HIIT scolastico ed effetti dose-risposta (PEER-HEART)

I. Contesto La prevalenza del sovrappeso e dell'obesità è ben documentata in letteratura. Ciò vale sia per gli adulti che per gli anziani, ma sempre più anche per i bambini e i giovani in età scolare. Come per il tessuto adiposo, anche la percentuale di individui giovani con pressione arteriosa elevata è in costante aumento. Inoltre, i bambini e gli adolescenti diminuiscono costantemente la loro efficienza fisica. Tutte queste caratteristiche servono come indicatori della salute generale, definita come fitness correlato alla salute (HRF). Le misurazioni rappresentano il potenziale di salute che gli adolescenti portano in età adulta, ciò che è strettamente correlato al loro funzionamento efficiente nella vita familiare e professionale.

Nella battaglia contro le malattie legate allo stile di vita durante l’adolescenza, si registra una tendenza crescente verso l’attuazione di intensi sforzi a breve termine. Le prove provenienti da numerosi studi confermano l’efficacia dell’allenamento ad intervalli ad alta intensità (HIIT) nel ridurre il peso corporeo, migliorare l’indice di massa corporea (BMI), ridurre il grasso corporeo e abbassare la pressione sanguigna a riposo. A causa della riluttanza di bambini e adolescenti a impegnarsi in attività fisica durante il tempo libero, vi è una crescente implementazione sistemica dell’HIIT nelle lezioni di educazione fisica per garantire un esercizio fisico diffuso tra gli studenti.

Una questione separata è la mancanza di risposta all’esercizio in alcuni individui (i cosiddetti non-responder). Ci sono pochi studi che tentano di trovare la dose ottimale di esercizio per suscitare una risposta nel maggior numero possibile di partecipanti, idealmente in tutti i partecipanti (relazione dose-risposta). Tuttavia, l’efficacia dell’allenamento in base alla durata dell’esercizio e agli intervalli di riposo, al tipo di esercizi (resistenza, resistenza, ecc.) e all’intensità dell’esercizio è ancora sconosciuta.

II. Obiettivi del progetto di ricerca

Pertanto gli obiettivi di questa ricerca sono duplici:

1. studiare l'efficacia di diverse forme di esercizio a intervalli intensi e di breve durata nel ridurre il grasso corporeo e la pressione sanguigna a riposo, nonché nel migliorare la resistenza fisica aerobica e anaerobica;
2. dopo aver identificato i non-responder e applicato procedure dose-risposta, per sviluppare modifiche al programma HIIT standard e verificare l'efficacia di tali modifiche nell'indurre i suddetti cambiamenti positivi.

Ipotesi 1. L'allenamento di intervento ad alta intensità, praticato sistematicamente durante le regolari lezioni di attività fisica, influenzerà la composizione corporea riducendo il grasso corporeo (attraverso l'aumento dei processi di ossidazione dei grassi derivanti da esercizi molto intensivi) e migliorerà le proporzioni del grasso rispetto alla massa muscolare. Nei partecipanti del gruppo sperimentale con pressione sanguigna elevata si osserveranno miglioramenti della pressione sanguigna collegati a diverse reazioni fisiologiche cardiovascolari. In terzo luogo, l’allenamento fisico intensivo a intervalli brevi migliorerà la capacità cardiorespiratoria.

Ipotesi 2. Sono frequenti i partecipanti che non otterranno risultati diversi dal programma di intervento.

Ipotesi 3. I programmi dell'intervento HIIT, adattati individualmente per le persone non reattive, inclusi diversi determinanti, inducono i cambiamenti attesi nei risultati sopra menzionati.

III. Disegno della ricerca e piano di lavoro Questo progetto è longitudinale, pianificato per due anni di studio. Entrambi gli anni, chiamati cicli, sono studi randomizzati a cluster (in altre parole, studi randomizzati di gruppo, in cui i partecipanti alla ricerca non vengono assegnati all'intervento in modo indipendente, ma come gruppo.

Ogni ciclo dello studio ha due parti. La prima parte (chiamata Common-HIIT) ha due bracci: sperimentale e di controllo, mentre la seconda parte (chiamata Dose-Response) ha quattro bracci: due sperimentali e due di controllo.

Il campionamento casuale semplice senza sostituzione viene utilizzato per classificare le classi come sperimentali e di controllo. Il quadro di campionamento è l'elenco delle classi con identificatori specifici per ciascuna scuola (es. 1a, 1b, 2a ecc.). Il processo di randomizzazione viene effettuato dai ricercatori di questo studio utilizzando una libreria specifica in linguaggio R.

