Schulbasiertes HIIT und Dosis-Wirkungs-Effekte (PEER-HEART)

I. Hintergrund: Die Prävalenz von Übergewicht und Adipositas ist in der Literatur gut dokumentiert. Dies gilt sowohl für Erwachsene als auch für ältere Menschen, zunehmend aber auch für Kinder und schulpflichtige Jugendliche. Ähnlich wie beim Fettgewebe nimmt der Anteil junger Menschen mit erhöhtem Blutdruck stetig zu. Darüber hinaus lässt die körperliche Leistungsfähigkeit von Kindern und Jugendlichen immer mehr nach. Alle diese Merkmale dienen als Indikatoren für die allgemeine Gesundheit, definiert als gesundheitsbezogene Fitness (HRF). Die Messungen stellen das Gesundheitspotenzial dar, das Heranwachsende ins Erwachsenenalter mitbringen, was eng mit ihrem effizienten Funktionieren im Familien- und Berufsleben zusammenhängt.

Im Kampf gegen Zivilisationskrankheiten im Jugendalter geht der Trend immer häufiger zu intensiven, kurzfristigen Anstrengungen. Beweise aus zahlreichen Studien bestätigen die Wirksamkeit von hochintensivem Intervalltraining (HIIT) bei der Reduzierung des Körpergewichts, der Verbesserung des Body-Mass-Index (BMI), der Reduzierung des Körperfetts und der Senkung des Ruheblutdrucks. Aufgrund der Zurückhaltung von Kindern und Jugendlichen, sich in der Freizeit körperlich zu betätigen, wird HIIT zunehmend systemisch im Sportunterricht eingesetzt, um eine breite körperliche Betätigung der Schüler zu gewährleisten.

Ein anderes Problem ist die mangelnde Reaktion einiger Personen auf körperliche Betätigung (sogenannte Non-Responder). Es gibt nur wenige Studien, die versuchen, die optimale Trainingsdosis zu finden, um bei möglichst vielen Teilnehmern, idealerweise bei allen Teilnehmern, eine Reaktion hervorzurufen (Dosis-Wirkungs-Beziehung). Die Wirksamkeit des Trainings basierend auf der Trainingsdauer und den Ruheintervallen, der Art der Übungen (Ausdauer, Widerstand usw.) und der Trainingsintensität ist jedoch noch unbekannt.

II. Ziele des Forschungsprojekts

Daher sind die Ziele dieser Forschung zweierlei:

1. Untersuchung der Wirksamkeit verschiedener Formen kurzzeitiger, intensiver Intervallübungen zur Reduzierung des Körperfetts und des Ruheblutdrucks sowie zur Verbesserung der aeroben und anaeroben körperlichen Ausdauer;
2. nach der Identifizierung von Non-Respondern und der Anwendung von Dosis-Wirkungsverfahren, um Modifikationen des Standard-HIIT-Programms zu entwickeln und die Wirksamkeit dieser Modifikationen bei der Herbeiführung der oben genannten positiven Veränderungen zu überprüfen.

Hypothese 1. Das hochintensive Interventionstraining, das systematisch während regelmäßiger körperlicher Aktivitätsstunden geübt wird, wirkt sich auf die Körperzusammensetzung aus, reduziert das Körperfett (durch erhöhte Fettoxidationsprozesse bei sehr intensiven Übungen) und verbessert das Verhältnis von Fett zu Muskelmasse. Bei den Teilnehmern der Versuchsgruppe mit erhöhtem Blutdruck werden Blutdruckverbesserungen beobachtet, die mit mehreren physiologischen Herz-Kreislauf-Reaktionen verbunden sind. Drittens verbessert intensives körperliches Kurzzeitintervalltraining die kardiorespiratorische Fitness.

Hypothese 2. Es gibt eine Häufigkeit von Teilnehmern, die keine unterschiedlichen Ergebnisse aus dem Interventionsprogramm erzielen.

Hypothese 3. Programme der HIIT-Intervention, die individuell auf nicht reagierende Personen zugeschnitten sind und verschiedene Determinanten umfassen, führen zu den erwarteten Veränderungen der oben genannten Ergebnisse.

III. Forschungsdesign und Arbeitsplan Dieses Projekt ist längsschnittlich und für zwei Studienjahre geplant. Beide Jahre, sogenannte Zyklen, sind Cluster-randomisierte Studien (mit anderen Worten: gruppenrandomisierte Studien, bei denen Forschungsteilnehmer nicht einzeln, sondern als Gruppe einer Intervention zugewiesen werden).

Jeder Studienzyklus besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil (genannt Common-HIIT) besteht aus zwei Armen: experimentell und kontrolliert, während der zweite Teil (genannt Dosis-Wirkung) vier Arme hat: zwei experimentell und zwei kontrollierend.

