Determinação De Gasto Energético Por Actigrafia Em Contexto Ocupacional
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Determinação de gasto energético por actigrafia em contexto ocupacional Tese apresentada como parte dos requisitos para obtenção do título de Doutor em Segurança e Saúde Ocupacionais André Duarte Lucena Orientadora: Joana Cristina Cardoso Guedes Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto - FEUP Coorientadores: Mário Augusto Pires Vaz Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto - FEUP Luiz Bueno da Silva Departamento de Engenharia de Produção da Universidade Federal da Paraíba – DEP/UFPB 2019 Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Rua Dr. Roberto Frias, s/n 4200-465 Porto PORTUGAL VoIP/SIP: [email protected] ISN: 3599*654 Telefone: +351 22 508 14 00 Fax: +351 22 508 14 40 URL:www.fe.up.pt Correio Electrónico:feup@ fe.up.pt iii Presidente do Juri Doutora Olivia Maria de Castro Pinho. Professora Catedrática da Faculdade de Ciências da Nutrição e Alimentação da Universidade do Porto. Vogais Doutor Nelson Bruno Martins Marques Costa, Professor Auxiliar da Escola de Engenharia da Universidade do Minho (Arguente) Doutor Manuel Rubim Silva Santos, Professor Coordenador da Escola Superior de Saúde do Instituto Politécnico do Porto (Arguente) Doutor João Manuel Abreu dos Santos Baptista, Professor Associado com Agregação da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Doutora Joana Cristina Cardoso Guedes, Professora Auxiliar Convidada da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (Orientadora) v “O trabalho é humano, mas o humano não é só trabalho. Mede- se o trabalho, mas o trabalho não mede o homem.” André Duarte Lucena vii Agradecimentos A Deus, por entender e crer que dEle, por Ele e para Ele são todas as coisas. A Hadassa, minha amada esposa, companheira de todas as horas, parceira acadêmica, principal incentivadora e inspiração para viver e prosseguir. A meus pais Walter e Fátima, primeiros mestres, exemplos de professores, incentivadores e patrocinadores dessa vivência. A meu irmão e também professor Adri, minha cunhada Larissa e meu sobrinho Pedro a quem amo, por quem sou amado e que torcem por mim. Aos demais familiares que toleraram a ausência, incentivaram e torceram pelo sucesso. Aos amigos de perto e de longe, por tantas vezes essenciais. À professora Doutora Joana Guedes pelo privilégio dessa parceria. Aos professores e colaboradores da FEUP, em especial aos professores Doutor João dos Santos Baptista, Doutor Mario Vaz e a Mestre Raquel Martins que contribuíram mais efetivamente nessa vivência. Ao professor Doutor Luiz Bueno, por aceitar a coorientação deste trabalho pelo que muito me honra; ao Mestre Erivaldo Lopes que além de colega de curso e profissão é excelente pesquisador; a Mestre Denisse Bustos, aos Engenheiros Weslley Cunha e Ittalo Santos pela parceria e suporte técnico-científico. Ao Labiomep por concessão de equipamentos para a componente experimental. A todos os que direta ou indiretamente contribuíram de alguma forma para a concretização deste ciclo, declaro minha gratidão. ix RESUMO Existem vários métodos de estimativa de gasto energético humano, sendo os mais comuns e mais precisos baseados na quantidade de calor perdido. O uso de actigrafia para o cálculo de gasto energético, é uma alternativa que tem apontado vantagens práticas em relação a outros métodos. Todavia, também apresenta oportunidades de melhoria. O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de um sistema de determinação de gasto energético por integração de actigrafia com outros parâmetros para aplicação em situações ocupacionais. Para tal, desenvolveu-se uma componente teórica com revisões de literatura para identificar as principais características das práticas de determinação de gasto energético por actigrafia; um experimento laboratorial com medições com 50 pessoas durante a execução de 15 atividades diversas, variando as posturas e o nível de atividade; e desenvolveu-se a modelação do gasto energético por dois métodos diferentes cujos resultados foram comparados com os resultados da replicação de outros métodos e de um método padrão recomendado em norma. Assim, foi possível propor um sistema de determinação do gasto energético para situações ocupacionais. O sistema considerou a integração de duas componentes: a medição das variáveis escolhidas com base no que aponta a literatura; e o algoritmo para converter essas variáveis em valores de gasto energético. Como resultado principal apresenta-se um sistema com variáveis relacionadas às pessoas e variáveis relacionadas ao movimento. Os instrumentos necessários são actígrafos, medidor de frequência cardíaca, analisador de composição corporal e questionários. O tratamento dos dados no sistema se dá por um modelo desenvolvido por