Który zegarek najlepiej pokaże spalane kcal?
28 lipca 2021 Zofia Piotrowicz Sprzęt

Który zegarek najlepiej pokaże spalane kcal?


Możliwość monitorowania codziennego wydatku energetycznego oraz ilość spalanych na treningu kilokalorii jest cenna nie tylko w kontekście odchudzania, ale także dostosowywania odpowiedniej ilości energii do obciążeń treningowych.
Wydawałoby się, że w dobie rozwoju technologicznego takie informacje są nam dostarczane na tacy, a mówiąc precyzyjniej na tarczy zegarka sportowego. Nic bardziej mylnego. 

Mimo coraz sprawniej działających GPSów, czujników tętna, informacji dotyczących tempa biegu czy możliwości wgrywania map, dane dotyczące spalanych kcal wciąż kuleją. Producenci zegarków dwoją się i troją w opracowywaniu nowych, tajnych algorytmów wyliczających wydatkowane kilokalorie, aczkolwiek wychodzi im to wciąż z marnym skutkiem. Dlaczego?

Jakie dane są potrzebne do precyzyjnej oceny spalanych kcal?

Do sprawdzonych, uznanych i dokładnych metod mierzących wydatkowaną przez nas energię zaliczamy kalorymetrię bezpośrednią, pośrednią oraz metodę podwójnie znakowanej wody. Pierwsza metoda, zakłada, że ciepło wydzielone przez organizm odzwierciedla poziom przemian energetycznych. Pomiaru dokonuje się w komorze/pomieszczeniu otoczonym obiegiem wodnym, a na podstawie wzrostu temperatury wody ocenia się ilość wydzielonego ciepła. Jak można się domyślić całe badanie jest dosyć karkołomne i trudno przełożyć je na codzienne realia.

Zdecydowanie łatwiej przeprowadzić pomiar metodą kalorymetrii pośredniej, czyli określić stosunek objętości wydzielonego przez nas dwutlenku węgla do zużytego tlenu i na podstawie równoważnika energetycznego tlenu obliczyć ilość wydatkowanej energii. Jednak i w tym przypadku potrzebujemy specjalnego sprzętu w postaci analizatora gazów oddechowych, którego używa się np. podczas badań wydolnościowych.

Trzecia metoda, podwójnie znakowanej wody, służy do pomiaru całkowitego wydatku energetycznego przez dłuższy okres (np. kilkunastu dni). Polega na znakowaniu cząsteczek wody w płynach ustrojowych trwałymi izotopami 18O i deuterem, które podaje się doustnie. Następnie mierzy się szybkość ich eliminowania z organizmu. Różnica w szybkości eliminacji obu izotopów wykorzystywana jest do określenia ilości wydzielonego dwutlenku węgla, co stanowi podstawę do wyliczenia całkowitego wydatku energetycznego.

Krótko podsumowując, aby móc precyzyjnie obliczyć ilość spalanych kcal musimy znać albo ilość wydalanego ciepła, albo objętość zużywanego tlenu i wydychanego dwutlenku węgla, albo być chemikiem z dostępem do izotopów. Żaden z zegarków nim nie jest i nie posiada wspomnianych funkcji. Posiada jednak kilka innych czujników, które mogą pomóc w szacowaniu wydatku energetycznego. Jest nim chociażby czujnik tętna.

Wiadomo, że istnieje linowa zależność pomiędzy poborem tlenu, a częstotliwością skurczów serca. Tu jednak pojawiają się pierwsze schody. Większość biegaczy narzeka na nieprecyzyjny pomiar tętna, w porównaniu chociażby z opaską na klatkę piersiową. Co ciekawe wiele badań, które porównują precyzyjność pomiaru tętna i wydatku energetycznego przez ten sam zegarek wskazuje, że pierwszy pomiar jest adekwatny, ale już liczba spalonych kilokalorii jest niezgodna w porównaniu do „złotego standardu”.