Zur Klassifizierung der Klassen in Experimental- und Kontrollklassen wird eine einfache, ersatzlose Zufallsstichprobe verwendet. Der Stichprobenrahmen ist die Liste der Klassen mit schulspezifischen Kennungen (z. B. 1a, 1b, 2a usw.). Der Randomisierungsprozess wird von den Forschern dieser Studie unter Verwendung einer spezifischen Bibliothek in R-Sprache durchgeführt.

Das Projekt umfasst zwei Arten von Schülergruppen: experimentelle (EG) – etwa 4 Klassen in jeder Schule und Kontrollgruppe (CG) – etwa 4 Klassen in jeder Schule. Im Common-HIIT-Teil führt EG körperliche Trainingsinterventionen durch, während CG nur an typischen Sportstunden teilnimmt. Im Dosis-Wirkungs-Teil werden Non-Responder (identifiziert als Personen, die im ersten Teil keine Wirkung erzielen) nach dem Zufallsprinzip (das gleiche Verfahren wie im ersten Teil) in eine Versuchsgruppe (NRs-E) und eine Kontrollgruppe (NRs-E) eingeteilt. C), während die Responder (identifiziert als Personen, die im ersten Teil die Wirkung erzielen) ebenfalls nach dem Zufallsprinzip (das gleiche Verfahren wie im ersten Teil) in eine Versuchsgruppe (Rs-E) und eine Kontrollgruppe (Rs-C) eingeteilt werden.

Im Common-HIIT-Teil werden alle Teilnehmer im Rahmen von Präinterventions-, Postinterventions- und Folgemessungen untersucht. Im Dosis-Wirkungs-Teil werden sie hingegen zweimal untersucht: die Dosis-Wirkungs-Intervention vor und nach der Intervention.

IV. Forschungsmethodik IV.1 Subjektmerkmale. Die Stichprobengröße wurde auf der Grundlage von Pilotstudien mit G*Power v. 3.1 berechnet, was zu einer Mindeststichprobengröße von 310 Personen führte (mit einer Abbrecherquote von 5 %). An der Studie nehmen Schüler der ersten und vierten Klasse teil, die jeweils im ersten und zweiten Zyklus an Projekten beteiligt sind. Für die Studie wurden zwei Gymnasien in der Stadt Breslau ausgewählt. Die Teilnehmer werden in Geschlechtergruppen eingeteilt, was den Regeln der Schule entspricht.

IV.2. Interventionsverfahren. Das Design nutzte ein paralleles Gruppenstudienschema (2 Schulen) mit drei Wiederholungen. In jeder Schule wird eine andere Form der Intervention implementiert, die im Allgemeinen auf den Prinzipien des HIIT-Programms basiert. In einer Schule ist eine klassische Variante geplant, während in der anderen Schule eine Variante mit plyometrischem Mechanismus geplant ist.

Das Projekt nutzt eine intensive intermittierende Übungsintervention. In einer Schule ist ein Standardprogramm geplant, in der anderen eine Modifikation mit einer plyometrischen Übungsform. Das gewählte hochintensive Intervallprogramm ist aufgrund seiner einfachen Durchführung und kurzen Zeitspanne im schulischen Umfeld sehr nützlich. Es lässt sich leicht in den Unterricht integrieren, ohne den Unterrichtsfluss und die Erfüllung der Lehrplanaufgaben des Lehrers stark zu beeinträchtigen. Bei der Intervention werden 8 Serien von 20-sekündigen Übungen und eine 10-sekündige Pause durchgeführt.

Die Gesamtdauer beträgt 4 Minuten. Der Schlüssel liegt darin, die Übung mit einer Intensität von 90–100 % der maximalen Anstrengung durchzuführen. Die kurze Dauer und die Möglichkeit, verschiedene Übungsformen zu nutzen, macht es nach Meinung der Teilnehmer attraktiv und wirkt sich positiv auf die Trainingsmotivation aus. Im ersten Teil der Studie wird unabhängig von den in beiden Schulen umgesetzten Übungsformen ein Standard-HIIT-Interventionsprogramm verwendet. Dem Interventionsteil geht ein standardmäßiges 10-minütiges Aufwärmen vor der Sitzung voraus. Anschließend beginnen die Teilnehmer mit dem Hauptprogramm und führen eine intensive Arbeit von 20 Sekunden und einer Pause von 10 Sekunden durch. In den ersten vier Wochen werden sie zwischen vier und sechs Serien aufführen, mit dem Ziel, in den folgenden vier Wochen einen vollständigen Zyklus von acht Serien zu absolvieren. Nachdem alle Serien eines bestimmten Zyklus abgeschlossen wurden, gibt es eine 5-minütige Ruhezeit. Der Lehrer geht dann zu den geplanten Unterrichtsaufgaben über, die sich aus dem Kernlehrplan ergeben.

