Školní HIIT a účinky závislosti na dávce (PEER-HEART)

I. Pozadí Prevalence nadváhy a obezity je v literatuře dobře zdokumentována. Týká se to jak dospělých, tak seniorů, ale stále častěji i dětí a mládeže školního věku. Podobně jako u tukové tkáně se neustále zvyšuje procento mladých jedinců se zvýšeným krevním tlakem. Děti a dospívající navíc neustále snižují svoji fyzickou výkonnost. Všechny tyto charakteristiky slouží jako ukazatele celkového zdraví, definovaného jako zdraví související s kondicí (HRF). Měření představuje zdravotní potenciál, který si adolescenti přinášejí do dospělosti, což úzce souvisí s jejich efektivním fungováním v rodinném i profesním životě.

V boji proti civilizačním chorobám v období dospívání narůstá trend intenzivního krátkodobého úsilí. Důkazy z mnoha studií potvrzují účinnost vysoce intenzivního intervalového tréninku (HIIT) při snižování tělesné hmotnosti, zlepšování indexu tělesné hmotnosti (BMI), snižování tělesného tuku a snižování klidového krevního tlaku. Vzhledem k neochotě dětí a dospívajících věnovat se pohybovým aktivitám ve volném čase dochází stále častěji k systémové implementaci HIIT do hodin tělesné výchovy k zajištění plošného pohybového cvičení mezi žáky.

Samostatnou otázkou je nedostatečná reakce na cvičení u některých jedinců (tzv. non-responders). Existuje jen málo studií, které se pokoušejí najít optimální cvičební dávku k vyvolání reakce u co největšího počtu účastníků, ideálně u všech účastníků (vztah dávka-odpověď). Účinnost tréninku na základě délky cvičení a intervalů odpočinku, typu cvičení (vytrvalost, odpor atd.) a intenzity cvičení však stále není známa.

II. Cíle výzkumného projektu

Proto jsou cíle tohoto výzkumu dvojí:

1. zkoumat účinnost různých forem krátkodobého, intenzivního intervalového cvičení při snižování tělesného tuku a klidovém krevním tlaku, jakož i zlepšování aerobní a anaerobní fyzické odolnosti;
2. po identifikaci non-responders a aplikaci postupů dávka-odpověď vyvinout modifikace standardního HIIT programu a ověřit účinnost těchto modifikací při navození výše uvedených pozitivních změn.

Hypotéza 1. Vysoce intenzivní intervenční trénink, systematicky procvičovaný při pravidelných lekcích fyzické aktivity, ovlivní složení těla snížením tělesného tuku (prostřednictvím zvýšených procesů oxidace tuku z velmi intenzivních cvičení) a zlepší proporce tuku ke svalové hmotě. U účastníků experimentální skupiny se zvýšeným krevním tlakem bude pozorováno zlepšení krevního tlaku, což souvisí s několika fyziologickými kardiovaskulárními reakcemi. Za třetí, intenzivní fyzický krátkodobý intervalový trénink zlepší kardiorespirační zdatnost.

Hypotéza 2. Existuje frekvence účastníků, kteří nezískají jiné výsledky z intervenčního programu.

Hypotéza 3. Programy intervence HIIT, individuálně šité na míru nereagujícím osobám, včetně různých determinant, vyvolávají očekávané změny ve výše uvedených výsledcích.

III. Návrh výzkumu a plán práce Tento projekt je dlouhodobý, plánovaný na dva roky studia. Oba roky, nazývané cykly, jsou Cluster Randomized Trials (jinými slovy - Group-Randomized Trials, kde účastníci výzkumu nejsou přidělováni k intervenci samostatně, ale jako skupina.

Každý cyklus studia má dvě části. První část (nazývaná Common-HIIT) má dvě větve: experimentální a kontrolní, zatímco druhá část (nazývaná Dose-Response) má čtyři větve: dvě experimentální a dvě kontrolní.