um algoritmo de floresta aleatória. O erro médio dos dados do modelo em relação aos dados medidos foi de -0,0003409, o coeficiente de determinação R² = 0,9918, desvio padrão = 0,201179. Portanto, é possível e viável o desenvolvimento de um sistema para determinação do gasto energético para situações ocupacionais com erro comparável aos métodos da norma. Palavras-chave: Gasto energético, actigrafia, contexto ocupacional. xi ABSTRACT There are several methods to estimate human energy expenditure, being the most common and accurate based in the amount of heat lost. The use of actigraphy to calculate energy expenditure is an alternative that has shown practical advantages compared to other methods. Nevertheless, it also presents opportunities for improvement. The main goal of the work is the development of a system to measure energy expenditure by integrating actigraphy with other parameters to be used in occupational context. To this propose, was developed a theoretical component composed by reviews to identify the main practical features of energy expenditure determination by actigraphy; a laboratory experiment measuring 50 people while doing a 15 activities protocol, varying postures and activities intensity, two different methods to estimate energy expenditure in occupational situations were developed and the results were compared with other methods and a standard. The proposed system considers the integration of two components: the choosen variables measure based on the literature; and the algorithm to convert those variables in energy expenditure. As results is presented a system with variables related to people and variables related to movement. The necessary instruments are actigraphers, heart rate monitor, body composition analyzer and questionnaires. The treatment of the data in the system is given by a model developed by a random forest algorithm. The mean error of the model data refered to the measured data is -0.0003409, determination coefficient R² = 0.9918 and a standard deviation of 0.201179. Therefore, was possible and feasible to develop a system to determine the energy expenditure for occupational situations with comparable error to standard methods. Keywords: Energy expenditure, actigraphy, occupational context. xiii ÍNDICE INTRODUÇÃO GERAL ................................................................................................................ 1 PARTE 1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E CONTEXTUALIZAÇÃO DO TEMA ............ 5 A. ASPETOS HISTÓRICOS SOBRE ENERGIA HUMANA, MÉTODOS DE ESTIMATIVA E ESTUDOS DO TRABALHO............................................................................ 7 i) Uma perspetiva da evolução histórica do conceito de energia humana ................................... 7 ii) Evolução dos conceitos modernos de energia humana e dos métodos de mensuração ............ 9 iii) Evolução de dispositivos de mensuração de atividade humana ............................................. 10 iv) Energia humana e a evolução dos estudos do trabalho .......................................................... 12 B. TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA NO CORPO HUMANO ......................................... 17 C. METODOLOGIAS DE DETERMINAÇÃO DE GASTO ENERGÉTICO ...................... 23 D. NORMATIZAÇÃO E DETERMINAÇÃO DE GASTO ENERGÉTICO ......................... 27 PARTE 2. COMPONENTE TEÓRICA ...................................................................................... 31 1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................... 33 1.1 OBJETIVOS E HIPÓTESE DA COMPONENTE TEÓRICA .............................................. 34 Objetivo geral da componente teórica .......................................................................................... 34 Objetivos específicos da componente teórica ............................................................................... 34 Hipótese da componente Teórica ................................................................................................. 34 1.2 ASPECTOS METODOLÓGICOS ........................................................................................ 34 2 UM PANORAMA SOBRE GASTO ENERGÉTICO E ACTIGRAFIA ............................ 37 2.1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 37 2.2 CARACTERIZAÇÃO DO PROCESSO DE SELEÇÃO DOS ARTIGOS ........................... 37 2.3 RESULTADOS .................................................................................................................... 39 2.4 DISCUSSÃO ........................................................................................................................ 42 2.5 CONCLUSÕES .................................................................................................................... 45 3 EQUAÇÕES