Das Erreichen der richtigen Trainingsintensität ist ein entscheidender Faktor bei HIIT-Interventionen. Da die Intervention jedoch in einem schulischen Umfeld stattfinden wird, wurde davon ausgegangen, dass die Teilnehmer während des gesamten 8-Wochen-Zeitraums eine Anstrengung von mindestens 80 % HRmax aufrechterhalten würden. Die Herzfrequenz wird mit Polar Verity Sense-Armbändern gemessen. Der Lehrer steuert die Leistung des Schülers in Echtzeit und motiviert ihn, wenn die Intensität abnimmt.

Im zweiten Teil der Forschung werden Interventionsmodifikationen eingeführt, die die Reizdosen der Programme verändern. Die Einzelheiten der Gestaltung dieser Modifikationen werden aus den Ergebnissen des ersten Teils der Forschung abgeleitet. Im Folgenden werden die Anteile der Arbeits- und Ruhepausen sowie die Struktur und/oder Form der Übungen geändert. Nicht reagierende Personen (die auf die Übung im ersten Teil nicht mit einer Senkung ihres Körperfetts und/oder Blutdrucks und/oder einer Verbesserung ihrer körperlichen Leistungsfähigkeit reagiert haben) und diejenigen, die über einen Zeitraum von 8 Wochen keine Wirkung zeigen, werden betroffen sein Untergruppen zugeordnet, in denen sie entsprechend einer entsprechenden Modifikation ausgebildet werden. an Untergruppen, in denen die Ausbildung entsprechend angepasst wird.

Herzfrequenzwerte, die eine Zeitreihe bilden, werden in der Anwendung gespeichert und am Ende des Projekts in eine Datenbank exportiert. Diese Ergebnisse werden mit den Mess- und Befragungsdaten zusammengeführt und für detaillierte Analysen genutzt.

IV. 3. Messungen. Geplant sind Messungen in drei Bereichen: morphologische, kardiovaskuläre und körperliche Leistungsfähigkeit. Es werden Messungen grundlegender morphologischer Merkmale durchgeführt. Die Körpergröße wird mit einem Anthropometer mit einer Genauigkeit von 0,1 cm (GPM Anthropological Instruments) gemessen. Das Körpergewicht wird mit einer elektronischen Waage (Gerät zur Körperzusammensetzung) mit einer Genauigkeit von 0,1 kg gemessen. Die Körperzusammensetzung wird ebenfalls gemessen. Das Gerät zur Körperanalyse verwendet die Methode der bioelektrischen Impedanz. Gemessen werden Fettmasse, Muskelmasse und Wasser. Auf der Grundlage der gemessenen morphologischen Merkmale und der Körperzusammensetzung werden folgende Indikatoren berechnet: relative Körpermasse (BMI), relative Fettmasse (FMI), relative Muskelmasse (SMI) und Muskel-Fett-Verhältnis (MMI), Muskel-Fett-Verhältnis Verhältnis (MFR).

Hämodynamische Merkmale des Blutkreislaufs werden durch Ruhemessungen des systolischen und diastolischen Blutdrucks und der Herzfrequenz bestimmt. Zum Einsatz kommt ein elektronisches Oberarm-Blutdruckmessgerät. Zur Messung der aeroben und anaeroben körperlichen Leistungsfähigkeit sind Bevölkerungstests (bzw. ein mehrstufiger Pendellauf, der sogenannte Beep-Test) vorgesehen.

Die Messungen werden durch die Erhebung von Befragungsdaten ergänzt. Diese Daten werden die Begleitvariablen in den detaillierten, vertiefenden Analysen sein. Folgende Erhebungen sind geplant: die wirtschaftliche und soziale Situation der Familien der Schülerinnen und Schüler (FAS-Skala), körperliche Aktivität (IPAQ-Langformfragebogen) und Häufigkeit der Nahrungsaufnahme (KomPAN-Fragebogen). Darüber hinaus füllen die Studierenden nach jeder Unterrichtseinheit Fragebögen mit der subjektiven Ermüdungsgefühlsskala (RPE) und der Unterrichtsattraktivitätsskala (PACES) aus.

V. Statistische Analyse Verteilungen der gesammelten Daten werden ausgewertet. Abhängig von der Art der Verteilung kommen parametrische und nichtparametrische Methoden zum Einsatz. In multivariaten explorativen Verfahren werden Daten, die die Bedingung der Normalverteilung nicht erfüllen, transformiert und skaliert. Es werden Vergleiche zwischen mehreren Gruppen mit wiederholten Messungen (MANOVA/ANOVA gemischter Effekte), Untersuchung von Korrelationen (Regressionsanalyse in gemischten Modellen), Untersuchung von Ähnlichkeiten (Clusteranalysen) und gleichzeitigem Auftreten (Korrespondenzanalysen) vorausgesetzt.

Für Dosis-Wirkungs-Beziehungsanalysen ist der Einsatz der einfachen linearen Regression, der polynomialen Regression (Polynom 2. und 3. Grades) sowie verschiedener Mehrfachvergleichsverfahren (Familie der Mehrfachvergleichsverfahren) vorgesehen.

Die Berechnung wird in der R-Umgebung [43] und anderer Statistiksoftware durchgeführt.