mas apenas um utilizou amostra e atividades independentes¹⁷.

Escores derivados do checklist indicaram moderada qualidade metodológica dos estudos (média 5,6±1,4 pontos; variação 3,5 a 8,0 pontos). Cinco estudos apresentaram elevada qualidade metodológica (>6 pontos)^{14,16,17,20,21}, enquanto que os demais apresentaram moderada qualidade (3,5 a 6,0 pontos). Informações sobre a viabilidade de acelerômetros foram relatadas em um único estudo e indicou aceitável quantia de perdas para o ActiGraph (<5%)²⁰.

LIMIARES E VALIDADE

Em geral, os limiares apresentaram boa a moderada validade na fase de calibração (sensibilidade = 68-100%; especificidade = 61-100%) (Quadro 3). Para o ActiGraph, boa validade foi identificada para os limiares relacionados às SED (sensibilidade = 86-100%, especificidade = 91-100%), enquanto que moderada a boa validade foi verificada para os limiares destinados às MOD (sensibilidade = 77-96%, especificidade = 61-100%) e VIG (sensibilidade = 68-100%, especificidade = 80-95%). Especificamente para crianças e adolescentes (6 a 18 anos), os limiares para o ActiGraph variaram entre 100 e 800 counts.min^-1 para SED, 1900 e 3600 counts.min^-1 para MOD e 3900 e 8200 counts.min^-1 para VIG. Para pré-escolares (2 a 5 anos), os limiares variaram entre 1100 e 1600 counts.min^-1, 1680 e 3560 counts.min^-1 e, 3370 e 5020 counts.min^-1 para SED, MOD e VIG, respectivamente.

Os limiares para counts do RT3 foram derivados apenas em amostras de crianças e adolescentes. Limiares foram de 40 e 420 counts.min^-1 para SED e variaram entre 950 e 1860 counts.min^-1 para MOD e 2330 e 4110 counts.min^-1 para VIG. Parâmetros de validação foram apresentados apenas em um estudo²¹ e indicaram boa validade dos limiares nas diferentes intensidades da atividade física. Para o Actical, boa a moderada validade foi identificada para os limiares relacionados às SED (sensibilidade = 86-97%, especificidade = 72-98%), MOD (sensibilidade = 78-97%, especificidade = 73-92%) e VIG (sensibilidade = 77-98%, especificidade = 61-79%). Para crianças e adolescentes, os limiares foram de 44 e 100 counts.min^-1, 1500 e 2030 counts.min^-1 e 2880 e 6500 counts.min^-1 para SED, MOD e VIG, respectivamente. Para pré-escolares, foi identificado apenas um limiar para MOD (715 counts.15s^-1) e um para VIG (1411 counts.15s^-1)

GENERALIDADE DOS LIMIARES

Quatro estudos de calibração do ActiGraph testaram a generalidade dos limiares desenvolvidos em amostras e/ou protocolos de atividades independentes^17,18,22,26. Em amostras independentes, boa generalidade foi observada para os limiares de Vanhelst et al.²² (k=0,72-0,85) e Reilly et al.¹⁸ (sensibilidade = 83%, especificidade = 82%). Em atividades independentes, boa a moderada generalidade foi constatada para os limiares relacionados às MOD e VIG de Pate et al.²⁶ (sensibilidade = 97 e 66%, especificidade = 86 e 95%, respectivamente). Em amostras e atividades independentes, pobre a moderada generalidade foi observada para os limiares de Sirard et al.¹⁷ (r=0,46-0,71). Um estudo independente testou a generalidade de limiares do ActiGraph¹⁹ e verificou que limiares de Evenson et al.²³ desempenharam melhor nas diferentes intensidades da atividade física (k=0,68) quando comparados aos demais limiares (k=0,62-0,36)^20,24,25. Em geral, limiares de Evenson et al.²³ apresentaram boa a moderada generalidade para identificação das SED, MOD e VIG (Quadro 2).

