Empirische Arbeit: Validierungsstudie zum dreidimensionalen Beschleunigungsmesser RT3 der Firma Stayhealthy

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  Inhaltsverzeichnis  

0  Einleitung  2

1  Theoretischer Hintergrund zur Untersuchung  4

2  Theoretische Annahmen der Untersuchung  8

3  Methode der Untersuchung  9

3.1  Untersuchungsplan  10

3.2  Versuchspersonen  11

3.3  Geplante Auswertung  11

3.4  Datenerhebung  12

4  Ergebnisse der Untersuchung  14

4.1  Prüfung der Beobachterobjektivität  14

4.2  Prüfung der Konstruktvalidität  15

4.3  Prüfung der Kriteriumsvalidität  23

5  Diskussion und Interpretation der Ergebnisse  28

6  Zusammenfassung  32

7  Literaturverzeichnis  35

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0 Einleitung

Der korrekten Messung von physischer / körperlicher Bewegungsaktivität wird von diversen Personengruppen zunehmend Beachtung geschenkt, wie auch Balogun, Amusa und Onyewadume (1988, S. 1500) feststellen: „Objective measurements of levels of physical activity have attracted the attention of epidemiologists and work physiologists for many years”. Insbesondere in der physischen Therapiepraxis, so z.B. in der kardiopulmonalen Rehabilitation oder bei Schmerz-Management-Programmen, besteht das Bedürfnis, das Ausmaß an körperlicher Bewegungsaktivität der Patienten exakt zu kontrollieren. Aus diesem Grund widmet sich auch die Forschung schon seit geraumer Zeit dem Problem, körperliche Bewegungsaktivität, definiert als Körperbewegung, die durch die Skelettmuskulatur erzeugt wird und in einem Energieumsatz resultiert (vgl. Westerterp, 1999, S. 46), messbar zu machen.

Zwar existieren mit dem Blutdruck, der Körpertemperatur, der Sauerstoffaufnahme und der Herzfrequenz diverse physiologische Größen, von denen aus sich Rückschlüsse auf die körperliche Bewegungsaktivität ziehen lassen, mit Ausnahme der Herzfrequenzmessung gelten diese Verfahren jedoch als nicht ausreichend valide. Auch die Herzfrequenz als Indikator für die korrekte Messung der körperlichen Bewegungsaktivität ist nicht unproblematisch, da sie nicht nur durch die Intensität der körperlichen Bewegungsaktivität, sondern auch durch andere Faktoren wie einer hohen Umgebungstemperatur oder Luftfeuchtigkeit und vor allem durch Emotionen beeinflusst wird (vgl. Montoye, Kemper, Saris & Washburn, 1996, S. 102 & 111).

Aufgrund der genannten Probleme war bzw. ist die Forschung bestrebt, Geräte zu entwickeln, die, unabhängig von Emotionen oder sonstigen Störvariabeln, im Stande sind , körperliche Bewegungsaktivität korrekt zu messen. Am momentanen Ende einer langen Entwicklungskette, die in den Pedometern ihren Anfang hatte und über Zwischenstufen wie den Large-Scale Integrated Motor Activity Monitor (LSI) zur Entwicklung von Beschleunigungsmessern führte (vgl. Montoye et al, 1996, S. 72ff), steht der dreidimensionale Beschleunigungsmesser RT3.

Die folgende Untersuchung soll klären, inwieweit der dreidimensionale Beschleunigungsmesser RT3 der Firma Stayhealthy in der Lage ist, das Ausmaß

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an körperlicher Bewegungsaktivität korrekt darzustellen, also inwieweit er in der Lage ist körperliche Bewegungsaktivität valide zu messen.

Vor der eigentlichen Untersuchung soll zunächst in groben Zügen die Entwicklung der Bewegungsaktivitätsmessung bzw. der theoretische Hintergrund der Arbeit skizziert werden (1.), ehe in einem nächsten Schritt unsere Forschungshypothesen formuliert werden (2.). Im darauf folgenden Kapitel wird die Untersuchungsmethode erörtert, indem eine Beschreibung von Versuchspersonen, Versuchsplanung, Auswertungsplanung und Datenerhebung erfolgt (3.). Daran schließen sich die Präsentation der Ergebnisse (4.) und die Diskussion eben dieser hinsichtlich der aufgestellten Hypothesen (5.) an, bevor in einem kurzen Résumé abschließend noch einmal die bedeutsamsten Aspekte und Erkenntnisse dieser Arbeit zusammengefasst werden (6.).