Jednoduchý náhodný výběr bez náhrady se používá ke klasifikaci tříd jako experimentální a kontrolní. Vzorkovací rámec je seznam tříd s identifikátory specifickými pro každou školu (např. 1a, lb, 2a atd.). Randomizační proces provádějí řešitelé této studie pomocí specifické knihovny v jazyce R.

Projekt zahrnuje dva typy skupin studentů: experimentální (EG) – cca 4 třídy v každé škole a kontrolní (CG) – cca 4 třídy v každé škole. V části Common-HIIT provádí EG intervence fyzického tréninku, zatímco CG se účastní pouze typických lekcí tělesné výchovy. V části dávka-odpověď budou nereagující osoby (identifikované jako osoby, které během první části nedostanou účinky) náhodně (stejným postupem jako v první části) rozděleny do experimentální skupiny (NRs-E) a kontrolní skupiny (NRs- C), přičemž respondenti (označení jako osoby, které získají účinky během první části) budou rovněž náhodně (stejným postupem jako v první části) rozděleny do experimentální (Rs-E) a kontrolní (Rs-C) skupiny.

V části Common-HIIT jsou všichni účastníci vyšetřeni během předintervenčních, postintervenčních a následných měření. Zatímco v části Dose-Response jsou zkoumány dvakrát: předintervenční a postintervenční intervence dávka-odpověď.

IV. Metodika výzkumu IV.1 Charakteristika předmětu. Velikost vzorku byla vypočtena na základě pilotních studií s použitím G*Power v. 3.1, což vedlo k minimální velikosti vzorku 310 jedinců (s 5% rezervou pro vynechání). Do studia se zapojují studenti prvního a čtvrtého ročníku, kteří jsou zapojeni do projektu v prvním a druhém cyklu. Pro studium byly vybrány dvě střední školy ve městě Wrocław. Účastníci jsou rozděleni do skupin podle pohlaví, což souvisí s pravidly školy.

IV.2. Intervenční postupy. Při návrhu bylo použito schéma paralelní skupinové studie (2 školy) se třemi opakováními. V každé škole bude realizována jiná forma intervence založená obecně na principech programu HIIT. V jedné škole je plánována klasická varianta, ve druhé varianta využívající plyometrický mechanismus.

Projekt využívá intenzivní intermitentní pohybovou intervenci. V jedné škole je plánován standardní program, ve druhé modifikace zahrnující plyometrickou formu cvičení. Zvolený vysoce intenzivní intervalový program je velmi užitečný ve školním prostředí díky jednoduchosti implementace a krátké době. Lze jej snadno implementovat do vyučovací hodiny, aniž by silně zasahoval do plynulosti vyučovací hodiny a plnění kurikulárních úkolů učitele. V intervenci se provádí 8 sérií 20sekundových cviků a 10sekundový odpočinek.

Celková doba trvání je 4 minuty. Klíčem je provádět cvičení s intenzitou 90%-100% maximálního úsilí. Krátká doba trvání a možnost využití různých forem cvičení jej činí atraktivním podle názoru účastníků a má pozitivní vliv na motivaci ke cvičení. V první části studie bude bez ohledu na formy cvičení realizované na obou školách využit standardní intervenční program HIIT. Intervenční části bude předcházet standardní 10minutové rozcvičení před sezením. Účastníci se poté pustí do hlavního programu a provedou intenzivní práci v délce 20 sekund a 10 sekundový interval odpočinku. V prvních čtyřech týdnech absolvují čtyři až šest sérií s cílem udělat celý cyklus osmi sérií v následujících čtyřech týdnech. Po dokončení všech sérií v daném cyklu následuje 5minutový odpočinek. Učitel poté přejde k plánovaným úkolům hodiny odvozeným ze základního učiva.

