Validazione indiretta del Polar Verity Sense come cardiofrequenzimetro di elezione per l’allenamento del nuoto

Validazione Polar Verity Sense cardiofrequenzimetro nuoto

Nel nuoto, la mancanza di un cardiofrequenzimetro pratico, accurato ed economico ha limitato per molto tempo il controllo dell’allenamento. Recentemente la Polar ha immesso sul mercato un nuovo sensore che sembra risolvere il problema. In questa piccola rassegna, partendo dallo studio della letteratura di settore, abbiamo identificato il Polar Verity Sense, per il compromesso dimostrato tra praticità di utilizzo e accuratezza della misura, come cardiofrequenzimetro di spicco per il nuoto.

Introduzione

La frequenza cardiaca è sicuramente uno dei parametri fisiologici più facili da monitorare per praticità, accuratezza e costi. La stima di percentuali della massima frequenza cardiaca, può essere utilizzata per calcolare zone di intensità differenti durante i carichi di lavoro [1].
I cardiofrequenzimetri permettono la misura in continuità della frequenza cardiaca e oggi sono un valido strumento per il monitoraggio dell’allenamento [2,3]. Quasi tutti i modelli in commercio, consentono di scaricare i dati del proprio allenamento su smartphone e/o personal computer, elaborando grafici e statistiche sull’andamento della performance con apposite applicazioni.
Al momento esistono due tipologie di cardiofrequenzimetri, quelli ad elettrocardiogramma (ECG) e quelli ottici che sfruttano il principio della pletismografia foto elettrica (PPG). I primi rilevano direttamente le l’attività elettrica del cuore grazie ad elettrodi fissati sul torace con una fascia toracica. I secondi, attraverso dei LED e un rilevatore di luce, rilevano le variazione volumetriche dei capillari sanguigni sottocutanei, misurando così, in modo indiretto, il battito cardiaco (figura 1).
Nonostante la qualità dei dati forniti dai cardiofrequenzimetri ad ECG commerciali sia stata pienamente validata [4,5], il loro utilizzo nel nuoto è ridotto. Questo perché la fascia toracica:

  • i) riduce la libertà di movimento del nuotatore;
  • ii) contrasta l’espansione della cassa toracica durante la respirazione;
  • iii) può indurre irritazioni cutanee soprattutto nelle donne;
  • iv) costringe i nuotatori di sesso maschile ad indossare un corpetto, che evita alla fascia di scivolare in fase di virata, amplificando gli effetti negativi precedentemente elencati.

Rispetto ai cardiofrequenzimetri ad ECG quelli ottici hanno il vantaggio di essere molto più pratici. Grazie alla tecnologia PPG, le aziende hanno potuto integrare i cardiofrequenzimetri in orologi da polso, eliminando la fascia toracica e rendendo il monitoraggio della frequenza cardiaca facile, comodo e alla portata di tutti.
Per contro i cardiofrequenzimetri ottici, integrati in orologi da polso, presentano una bassa accuratezza/precisione che non li rende adeguati per atleti di alto livello [6-10]. La minore qualità statistica del dato è indotta:

  • i) da artefatti legati al movimento delle braccia;
  • ii) da un posizionamento inadeguato del cinturino dell’orologio e quindi del sensore;
  • iii) da una temperatura troppo bassa nella porzione di pelle considerata;
  • iv) dalla pigmentazione della pelle;
  • v) dal tipo di attività e intensità dell’esercizio;
  • vi) dalla presenza di acqua salata o clorata tra la pelle e il sensore.

Anche il numero dei LED e la loro posizione rispetto al rilevatore, sono fattori limitanti. Questi limiti aumentano l’errore medio della misura inducendo stime errate del carico di lavoro interno. Per questi motivi, fino ad inizio 2018, i cardiofrequenzimetri ad ECG rimanevano lo strumento di elezione per un monitoraggio accurato della frequenza cardiaca in allenamento.