1 Theoretischer Hintergrund zur Untersuchung

Die Entwicklung von Geräten zur Messung von körperlicher Aktivität beginnt in den 1920ern mit den Pedometern, deren Ursprung ins späte Mittelalter reicht und deren Erfinder Leonardo da Vinci war (vgl. Montoye et al., 1996, S.72). Stunkard (1960, zitiert nach Montoye et al, 1996, S. 89) beschreibt sie wie folgt: „Pedometers are inexpensive, simple movement counters that can estimate habitual physical activity over a relatively long period without interfering with or modifying subjects´ normal lifestyles“. Pedometer zählen die Schritte während der Fortbewegung und weiterentwickelte Modelle berechnen auf dieser Basis die körperliche Bewegungsaktivität. Sie arbeiten mit Hilfe einer mechanischen Feder und oftmals weisen diese Federn unterschiedliche Spannungen auf, reagieren also ungleich sensibel. Das führt dazu, dass es selbst bei Pedometern des selben Typs zu erheblichen Abweichungen hinsichtlich der Messergebnisse kommen kann (vgl. Montoye et al., 1996, S. 74 & 89). Zudem gibt es bei Pedometern gravierende Probleme hinsichtlich der Reliabilität und Validität. Aus diesen Gründen lässt sich die körperliche Bewegungsaktivität mit einem Pedometer nur für sehr wenige Bewegungsformen wie z.B. Gehen, Laufen oder Springen feststellen. In den späten 1970ern wurde der Large-Scale I ntegrated Motor Activity Monitor (LSI) entwickelt, der die körperliche Bewegungsaktivität

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zwar immer noch auf der Basis der gezählten Bewegungen berechnet, aber im Gegensatz zum Pedometer keine mechanischen Federn mehr verwendet. Die Vorteile des LSI gegenüber dem Pedometer beschreiben Montoye et al. (1996, S. 79) daher mit: „The LSI has at least two advantages over pedometers. First, the standardization of instruments should be better, because mechanical springs are not used. Second, it may be useful in a greater number of activities because it operates on tilt rather than impact”. Jedoch gelten auch für den im Vergleich zu den Pedometern valideren LSI einige Einschränkungen. Abgesehen davon, dass der LSI relativ teuer und nicht sehr stabil ist, besteht weiter das Problem, dass der LSI „counts movement as does the pedometer and hence does not reflect forces […] well“ (Montoye et al., 1996, S. 79).

An dieser Stelle knüpft das Verfahren der Beschleunigungsmessung an. Es folgt der Grundannahme, dass wenn sich eine Person bewegt, die dafür notwendigen muskulären Kräfte sich theoretisch proportional zur Beschleunigung der Gliedmaßen und des Körpers verhält (vgl. Montoye et al., 1996, S. 79). Das Funktionsprinzip, welches der Beschleunigungsmessung zu Grunde liegt ist die Umwandlung von kinetischer Energie – Bewegung – in elektrische Energie, die das Gerät als Beschleunigungen interpretiert und als Messdaten zum Abruf speichert.

Problematisch erscheint zunächst, dass Beschleunigungsmesser nicht in der Lage sind die statische Komponente verrichteter Arbeiten, wie z.B. die isometrische Arbeit beim Gewichtheben oder das zusätzliche Tragen von Lasten, zu erfassen. Westerterp (1999, S. 46) betont jedoch, dass im alltäglichen Leben „the effect of static exercise on the total level of physical activity is negligible“. Daher stellen Beschleunigungsmesser eine brauchbare Alternative zu bisher entwickelten Geräten dar.

Zunächst kam es zur Entwicklung der eindimensionalen Beschleunigungs- messer, für die beispielhaft der Caltrac stehen kann und den Balogun et al (1988, S. 1501) wie folgt beschreiben: „The Caltrac device is a single-plane accelerometer that monitors the up-and-down movements of the body. The movements are converted into electrical signals and displayed as digital readouts (counts in an arbitrary unit) representing a level of physical activity”.

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Aufgrund der Standardisierungsprobleme, die mechanisch mit Federn betriebene Geräte mit sich bringen arbeiten die heutigen Beschleunigungsmesser alle elektronisch.

Unter k ontrollierten Bedingungen sind sowohl die Test-Retest-Reliabilität als auch die Validität (für Gehen und Laufen in der Ebene, sowie Fahrrad fahren) für den Caltrac als hoch einzuordnen (vgl. Montoye et al., 1996, S. 82; Balogun et al., 1988, S. 1500), unter Feldbedingungen fallen sie geringer aus. In fast allen Situationen jedoch bescheinigen Montoye et al. (1996, S. 82) dem Caltrac, der überwiegend an der Hüfte getragen wird, eine höhere Reliabilität und Validität als dem LSI.

