Le moniteur de transpiration portable utilise l'apprentissage automatique pour protéger les travailleurs de la déshydratation
Un dispositif de surveillance de la transpiration et de l'hydratation basé sur une étude rigoureuse de l'Université du Massachusetts à Amherst est disponible dans le commerce pour la première fois et prêt à aider à protéger les « athlètes industriels » de la déshydratation et de son rôle dans les accidents du travail.
Des chercheurs de l'UMass Amherst se sont associés à Epicore Biosystems, une société de santé numérique basée à Cambridge, dans le Massachusetts, pour valider Connected Hydration, un nouveau moniteur portable de transpiration et d'hydratation d'Epicore.
Connected Hydration est conçu pour les « athlètes industriels » ou les personnes exerçant des professions qui nécessitent beaucoup d'activité physique intense, souvent dans des conditions chaudes et humides, tout en portant un équipement de protection individuelle. Ces environnements exposent les travailleurs à des risques de déshydratation et d’accidents du travail.
AJ Aranyosi, directeur numérique et cofondateur d'Epicore Biosystems, explique qu'une perte de liquide de 2 % par rapport au poids corporel entraîne un déclin cognitif.
“Quand on commence à parcourir la littérature, la cause première de certains de ces accidents qui surviennent dans l'industrie est l'épuisement dû à la chaleur et le coup de chaleur”, dit-il. “À l'heure actuelle, de nombreuses directives nationales sur la sécurité des travailleurs émettent des recommandations génériques basées sur les conditions météorologiques et sur une personne moyenne, [but] « Il n’existe pas de personne moyenne. La quantité de sueur produite par les gens, la composition de cette sueur, tout cela varie d’une personne à l’autre. »
C'est là qu'intervient Connected Hydration. Connected Hydration permet aux travailleurs de lutter de manière proactive contre les effets néfastes de la déshydratation et de l'exposition à la chaleur grâce à des informations comportementales et à une meilleure compréhension de leurs pertes personnelles en sueur et en électrolytes. L'appareil permet aux utilisateurs de surveiller leur niveau d'hydratation en fonction du volume et de la composition de leur sueur. Il se porte sur le biceps et contient des microcanaux et un module de détection qui vibre une fois que les canaux se remplissent de sueur pour alerter le porteur de se réhydrater.
« La soif est une chose très subjective », explique Aranyosi. « Nous savons, grâce à des décennies d’études sur les athlètes, qu’au moment où l’on ressent la soif, on est déjà quelque peu déshydraté. L’autre chose que nous savons, c’est que même lorsque les gens réagissent à la soif, ils ont tendance à ne pas boire suffisamment pour reconstituer complètement ce qu’ils ont perdu. Le simple fait de réagir à la soif ne permet pas de maintenir une bonne hydratation. »
Lorsqu'elle est reliée sans fil à un téléphone portable, la plate-forme fournit un meilleur aperçu des concentrations d'électrolytes de la sueur au fil du temps et permet aux utilisateurs d'enregistrer leur consommation d'eau. Il se connecte également au cloud pour permettre aux employeurs de consulter les données agrégées sur les employés afin de déterminer si leur personnel est hydraté en toute sécurité ou si une intervention est nécessaire.
Afin de préparer le lancement commercial de Connected Hydration, Epicore s'est tourné vers les principales installations de l'UMass Amherst Institute for Applied Life Sciences (IALS) pour obtenir les données nécessaires pour affiner et valider leur produit.
“L'étalon-or pour évaluer la perte totale d'eau corporelle consiste à mesurer la différence de poids sec d'une personne avant et après une activité”, explique Mike Busa, directeur du Center for Human Health Performance, situé à l'IALS. Il explique le niveau de rigueur avec lequel ils ont collecté leurs données afin de créer un système véritablement fermé. Cela comprenait une analyse d'urine pour tester l'état d'hydratation avant le début de l'étude, des vêtements pré-pesés, une pesée à sec des personnes portant des vêtements de poids connu avant et après l'exercice et un suivi de la consommation d'eau et de la perte d'eau par la miction pendant le test lui-même.