Dois estudos de calibração do RT3 testaram a generalidade dos limiares desenvolvidos em amostras independentes^21,27. Vanhelst et al.²⁷ relataram boa generalidade dos limiares em todas as intensidades da atividade física (k=0,75-0,91), enquanto que Chu et al.²¹ observaram boa generalidade do limiar relacionado às SED (sensibilidade = 94%, especificidade = 98%) e moderada generalidade dos limiares relacionados às MOD e VIG (sensibilidade = 84 e 79%, especificidade = 72 e 84%, respectivamente). Para o Actical, apenas Pfeiffer et al.³⁰ testaram a generalidade de seus limiares em atividades independentes e constataram moderada generalidade do limiar relacionado às MOD (k=0,46) e boa generalidade do limiar direcionado às VIG (k=0,71). Em geral, a generalidade dos limiares foi maior quando estes foram testados em amostras independentes (k=0,72-0,91; sensibilidade = 79-94%; especificidade = 72-98%)^18,21,22,27 do que em atividades independentes (k=0,46-0,71; sensibilidade = 27-97%; especificidade = 52-95%)^14,16,26,30 (Quadro 2).

DISCUSSÃO

Este estudo revisou a validade e a generalidade dos limiares para counts de acelerômetros destinados à classificação da intensidade da atividade física em crianças e adolescentes. O ActiGraph, o Actical e o RT3 foram os modelos mais calibrados e limiares destes acelerômetros foram discrepantes em cada intensidade da atividade física. Em geral, limiares apresentaram boa a moderada validade para a discriminação das SED, MOD e VIG. No entanto, foi constatada limitada informação sobre a generalidade destes limiares em amostras e atividades independentes.

Diferenças nos critérios utilizados para definição da intensidade da atividade física, tamanho e características da amostra, protocolo estudado e procedimento estatístico podem contribuir para as discordâncias entre os limiares de um mesmo modelo de acelerômetro. É importante destacar que não há um claro entendimento quanto aos procedimentos mais adequados para derivação de limiares de acelerômetros, o que justifica a falta de padronização quanto aos procedimentos metodológicos aplicados em estudos de calibração. Para ilustrar, diferentes critérios têm sido utilizados para a categorização da intensidade da atividade física e há um debate na literatura quanto ao uso de 3 ou 4 METs para a definição das MOD em crianças e adolescentes^33,34.

Outro importante aspecto metodológico diz respeito ao método utilizado para a derivação dos limiares. Tradicionalmente, modelos de regressão ou curvas ROC são utilizados. As vantagens e desvantagens destes procedimentos têm sido previamente discutidas^35,36. Basicamente, embora os modelos de regressão permitam derivar limiares ajustados às características dos sujeitos, o elevado erro padrão de estimativa se constitui como a principal limitação deste procedimento¹⁰. O uso de curvas ROC, por sua vez, possibilita testar empiricamente todos os possíveis limiares no gráfico correspondente à curva ROC, permitindo ao pesquisador escolher um apropriado limiar baseado em um equilíbrio entre a sensibilidade e especificidade.

Independente do modelo de acelerômetro, limiares apresentaram boa a moderada validade para a determinação da intensidade da atividade física quando comparados às medidas critérios adotadas nos estudos de calibração. No entanto, destaca-se que limiares para MOD e VIG derivados de protocolos de atividades físicas ambulatórias (caminhada e corrida) apresentaram, em sua maioria, melhores indicadores de validade^15,17,21,30 em relação àqueles derivados a partir da combinação de atividades ambulatórias e não-ambulatórias^23,31,32. De fato, determinadas atividades não-ambulatórias (dribles de basquete, subir degraus, polichinelos, passos aeróbicos, artes marciais, lançar bolas) tendem a apresentar menores valores de counts em relação às ambulatórias com menor gasto energético.