Eindimensionale Beschleunigungsmesser wie der Caltrac sind zwar in der Lage vertikale Bewegungen gut widerzuspiegeln, sie sind dagegen jedoch nicht sehr effektiv, wenn die Bewegungen in einer anderen Ebene als der vertikalen verlaufen. So lässt sich z. B. mit eindimensionalen Beschleunigungsmessern auch beim Laufen die Bewegungsaktivität mit steigender Laufgeschwindigkeit zunehmend schlechter erfassen, da sich ab einer gewissen Geschwindigkeit die Schrittlänge vergrößert, ohne dass die Schrittfrequenz oder die Vertikalbewegung des Körpers sich weiter erhöhen.

Dies legt die Vermutung nahe, dass ein dreidimensionaler Beschleunigungsmesser die körperliche Bewegungsaktivität besser abbilden kann, wenn Übungen unterschiedlichster Art durchgeführt werden sollen (vgl. Montoye et al., 1996, S. 85f). Bestätigung erfährt diese These, wenn Westerterp (1999, S. 47) konstatiert, dass im Sitzen durchgeführte Aktivitäten vom dreidimensionalen Beschleunigungsmesser im Gegensatz zum eindimensionalen Beschleunigungsmesser mit derselben Genauigkeit wie Laufaktivitäten erfasst werden können. Beispielhaft für einen solchen dreidimensionalen Beschleunigungsmesser, der Beschleunigungen in vertikaler Richtung und in beiden Achsen der horizontalen Richtung misst (vgl. Sherman, Morris, Kirby, Perosa, Smith, Frid & Leenders, 1998, S. 43) steht der Tritrac-R3 D, das unmittelbare Vorgängermodell des in der vorliegenden Arbeit zu untersuchenden RT3. Der Tritrac-R3 D hat die Dimensionen 11,1 x 6,7 x 3,2cm, wiegt ca. 227g, wird mit einer 9 -Volt-Batterie betrieben und von Hill (http://www.stayhealthy.com/profiles/product_template2_info.cfm?L=52&I=228&d

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=7) hinsichtlich seiner Verwendbarkeit wie folgt beschrieben: „The Tritrac-R3 D … has earned a reputation as a valuable and accurate research instrument”. Obwohl der Tritrac-R3 D bzgl. der Bewegungsaktivitätsmessung also brauchbare Daten liefert, wie auch Studien von Sherman et al . (1998) und Westerterp (1999) belegen, hat die Firma Stayhealthy mit dem hier zu validierenden RT3 nun einen Nachfolger präsentiert, der eine noch höhere Validität verspricht. Dies hat vor allem zwei Ursachen.

Zum einen hat der Tritrac-R3 D die Größe eines Walkmans und wird, da er zumeist an der Hüfte (z.B. am Gürtel) getragen wird, vom Nutzer als störend bzw. behindernd empfunden, weswegen das G erät auch immer wieder versehentlichen Stößen ausgesetzt ist (vgl. http://www.stayhealthy.com/profiles/ product_template2_info.cfm?L=52&I=228&d=7). Der RT3 dagegen hat die Maße 7,1 x 5,6 x 2,8cm, wird mit einer 1,5-Volt-Batterie betrieben und wiegt inklusive der Batterie ca. 65g und ist somit nicht nur kleiner als sein Vorgänger, sondern auch erheblich leichter und damit benutzerfreundlicher. Zudem ist er somit weniger Stößen ausgesetzt.

Zum anderen setzt sich der dreidimensionale Beschleunigungsmesser Tritrac-R3

D aus drei einzelnen Beschleunigungsmessern zusammen, die von Hand in das

Gerät eingebaut und festgelötet werden müssen. Es kann also durchaus zu konstruktionsbedingten Ungenauigkeiten kommen. Im Gegensatz dazu

verwendet Beschleunigungsmesser, der die Messung der Beschleunigungen in jede der drei Richtungen in einem Chip vereinigt (vgl. http://www.stayhealthy.com/profiles/ product_template2_info.cfm?L=52&I=228&d=7). Somit sind konstruktions - bedingte Ungenauigkeiten beim RT3 nahezu auszuschließen.

Aufgrund der genannten Fortschritte ist also davon auszugehen, dass sich der RT3 gegenüber dem Tritrac-R3 D durch eine bessere Validität auszeichnet. Jedoch liegen diesbezüglich bisher noch kaum Ergebnisse vor, weshalb an dieser Stelle nun eine Studie zur Validierung des dreidimensionalen Beschleunigungsmessers RT3 erfolgen soll.