Kolejnym czujnikiem, w który wyposażona jest większość zegarków jest akcelerometr. Jest to urządzenie analizujące przemieszczanie się ciała w przestrzeni. Ocenia intensywność, częstości i czasu trwania wysiłku, przeliczając rejestrowaną aktywności/ruchu na kcal.

Wśród jednych z najdokładniejszych, są akcelerometry trzyosiowe, które dokonują pomiaru w osi pionowej, poprzecznej i strzałkowej. Niektóre sport-testery posiadają wbudowane wspomniane urządzenie, oprócz tego najnowsze zegarki posiadają szereg innych czujników. Dodatkowo do zegarka wgrywamy dane dotyczące masy ciała, wzrostu, płci i wieku.

Na podstawie wszystkich danych zebranych przez urządzenie zegarek szacuje nasz wydatek energetyczny. Niestety producenci nie udostępniają algorytmów na jakich bazują. Możemy jedynie przypuszczać, że uwzględniają przede wszystkim dane antropometryczne, rodzaj ćwiczeń jaki wybieramy na tarczy zegarka, oraz w niektórych przypadkach tętno i dane z akcelerometru.

Mimo tak dużej ilości zmiennych, szacowania wciąż nie są dokładne i nie jest jasne czy i które czujniki lub ich kombinacja zapewniają najtrafniejsze określenie wydatkowanych kilokalorii.

Wydaje się jednak, że największy błąd jest w przypadku czujników z samym akcelerometrem, a dodanie sensora tętna zmniejsza błąd. Biorąc pod uwagę, że większość biegających użytkowników smartwatchów, posiada zegarek z pomiarem tętna wydawałoby się, że wybór między nimi nie jest już tak istotny. Okazuje się jednak, że pomiędzy konkretnymi modelami występują spore różnice.zegary4

Przegląd badań

By dokładnie sprawdzić, czy zegarek pokazuje prawidłową ilość spalanych kilokalorii należy porównać w czasie rzeczywistym podane przez niego wartości do jednej z metod określonych jako „złoty standard”. Wybrałam więc badania, w których zestawiono podczas rożnych aktywności (bieg o zróżnicowanej intensywności, prace domowe, całodobowy wydatek energetyczny) dane z zegarka z danymi z kalorymetrii pośredniej lub komory metabolicznej i metody podwójnie znakowanej wody. Podczas wyboru literatury kierowałam się tym, aby autorzy deklarowali brak konfliktu interesów (czyli artykuł nie były sponsorowany przez firmy produkujące zegarki, a badacz nie był powiązany z żadną z marek). Ze względu na ciągły rozwój technologii postawiłam na badania, nie starsze niż 5 lat z wyjątkiem jednej meta-analizy obejmującej dane od 2013 roku. W większości eksperymentów uczestnicy byli zróżnicowani ze względu na płeć, wiek, poziom wytrenowania. W niektórych brali udział ludzie o różnym kolorze i odcieniu skóry, co okazuje się jest istotne w przypadku pomiaru tętna metodą pletyzmografii.

Świadoma faktu, że zegarki są dosyć mało precyzyjnym narzędziem pomiarowym w kwestii wydatku energetycznego, liczyłam, że podczas wertowania literatury odnajdę mimo wszystko prawidłowości związane z konkretnymi markami. Okazuje się jednak, że badania dotyczące nawet tego samego modelu często są niespójne.

W oparciu o szerszą literaturę, nasuwa się jednak kilka ogólnych wniosków. Po pierwsze większość zegarków podczas biegów wolnym tempem zawyża ilość spalanych kilokalorii, z kolei przy wysokim – zaniża (z kilkoma wyjątkami). Podobnie, jeśli trenujemy w zakresie aerobowym, wydatkowanie energii wskazane przez zegarek jest zawyżone, a w przypadku wysiłku o charakterze beztlenowym wyniki są znacznie zaniżone (nawet o 21-49%).zegary3

Bardziej szczegółowo o wybranych modelach 

Według niektórych badań Apple Watch S1 bez zarzutu radzi sobie przy wysokich intensywnościach biegu (>160,9 m/min), z różnicą kilku kcal w porównaniu do kalorymetrii pośredniej [1], a także standardowych czynnościach domowych [2,3]. Podczas biegu o niższej intensywności błąd jest znacznie większy [1]. Jedno z badań [4] wykazało, że niezależnie od intensywności (w przedziale 80,4-182,4 m/min) błąd pomiaru był duży, chociaż i tak mniejszy niż w przypadku zegarka FitBit Surge.