Confronto andamento frequenza cardiaca ECG vs PPG
Figura 1. Tracciato ECG (parte alta) confrontato con un tracciato PPG (parte bassa). Il primo riporta l’intensità di un segnale elettrico e il punto R è il picco più alto e meno soggetto ad interferenze. Nel secondo riconosciamo il picco sistolico (I), la chiusura della valvola aortica e l’inizio della diastole (II) e il picco diastolico (III).

Polar Verity Sense Specifiche tecniche

Il Verity Sense è un dispositivo di forma circolare, impermeabile fino a 50 m di profondità, con un diametro di 30.0 mm, uno spessore di 9,6 mm ed un peso di 5 g. Sul lato interno è dotato di 6 LED verdi disposti circolarmente intorno ad un fotodiodo che funziona da rilevatore (figura 2b). Sul lato esterno sono invece visibili gli elettrodi di ricarica della batteria. Lateralmente, agli opposti, troviamo il pulsante di accensione/selezione e un LED di controllo delle funzioni. La batteria ricaricabile ha una autonomia di 20 ore e la memoria di 16 MB può registrare fino a 600 ore di dati.
Rispetto ai cardiofrenquenzimetri ottici da polso, il grande vantaggio del Polar Verity Sense è che può essere indossato su avambraccio, braccio oppure, nel caso del nuoto, sotto la cuffia a stretto contatto con le tempie della testa (figura 2c), inoltre oltre ad un giroscopio, un accelerometro e un magnetometro, capaci di contrastare e correggere gli artefatti indotti da movimenti di braccia e corpo, il Verity Sense possiede una funzione di registrazione specifica per il nuoto.
Premendo ripetutamente il pulsante potremo scegliere tra tre differenti modalità di registrazione della frequenza cardiaca:

  • i) registrazione e invio. Il Polar Verity Sense registra e invia i dati al dispositivo/applicazione con cui è sincronizzato in tempo reale sfruttando le tecnologie Bluetooth e/o ANT+. Il raggio di trasmissione massimo è di 150 m. In acqua questa funzione può essere limitata dalla perdita di connessione Bluetooth conseguente all’immersione del sensore. Comunque, indossando il sensore sulle tempie, possiamo monitorare la frequenza cardiaca negli intervalli di recupero tra una ripetuta e l’altra, in cui la testa rimane sicuramente fuori dall’acqua;
  • ii) registrazione e memorizzazione. Il sensore registra frequenza cardiaca e salva le informazioni nella memoria interna;
  • iii) registrazione in modalità nuoto con memorizzazione: registra frequenza cardiaca, frequenza di bracciata, distanza nuotata e tempi specifici e li salva nella memoria interna.

Al termine dell’allenamento i dati memorizzati possono poi essere sincronizzati con l’applicazione Polar Flow o applicazioni di terzi compatibili (Strava, TrainingPeaks, MyFitnessPal, Endomondo, Nike+ Run Club), per avere a disposizione frequenza cardiaca, durata dell’allenamento, zona di frequenza cardiaca, Training Benefit e consumo calorico.
Negli ultimi 4 anni la tecnologia del Verity Sense è stata testata per condizioni e sport diversi compreso il nuoto [11-15]. L’elaborazione di tutti gli studi scientifici condotti, ci ha permesso di stabilire l’assoluta qualità del Verity Sense nell’allenamento del nuoto (agonistico e non).

Specifiche tecniche del cardiofrequenzimetro per il nuoto Polar Verity Sense
Figura 2. (a) sensore Polar Verity Sense in tutte le sue parti: I lato esterno del sensore con elettrodi per la ricarica elettrica, II clip di ricarica del sensore, III clip per fissare il sensore agli occhialini da nuoto, IV lato interno con LED e fotodiode; (b) particolare del lato interno del sensore con LED rivelatore fotodiode e pulsante di accensione/controllo; (c) sensore indossato all’altezza delle tempia sotto la cuffia da nuoto