Nesse sentido, a maioria dos acelerômetros identificados nesta revisão são mais sensíveis às atividades com grande componente de aceleração no plano vertical, tais como caminhadas e corridas. Além disso, acelerômetros tendem a apresentar registros menos precisos dos movimentos relacionados aos segmentos corporais aos quais não estão posicionados³⁷. Em conjunto, estes fatores podem explicar a maior validade observada entre os limiares derivados a partir de atividades ambulatórias. No entanto, considerando que as atividades diárias de crianças e adolescentes não se resumem às atividades ambulatórias, a inclusão de atividades representativas do cotidiano desta população é recomendada para estudos de calibração³⁶.

Limitada informação foi observada quanto à generalidade dos limiares identificados nesta revisão. De um modo geral, indicadores de generalidade dos limiares foram maiores quando os mesmos foram testados em amostras independentes do que em atividades independentes. De forma semelhante, Corder et al.³⁸ constataram que a acurácia dos modelos de predição do gasto energético a partir de counts da acelerometria foram mais dependentes das atividades testadas do que das características dos participantes.

Idealmente, a generalidade dos limiares deve ser testada em amostras e atividades independentes. Sirard et al.¹⁷ monitoraram 269 pré-escolares em dias distintos em ambiente escolar e observaram pobre a moderada correlações (r=0,46-0,70) entre a soma de períodos de 15 segundos categorizados nas diferentes intensidades da atividade física pela técnica de observação direta e pelos limiares derivados previamente na fase de calibração. Trost et al.¹⁹ testaram a generalidade de diferentes conjuntos de limiares derivados do acelerômetro ActiGraph em 206 jovens (5-15 anos) a partir de um protocolo contendo 12 atividades de intensidades sedentárias a vigorosas e observaram que os limiares de Evenson et al.²³ desempenharam melhor nas diferentes intensidades da atividade física quando comparados aos limiares de Treuth et al.²⁴, Mattocks et al.²⁰ e Puyau et al.²⁵.

O ActiGraph é o acelerômetro mais utilizado em estudos com crianças e adolescentes¹¹ e teve o maior número de limiares publicados. Entretanto, os limiares existentes para o ActiGraph foram desenvolvidos mediante a utilização dos modelos uniaxiais 7164 e GT1M. Embora o eixo ântero-posterior do GT1M tenha sido desbloqueado na segunda geração deste modelo, limiares elaborados a partir do GT1M utilizaram informações obtidas apenas junto ao eixo vertical. A versão comercialmente disponível do ActiGraph é o modelo GT3X. Este modelo possui um acelerômetro triaxial que coleta informações nos três eixos (vertical, médio-lateral e ântero-posterior), podendo combinar esta informação em um vetor magnitude. Assim, embora as informações de aceleração registradas pelo eixo vertical do GT1M e do GT3X sejam comparáveis³⁹ para explorar a medida triaxial do GT3X, limiares para o vetor magnitude deste modelo são necessários.

Em conclusão, o presente estudo verificou que limiares de acelerômetros apresentam boa a moderada validade para a estimativa da intensidade da atividade física em crianças e adolescentes. No entanto, há limitada informação quanto à generalidade destes limiares em amostras e atividades independentes. Até o presente momento, há um indicativo para o uso dos limiares de Sirard et al.¹⁷ em pré-escolares (pobre a moderada generalidade) e de Evenson et al.²³ em crianças e adolescentes (boa a moderada generalidade). Futuros estudos de validação devem ser conduzidos para identificar quais os limiares mais apropriados para cada modelo de acelerômetro. Limiares para counts do vetor magnitude do GT3X são necessários para explorar a medida triaxial da nova versão do acelerômetro ActiGraph.

Recebido em 27/05/11

Revisado em 25/07/11

Aprovado em 21/09/11

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  16 Jan 2012
• Data do Fascículo
  2012

Histórico

• Recebido
  27 Maio 2011
• Aceito
  21 Set 2011
• Revisado
  25 Jul 2011