“Nous pouvons contrôler étroitement la température dans notre espace et surveiller les participants avec différents appareils”, explique Corinna Serviente, directrice des opérations et physiologiste principale au Center for Human Health Performance. “Nous avons mis 44 participants en équipement de protection individuelle, comme on en voit sur le terrain pour ces ouvriers industriels. Nous avons augmenté la température dans notre calorimètre ambiant à 86o F et a ensuite demandé aux participants de faire de l'exercice tout en portant plusieurs appareils mesurant la température corporelle, la fréquence cardiaque, la perte d'eau et le niveau d'activité afin que nous puissions fournir les données nécessaires à Epicore pour développer et tester ses algorithmes de perte d'eau d'une manière qui ne pourrait pas être fait lors d'essais sur le terrain.
“Quelqu'un pourrait transpirer suffisamment pour perdre peut-être une demi-livre ou un quart de livre de sueur”, ajoute Aranyosi. “Lorsque vous essayez de peser quelqu'un qui pèse 200 livres et que vous recherchez une différence d'un quart de livre, vous devez vraiment prendre en compte toutes les sources possibles de changement de poids.”
En plus d'utiliser le poids sec pour mesurer la perte de sueur, les chercheurs ont également capturé la sueur des participants à l'aide d'une version non électrique de l'appareil d'Epicore appelée Discovery Patch. L’équipe a également analysé la composition électrolytique de la sueur par spectrométrie de masse.
Les données fournies à Epicore Biosystems ont ensuite été utilisées pour créer des algorithmes d’apprentissage automatique afin d’affiner la technologie Connected Hydration.
“Nous voulons savoir : quelle quantité de sueur se trouve à l'intérieur de l'appareil et comment cela correspond-il à la quantité de sueur que la personne a perdue sur tout son corps ?” dit Aranyosi. “Nous avons commencé cette étude avec nos meilleures hypothèses initiales sur la manière de réaliser cette traduction. Grâce à cette étude, nous avons pu revenir en arrière et dériver de nouvelles formules pour pouvoir cartographier les tensions. [from the device]à la perte de sueur, à la concentration en sel et, finalement, pour pouvoir fournir des mesures et des commentaires plus précis.
Du côté de l’UMass, cette collaboration a constitué une opportunité précieuse pour les étudiants. « De nombreux efforts considérables ont été déployés par les étudiants dans le cadre de ce projet et Epicore a été formidable en aidant ces étudiants et en leur permettant d'explorer certaines données et de s'en approprier une certaine partie », déclare Serviente.
Rémi Hirsh fait partie de ces étudiants. Récemment diplômée du Département de biologie du Collège des sciences naturelles, elle a rédigé sa thèse de spécialisation en utilisant certaines des données de ce projet et l'a présentée lors de la réunion annuelle 2024 de l'American College of Sports Medicine à Boston.
Son étude a révélé que chez les jeunes adultes en bonne santé portant un équipement de protection individuelle, l'humidité relative de l'environnement n'avait pas d'impact sur l'activité métabolique, la température, la fréquence cardiaque ou la perte d'eau du corps lors d'exercices intermittents d'intensité modérée. Cependant, elle a montré des différences dans la température de la peau et la composition de la sueur entre les différentes conditions d’humidité, indiquant des domaines à explorer ultérieurement.
“Ce résultat est important car il nous a permis de combiner les données de différentes sessions de test pour les utiliser dans le développement et les tests algorithmiques”, explique Busa. “Cela suggère également que la réponse du corps à l'exercice dans différentes humidités relatives environnementales peut différer lorsque l'on porte un équipement de protection individuelle, car cet équipement n'est pas respirant et semble créer son propre micro-environnement. Cela devra être testé à l'avenir. “