Vantaggi per un nuotatore

L’uso di un apparecchio che misura i battiti cardiaci durante la pratica del nuoto è molto vantaggioso, poiché consente di valutare la qualità dell’allenamento svolto. In un allenamento ad intervalli (interval training) il rispetto delle giuste intensità è essenziale per raggiungere gli obiettivi proposti dalla scheda di allenamento.
Questo approccio è fondamentale se si eseguono i programmi di nuoto proposti sul nostro portale, basati su intensità valutate come percentuali della massima frequenza cardiaca individuale. E’ stato scelto questo approccio perché, in una condizione di allenamento a distanza, nella quale il tecnico non è presente materialmente sul bordo vasca, il rispetto di range specifici di frequenza cardiaca è l’unico metodo efficace di controllo delle intensità. Il Verity Sense, accoppiato ad uno smart watch da polso, è utile in tal senso, fornendo in tempo reale letture di frequenza cardiaca. Tutto ciò sarebbe molto più difficile da ottenere senza il supporto di un cardiofrequenzimetro.
Altro vantaggio è che terminata la sessione di allenamento, i dati di frequenza cardiaca possono essere scaricati ed inviati tramite Polar Flow al nostro allenatore. Questo permette di essere seguiti in modo adeguato anche distanza, dato che il tecnico potrà monitorare l’andamento dell’allenamento anche se non presente materialmente.

Vantaggi per un allenatore

I vantaggi che un allenatore di nuoto può trarre dall’uso assiduo del Polar Verity Sense sono molteplici. Eccone alcuni:

  • i) registrando quotidianamente i dati per un macrociclo di allenamento è possibile monitorare le variazioni del carico di lavoro interno. Questo obiettivo è raggiungibile facilmente elaborando i dati raccolti con applicazioni come Polar Flow Coach e/o Trainingpeaks;
  • ii) la funzione di registrazione consente lo studio a posteriori dell’andamento della frequenza cardiaca durante le serie allenanti (figura 3). Questa analisi permette al tecnico:
    • di valutare se la serie proposta raggiunge o supera le finalità metaboliche che si era preposto;
    • di valutare se l’atleta ha nuotato in modo corretto la serie allenante raggiungendo l’obiettivo metabolico prefissato;
    • di stimare il carico interno della singola serie allenante;
  • iii) ripetendo serie di controllo a distanza di tempo, il tecnico può valutare eventuali differenze nell’andamento della frequenza cardiaca. Queste osservazioni, rafforzate da misure di velocità e concentrazioni ematiche di lattato, possono fornire informazioni importanti sullo stato di forma dell’atleta;
  • iv) sfruttando la funzione di registrazione ed invio, combinata con l’applicazione Polar Team, l’allenatore può monitorare in tempo reale l’andamento della frequenza cardiaca di più atleti.
Esempio di uno studio sull variazione della frequenza cardiaca in durante una serie allanante di nuoto
Figura 3. Studio dell’andamento della frequenza cardiaca di una nuotatrice di 13 anni durante una serie allenante in potenza aerobica, inserita in un programma di allenamento di 5500 m

Conclusioni

Valutando il compromesso tra facilità di utilizzo e qualità dei dati forniti, possiamo affermare che, attualmente, il Polar Verity Sense è il cardiofrequenzimetro di elezione per il monitoraggio dell’allenamento del nuoto. Unico limite un aumento dell’errore nel range 61% ÷ 70% della massima frequenza cardiaca che rimane comunque accettabile [12].
Il fatto di poter essere indossato nella zona delle tempie, per il nuoto è un assoluto vantaggio e fa sì che:

  • i) le letture non risentano di artefatti legati ai movimenti del corpo;
  • ii) il sensore, posto sotto la cuffia da nuoto, abbia un contatto limitato con l’acqua clorata;
  • iii) il nuotatore sia completamente libero nei movimenti;
  • iv) si evitino irritazioni della pelle;
  • v) si goda di una maggiore facilità di utilizzo e gestione.

