Technische Universität Darmstadt
Institut für Sportwissenschaft
Proseminar: Einführung in empirische Forschungsmethoden

Empirische Arbeit: Validierungsstudie zum
dreidimensionalen Beschleunigungsmesser
RT3 der Firma Stayhealthy

von: Christian Klaas

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

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 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 Integrated Motor Activity Monitor (LSI) entwickelt, der die körperliche Bewegungsaktivität 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 Beschleunigungsmesser, 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”. Aufgrund der Standardisierungsprobleme, die mechanisch mit Federn betriebene Geräte mit sich bringen arbeiten die heutigen Beschleunigungsmesser alle elektronisch. Unter kontrollierten 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.

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