Assessment of physical activity during commuting to school with devices in Spanish youth: state of the art, methodological approaches, and practical applications

Abstract

Introduction: The regular practice of physical activity (PA) is associated with numerous health benefits in children and adolescents. Nevertheless, in recent years there has been a worrying increase in the prevalence of physical inactivity and increased sedentary time in these populations. Thus, it is critical to implement interventions to address this situation and it has been observed that schools can play a key role in this. In particular, active commuting to and from school (ACS), such as walking or cycling, is considered an effective strategy to increase daily PA levels in the young population. However, to date, there is no standardized protocol or agreed methodology for device-measured PA related to ACS (ACS-PA). This may result in an overestimation or underestimation of ACS-PA and difficulties in comparing and interpreting studies in this topic. Aims: Therefore, this International Doctoral Thesis has a threefold aim: (i) to review and compile methodologies used to assess ACS-PA, as well as to analyze ACSPA levels by conducting a meta-analysis; (ii) to examine trip characteristics and movement behaviors (i.e., sedentary time, light physical PA [LPA], and moderate- to-vigorous PA [MVPA]) related to ACS using accelerometry and Global Positioning System (GPS) data, as well as to analyze the level of agreement between tools to identify the start and end times of the ACS; and (iii) to study the effects of a school-based cycling intervention on movement behaviors device-measured in different space-time domains (i.e., commuting to/from school, overall transportation, and total day) and other health-related outcomes in adolescents. Methods: To address these objectives seven studies were conducted: three review studies, three cross-sectional studies, and one Cluster Randomized Clinical Trial (CRCT). For two of the cross-sectional studies and the intervention study, data from the PACO project were used, which were complemented with data from the CiudActiva project. The three cross-sectional studies and the CRCT study used Actigraph GT3X+ accelerometers and a Qstarz BT-Q1000XT GPS placed on the hip of the participants for seven days for the former device, and for seven or two days for the latter device. After their combination through HABITUS software and R package PALMSplusR, detailed information was obtained on PA levels and trips characteristics to and from school, as well as sedentary time and PA levels in other space-time domains. In addition, other health-related outcomes were analyzed such as Body Mass Index, sleep duration, and breakfast composition. Statistical analyses included meta- regression for meta-analysis, mixed models, and Bland & Altman plots for cross-sectional and intervention studies. Main findings: Regarding the objective i, an overview of the methodologies used for the device-measured ACS-PA was provided, as well as practical considerations to be considered for its correct assessment. In addition, a meta-analysis was carried out which indicated that ACS could provide up to 48% of the PA recommendations during school days. Regarding the objective ii, through the combination of accelerometry and GPS data, this Thesis observed that depending on the trip direction, PA levels and trip characteristics varied, and in addition, those adolescents who walked to and/or from school showed a lower association with sedentary time and higher levels of PA in other space-time domains compared to those adolescents who used other modes of commuting. Moreover, it showed that self-reported measures had a high level of agreement for establishing the start and end times of walking trips to/from school compared to GPS. Finally, in the objective iii, the present Thesis observed no significant differences post school-based cycling intervention between intervention and control groups in sedentary time and PA levels in different space-time domains measured all with accelerometry and GPS. Nor were differences found in other health-related outcomes. Conclusion: The results of this International Doctoral Thesis provided an overview of the methodologies used for device-measured ACS-PA and offer practical considerations for assessing when, where, and how much PA is related to ACS. In addition, the meta-analysis study concludes that ACS can help complete up to 48% of school-day PA recommendations. Moreover, after the application of the practical recommendations, it is shown that the benefits of PA differ according to the trip direction, where adolescents who walked to and/or from school showed less sedentary time and higher PA levels associated with other space-time domains compared to those who used multimodal or motorized-vehicle modes. Moreover, similarities and differences between the methodologies to report ACS-PA related to identifying the start and end times of walking trips to/ from school were highlighted. Finally, no significant differences were obtained in sedentary time and PA levels in different space-time domains or in other health- related outcomes after a school-based cycling intervention between the intervention and control groups, thus future interventions should improve methodological aspect of the intervention to obtain the expected improvements.