Kolejny sport-tester poddany analizie to FitBit Charge HR. Nie jest to typowy zegarek, a opaska na nadgarstek monitorująca naszą aktywność. Okazała się gorsza od Apple Watch w ocenie wydatku energetycznego w spoczynku, podczas ćwiczeń aerobowych jak i czynności domowych [3]. Dodatkowo zawyżała wydatek energetyczny podczas spoczynku, niskiej i średniej intensywności ćwiczeń [5]. Okazała się jednak adekwatna w ocenie spalanych kcal w trakcie intensywnego wysiłku [5]. Z kolei podczas czynności domowych całkiem dobrze sprawdzał się Fitbit Charge 2 [6].

Bardzo ciekawym badaniem była meta-analiza [7] dotycząca zegarków firmy Polar (różne modele). Badacze doszli do wniosku, że sprawdzają się one lepiej w „codziennym życiu” niż podczas samej aktywności fizycznej. Dodatkowo w trakcie wysiłku o intensywności do 70% VO2max zegarek (Polar V800) całkiem sprawnie liczyły wydatkowane kcal [8].

Z kolei, zegarki marki Garmin wydają się być dokładniejsze od swojej konkurencji podczas średnich i wyższych intensywności. Mowa o Garmin vivosmart, który lepiej szacował spalane kcal podczas biegowych interwałów o wysokiej intensywności [6], oraz Garmin Forerunner 920XT, który radził sobie nieźle w trakcie wysiłku o intensywności 50-70% VO2max [8], ale zaniżał wydatek energetyczny podczas ćwiczeń na poziomie 30% VO2max. Na przekór Garmin Forerunner 225 znacznie zawyżał wartości spalanych kcal zarówno podczas spoczynku jak i aktywności fizycznej, niezależnie od intensywności [5].

Prezentacja wyników w omawianych badaniach jest przede wszystkim w postaci wielkości błędu i procentowego odchylenia od normy. W zdecydowanej większości błąd ten wynosi >10%. Dla zobrazowania skali, w jednym eksperymencie [9] podano średnią różnicę podczas biegów o różnych intensywnościach wyrażoną w kcal, która wynosiła 112 kcal/h dla FitBit Verse, 121 kcal/h dla Polar Vintage, 124 kcal/h dla Apple Watch 4 oraz 131 kcal/h dla Garmin Fenix 5.zegary5

Wiem, że nic nie wiem…

Podsumowując, żaden zegarek nie dostarczy nam pewnej informacji dotyczącej naszego wydatku energetycznego. Mimo wszystko, nie oznacza to, że dane które wylicza „tajemniczy algorytm” należy od razu wyrzucić do kosza. W praktyce warto wziąć średnio ok. 10-15% poprawkę (szczególnie w przypadku niskich intensywności) i odjąć od wskazanej wartości. Najlepszym sposobem na indywidualną ocenę przyjmowanych kilokalorii wraz z pożywieniem jest zwyczajna obserwacja masy ciała. Nieważne jak wysokie wartości podaje zegarek, jeśli tyjemy oznacza, że jemy zbyt dużo.

Jeśli miałabym wybrać zegarek tylko ze względu na licznik kilokalorii, najbardziej uniwersalnym (zarówno pod kątem treningów jak i życia codziennego) wydaje się być Apple Watch. Chociaż jeśli byłabym osobą nietrenującą lub podejmującą rekreacyjną aktywność fizyczną skłaniałabym się do zegarka firmy Polar. Jeśli zależałoby mi przede wszystkim na danych dotyczących spalanych kcal podczas intensywnych treningów wybrałabym Garmina.