Il costo relativamente moderato del sensore fa si che esso sia facilmente accessibile per tutti in nuotatori qualunque sia il loro livello.
Con lo sviluppo del Verity Sense la Polar ha colmato una grande lacuna, rendendo possibile per tutti i nuotatori, indipendentemente dal loro livello, il monitoraggio accurato dell’allenamento in vasca e in acque libere. Il sensore è disponibile su Amazon, con spedizione gratuita e consegna in 24/48 ore al link: https://amzn.to/3admSae

Referenze

1. Seiler KS, Kjerland GO. Quantifying training intensity distribution in elite endurance athletes: is there evidence for an “optimal” distribution? Scand J Med Sci Sports. 2006; 16(1): 49–56; https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1600-0838.2004.00418.x

2. Achten J, Jeukendrup AE. Heart rate monitoring: Applications and limitations. Sports Med 2003; 33: 517–538; https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12762827/

3. Schneider C, Hanakam F, Wiewelhove T, Döweling A, Kellmann M, Meyer T, Pfeiffer M, Ferrauti A. Heart rate monitoring in team sports: a conceptual framework for contextualizing heart rate measures for training and recovery prescription. Front Physiol 2018; 9: 639; https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5990631/

4. Engstro¨m N, Ottosson E, Wohlfart B, Grundstro¨m N, Wisen A. Comparison of heart rate measured by Polar RS400 and ECG, validity and repeatability. Adv Physiother. 2012; 14(3): 115–22; https://www.tandfonline.com/doi/full/10.3109/14038196.2012.694118?scroll=top&needAccess=true

5. Polar Research and Technology, Polar H10 Hert Rate Sensor System. White paper 2014 Nov 11; https://www.polar.com/en/science/whitepapers/h10-heart-rate-sensor-white-paper

6. Schafer A, Vagedes J. How accurate is pulse rate variability as an estimate of heart rate variability? A review on studies comparing photoplethysmographic technology with an electrocardiogram. Int J Cardiol. 2013 Jun 5; 166(1): 15–29; https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22809539/

7. Spierer DK, Rosen Z, Litman LL, Fujii K. Validation of photoplethysmography as a method to detect heart rate during rest and exercise. J Med Eng Technol. 2015; 39: 264–271; https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26112379/

8. Gorny AW, Liew SJ, Tan CS, Müller-Riemenschneider F. Fitbit charge hr wireless heart rate monitor: Validation study conducted under free-living conditions. JMIR Mhealth Uhealth 2017; 5: e157; https://mhealth.jmir.org/2017/10/e157/

9. Gillinov S, Etiwy M, Wang R, Blackburn G, Phelan D, Gillinov AM, Houghtaling P, Javadikasgari H, Desai MY. Variable accuracy of wearable heart rate monitors during aerobic exercise. Med Sci Sports Exerc. 2017; 49: 1697–1703; https://journals.lww.com/acsm-msse/Fulltext/2017/08000/Variable_Accuracy_of_Wearable_Heart_Rate_Monitors.22.aspx

10. Delgado-Gonzalo R, Parak J, Tarniceriu A, Renevey P, Bertschi M, Korhonen I. Evaluation of accuracy and reliability of PulseOn optical heart rate monitoring device. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2015; 2015: 430–433; https://www.researchgate.net/publication/280698078_Evaluation_of_Accuracy_and_Reliability_of_PulseOn_Optical_Heart_Rate_Monitoring_Device

11. Schubert MM, Clark A, De La Rosa AB. The Polar ® OH1 Optical Heart Rate Sensor is Valid during Moderate-Vigorous Exercise. Sports Med Int Open. 2018 Jun 17;2(3):E67-E70; https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30539120/

12. Hettiarachchi IT, Hanoun S, Nahavandi D, Nahavandi S. Validation of Polar OH1 optical heart rate sensor for moderate and high intensity physical activities. PLoS One. 2019 May 23;14(5):e0217288; https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31120968/

13. Hermand E, Cassirame J, Ennequin G, Hue O. Validation of a Photoplethysmographic Heart Rate Monitor: Polar OH1. Int J Sports Med. 2019 Jul;40(7):462-467; https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31189190/

14. Olstad BH, Zinner C. Validation of the Polar OH1 and M600 optical heart rate sensors during front crawl swim training. PLoS One. 2020 Apr 16;15(4):e0231522; https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32298322/

15. Olstad BH, Bjørlykke V, Olstad DS. Maximal Heart Rate for Swimmers. Sports (Basel). 2019 Nov 12;7(11):235; https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6915385/

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