Introducción: La práctica regular de actividad física (AF) se asocia a numerosos beneficios para la salud en niños y adolescentes. Sin embargo, en los últimos años se ha observado un preocupante aumento de la prevalencia de inactividad física y aumento del tiempo de sedentarismo en estas poblaciones. Por ello, es fundamental llevar a cabo intervenciones para hacer frente a esta situación y se ha observado que los centros educativos pueden desempeñar un papel clave en este sentido. En particular, los desplazamientos activos hacia y desde el centro educativo (DACE), como andar o ir en bicicleta, se consideran una estrategia eficaz para aumentar los niveles diarios de AF en la población joven. Sin embargo, hasta la fecha, no existe un protocolo estandarizado o una metodología común para medir la AF relacionada con el DACE (AF-DACE). Esto puede dar lugar a una sobreestimación o subestimación de la AF-DACE dificultando la comparación e interpretación de los estudios sobre este tema. Objetivos: Esta Tesis Doctoral Internacional tiene un triple objetivo: (i) revisar y recopilar las metodologías utilizadas para evaluar la AF-DACE, así como analizar los niveles de AF-DACE mediante la realización de un meta-análisis; (ii) examinar las características de los desplazamientos y los comportamientos de movimiento (es decir, tiempo sedentario, AF física ligera [AFL] y AF moderada a vigorosa [AFMV]) relacionados con el DACE utilizando acelerometría y datos de Sistema de Posicionamiento Global (GPS), así como analizar el nivel de acuerdo entre las herramientas para identificar las horas de inicio y finalización del DACE; y (iii) estudiar los efectos de una interobjetivos se realizaron siete estudios: tres estudios de revisión, tres estudios transversales y un Ensayo Clínico Aleatorizado por Conglomerados (ECAC). Para dos de los estudios transversales y el estudio de intervención se utilizaron datos del proyecto PACO, que se complementaron con datos del proyecto CiudActiva. Los tres estudios transversales y el estudio ECAC utilizaron acelerómetros Actigraph GT3X+ y un GPS Qstarz BT-Q1000XT colocados en la cadera de los participantes durante siete días para el primer dispositivo, y durante siete o dos días para el segundo dispositivo. Tras su combinación mediante el software HABITUS y el paquete R PALMSplusR, se obtuvo información detallada sobre los niveles de AF y las características de los desplazamientos hacia y desde el centro educativo, así como el tiempo de sedentarismo y los niveles de AF en otros contextos. Además, se analizaron otros resultados relacionados con la salud, como el índice de masa corporal, la duración del sueño y la composición del desayuno. Los análisis estadísticos incluyeron meta regresión para el metaanálisis, modelos mixtos y gráficos de Bland & Altman para los estudios transversales y de intervención. Resultados principales: En relación con el objetivo i, se proporcionó una visión general de las metodologías utilizadas para el AF-DACE medido con dispositivos, así como consideraciones prácticas para tener en cuenta para su correcta evaluación. Además, se realizó un metaanálisis que indicó que el DACE podría proporcionar hasta el 48% de las recomendaciones de AF durante los días lectivos. En cuanto al objetivo ii, a través de la combinación de datos de acelerometría y GPS, esta Tesis observó que, dependiendo de la dirección del desplazamiento, los niveles de AF y las características de los desplazamientos variaban, y además, aquellos adolescentes que se desplazaban andando hacia y desde el centro educativo mostraban una menor asociación con el tiempo de sedentarismo y mayores niveles de AF en otros contextos en comparación con aquellos adolescentes que utilizaban modos de desplazamiento multimodales o vehículos motorizados. Por otra parte, se demostró que las medidas auto-reportadas tenían un alto nivel de acuerdo para establecer las horas de inicio y finalización de los desplazamientos andando hacia/desde el centro educativo en comparación con el GPS. Finalmente, en el objetivo iii, la presente Tesis no observó diferencias significativas tras la intervención de bicicleta en el centro educativo entre los grupos de intervención y control en el tiempo sedentario y los niveles de AF en diferentes contextos medidos todos ellos con acelerometría y GPS. Tampoco se encontraron diferencias en otras variables relacionadas con la salud. Conclusiones: Los resultados de esta Tesis Doctoral Internacional proporcionaron una visión general de las metodologías utilizadas para el AF-DACE medido con dispositivos y ofrecen consideraciones prácticas para evaluar cuándo, dónde y cuánta AF está relacionada con el DACE. Además, el estudio de metaanálisis concluye que el DACE puede ayudar a completar hasta el 48% de las recomendaciones de AF durante el día escolar. Por otra parte, tras la aplicación de las recomendaciones prácticas, se demuestra que los beneficios de la AF difieren según la dirección del desplazamiento, donde los adolescentes que andaban hacia y/o desde el centro educativo mostraron menos tiempo sedentario y mayores niveles de AF asociados a otros contextos en comparación con los que utilizaron modos multimodales o vehículos motorizados. Además, se destacaron las similitudes y diferencias entre las metodologías para identificar las horas de inicio y finalización de los desplazamientos a andando hacia/desde el centro educativo. Por último, no se obtuvieron diferencias significativas en el tiempo de sedentarismo y los niveles de AF en diferentes contextos o en otros resultados relacionados con la salud tras una intervención de bicicleta en el centro educativo entre los grupos de intervención y de control, por lo que futuras intervenciones deberían mejorar aspectos metodológicos de la intervención para obtenerlas mejoras esperadas.