Chciałabym podkreślić, że jest to moje subiektywne zdanie, choć oparte na przeanalizowanych badaniach. Należy zwrócić uwagę, że na rynku dostępnych jest zdecydowanie więcej modeli, niż tych uwzględnionych w artykule. Dodatkowo, ilość spalanych kilokalorii to tylko jedna z opcji smartwatchów. Z pewnością godna uwagi, szczególnie jeśli biegamy by pracować nad masą ciała, jednak w mojej opinii drugorzędna w przypadku treningów biegowych, w których priorytetem jest pomiar tętna czy tempa biegu. 


Źródła:

  • 1. Zhang P, Burns RD, Fu Y, et al. Agreement between the Apple Series 1, LifeTrak Core C200, and Fitbit Charge HR with Indirect Calorimetry for Assessing Treadmill Energy Expenditure. Int J Environ Res Public Health. 2019; 16(20): 3812.
  • 2. O’Driscoll R, Turicchi J, Beaulieu K, et al.  How well do activity monitors estimate energy expenditure? A systematic review and meta-analysis of the validity of current technologies. Br J Sports Med. 2020; 54(6): 332-340.
  • 3. Bai Y, Hibbing P, Mantis C. Comparative evaluation of heart rate-based monitors: Apple Watch vs Fitbit Charge HR. J Sports Sci. 2018; 36(15): 1734-1741.
  • 4. Shcherbina A, Mattsson CM, Waggott D, et al. Accuracy in Wrist-Worn, Sensor-Based Measurements of Heart Rate and Energy Expenditure in a Diverse Cohort. J Pers Med. 2017; 7(2): 3.
  • 5. Dooley EE, Golaszewski NM, Bartholomew JB. Estimating Accuracy at Exercise Intensities: A Comparative Study of Self-Monitoring Heart Rate and Physical Activity Wearable Devices. JMIR Mhealth Uhealth. 2017; 5(3): e34
  • 6. Reddy RK, Pooni R, Zaharieva DP, et al. Accuracy of Wrist-Worn Activity Monitors During Common Daily Physical Activities and Types of Structured Exercise: Evaluation Study. JMIR Mhealth Uhealth. 2018; 6(12): e10338.
  • 7. Henriksen A, Johansson J, Hartvigsen G, et al. Measuring Physical Activity Using Triaxial Wrist Worn Polar Activity Trackers: A Systematic Review. J Exerc Sci. 2020; 13(4):438-454.  
  • 8. Roos L, Taube W, Beeler N, et al. Validity of sports watches when estimating energy expenditure during running. BMC Sports Sci Med Rehabil. 2017; 9: 22.
  • 9. Düking P, Giessing L, Frenkel MO, et al. Wrist-Worn Wearables for Monitoring Heart Rate and Energy Expenditure While Sitting or Performing Light-to-Vigorous Physical Activity: Validation Study. JMIR Mhealth Uhealth. 2020; 8(5): e16716.

Pozostałe:

  • Hao Y, Ma X-K, Zhu Z. Validity of Wrist-Wearable Activity Devices for Estimating Physical Activity in Adolescents: Comparative Study. JMIR Mhealth Uhealth. 2021; 9(1): e18320.
  • Kinnunen H, Häkkinen K, Schumann M, et al. Training-induced changes in daily energy expenditure: Methodological evaluation using wrist-worn accelerometer, heart rate monitor, and doubly labeled water technique. PLoS One. 2019; 14(7): e0219563.
  • Passler S, Bohrer J, Blöchinger L, et al. Validity ofWrist-Worn Activity Trackers for Estimating VO2max and Energy Expenditure. Int J Environ Res Public Health. 2019; 16(17): 3037.
Zofia Piotrowicz

Dietetyk sportowy z wykształcenia oraz pasji. Pracuje ze sportowcami oraz osobami aktywnymi fizycznie niezależnie od poziomu wytrenowania. Uważa, że nauka jest przydatna tylko wtedy, kiedy można ją wykorzystać w praktyce. W redakcji pieszczotliwie nazywana Dexterem (ten animowany od laboratorium), bo znęca się nad sportowcami badając im krew podczas każdej możliwej okazji. Bite of sport na Instagramie