Dosažení správné intenzity cvičení je kritickým faktorem u intervencí typu HIIT. Avšak vzhledem k tomu, že intervence bude probíhat ve školním prostředí, předpokládalo se, že účastníci udrží úsilí alespoň 80 % HRmax po dobu 8 týdnů. Srdeční frekvence bude měřena pomocí náramků Polar Verity Sense. Učitel má kontrolu v reálném čase a motivuje studentovo úsilí, jak intenzita klesá.

V druhé části výzkumu budou představeny intervenční modifikace, které mění stimulační dávky programů. Detaily návrhu těchto úprav budou odvozeny z výsledků získaných z první části výzkumu. Dále budou upraveny poměry přestávek na práci a odpočinek, struktura a/nebo forma cvičení. Nereagující jedinci (kteří nereagovali na cvičení v první části snížením tělesného tuku a/nebo krevního tlaku a/nebo zlepšením své fyzické výkonnosti) a ti, kterým se nepodaří udržet účinek po dobu 8 týdnů, budou přiděleny do podskupin, ve kterých budou trénovány podle vhodné modifikace. do podskupin, kde bude trénink odpovídajícím způsobem upraven.

Hodnoty tepové frekvence tvořící časovou řadu budou uloženy v aplikaci a na konci projektu exportovány do databáze. Tyto výsledky budou porovnány s daty z měření a průzkumu a použity pro podrobné analýzy.

IV. 3. Měření. Měření jsou plánována ve třech oblastech: morfologické, kardiovaskulární a fyzické výkonnosti. Budou provedena měření základních morfologických charakteristik. Tělesná výška bude měřena pomocí antropometru s přesností 0,1 cm (GPM Anthropological Instruments). Tělesná hmotnost bude měřena na elektronické váze (zařízení pro složení těla) s přesností na 0,1 kg. Měří se také složení těla. Zařízení pro složení těla využívá metodu bioelektrické impedance. Bude měřena tuková hmota, svalová hmota a voda. Na základě naměřených morfologických charakteristik a tělesného složení jsou vypočteny ukazatele: relativní tělesná hmotnost (BMI), relativní hmotnost tuku (FMI), relativní svalová hmota (SMI) a poměr svalů k tuku (MMI), svalovina k tuku poměr (MFR).

Hemodynamické vlastnosti krevního oběhu budou stanoveny klidovým měřením systolického a diastolického krevního tlaku a srdeční frekvence. Bude použit elektronický měřič krevního tlaku v horní části paže. Pro měření aerobní a anaerobní fyzické kapacity se počítají s populačními testy (respektive víceúrovňový kyvadlový běh, tzv. beep test).

Měření bude doplněno o sběr dat z průzkumu. Tato data budou doprovodnými proměnnými v podrobných, hloubkových analýzách. Plánována jsou tato šetření: ekonomická a sociální situace rodin žáků (škála FAS), pohybová aktivita (dlouhý dotazník IPAQ) a frekvence příjmu potravy (dotazník KomPAN). Kromě toho studenti po každé vyučovací hodině vyplní dotazníky se stupnicí subjektivního pocitu únavy (RPE) a stupnicí atraktivity vyučovací hodiny (PACES).

V. Statistická analýza Bude vyhodnocena distribuce shromážděných dat. V závislosti na typu rozdělení budou aplikovány parametrické a neparametrické metody. Ve vícerozměrných exploračních postupech budou data, která nesplňují podmínku normality distribuce, transformována a škálována. Předpokládá se srovnání mezi více skupinami s opakovanými měřeními (MANOVA/ANOVA smíšených účinků), zkoumání korelací (regresní analýza ve smíšených modelech), zkoumání podobností (shlukové analýzy) a společného výskytu (korespondenční analýzy).

Pro analýzy vztahu dávka-odezva se plánuje použití jednoduché lineární regrese, polynomiální regrese (polynom 2. a 3. stupně) a různé procedury vícenásobného porovnání (skupina Multiple Comparison Procedures).

Výpočet bude proveden v prostředí R [43] a dalším statistickém softwaru.