Il progetto coinvolge due tipi di gruppi di studenti: sperimentale (EG) - circa 4 classi in ciascuna scuola, e di controllo (CG) - circa 4 classi in ciascuna scuola. Nella parte Common-HIIT, gli EG eseguono interventi di allenamento fisico, mentre i CG prendono parte solo alle tipiche lezioni di educazione fisica. Nella parte Dose-Risposta, i non-responder (identificati come persone che non otterranno gli effetti durante la prima parte) saranno divisi in modo casuale (stessa procedura della prima parte) in gruppo sperimentale (NRs-E) e gruppo di controllo (NRs- C), mentre i rispondenti (identificati come persone che otterranno gli effetti durante la prima parte) saranno anch'essi divisi casualmente (stessa procedura come nella prima parte) in gruppo sperimentale (Rs-E) e gruppo di controllo (Rs-C).

Nella parte Common-HIIT, tutti i partecipanti vengono esaminati durante le misurazioni preintervento, postintervento e di follow-up. Mentre, nella parte Dose-Response vengono esaminati due volte: intervento dose-risposta preintervento e postintervento.

IV. Metodologia della ricerca IV.1 Caratteristiche del soggetto. La dimensione del campione è stata calcolata sulla base di studi pilota utilizzando G*Power v. 3.1, risultando in una dimensione minima del campione di 310 individui (con un margine di abbandono del 5%). Lo studio coinvolge gli studenti delle classi prime e quarte, coinvolti nei progetti rispettivamente del primo e del secondo ciclo. Per lo studio sono state selezionate due scuole superiori della città di Breslavia. I partecipanti sono separati in gruppi per sesso, ciò è legato alle regole delle scuole.

IV.2. Procedure di intervento. Il progetto ha utilizzato uno schema di studio a gruppi paralleli (2 scuole) con tre repliche. In ciascuna scuola verrà implementata una diversa forma di intervento basata generalmente sui principi del programma HIIT. In una scuola è prevista una variante classica, mentre nell'altra è prevista una variante con meccanismo pliometrico.

Il progetto utilizza un intervento di esercizi intensivi intermittenti. In una scuola è previsto un programma standard, nell'altra una modifica che prevede una forma di esercizio pliometrica. Il programma ad intervalli ad alta intensità scelto è molto utile in ambito scolastico grazie alla sua semplicità di implementazione e ai tempi brevi. Può essere facilmente implementato in una lezione senza interferire fortemente con lo svolgimento della lezione e con l'adempimento dei compiti curriculari dell'insegnante. Nell'intervento vengono eseguite 8 serie di esercizi da 20 secondi e un riposo di 10 secondi.

La durata totale è di 4 minuti. La chiave è eseguire l'esercizio con un'intensità pari al 90%-100% dello sforzo massimo. La breve durata e la possibilità di utilizzare diverse forme di esercizio lo rendono attraente secondo l'opinione dei partecipanti e ha un effetto positivo sulla motivazione all'esercizio. Nella prima parte dello studio, indipendentemente dalle forme di esercizio implementate in entrambe le scuole, verrà utilizzato un programma di intervento HIIT standard. La parte di intervento sarà preceduta da un riscaldamento pre-sessione standard di 10 minuti. I partecipanti inizieranno quindi il programma principale ed eseguiranno un lavoro intenso della durata di 20 secondi e un intervallo di riposo di 10 secondi. Nelle prime quattro settimane si esibiranno dalle quattro alle sei serie, con l'obiettivo di fare un ciclo completo di otto serie nelle quattro settimane successive. Dopo che tutte le serie di un dato ciclo sono state completate, ci sarà un periodo di riposo di 5 minuti. L'insegnante passerà quindi ai compiti didattici pianificati derivati ​​dal curriculum principale.

Raggiungere la corretta intensità di esercizio è un fattore critico negli interventi di tipo HIIT. Tuttavia, dato che l’intervento avrà luogo in ambito scolastico, si è ipotizzato che i partecipanti mantenessero uno sforzo pari ad almeno l’80% della FCmax, per tutto il periodo di 8 settimane. La frequenza cardiaca verrà misurata con i braccialetti Polar Verity Sense. L'insegnante controlla in tempo reale e motiva lo sforzo dello studente man mano che l'intensità diminuisce.

Nella seconda parte della ricerca verranno introdotte modifiche di intervento che cambino le dosi di stimolo dei programmi. I dettagli della progettazione di queste modifiche deriveranno dai risultati ottenuti dalla prima parte della ricerca. Di seguito verranno modificate le proporzioni delle pause di lavoro e di riposo, la struttura e/o la forma degli esercizi. Gli individui non responsivi (che non hanno risposto all'esercizio nella prima parte riducendo il grasso corporeo e/o la pressione sanguigna e/o migliorando le prestazioni fisiche) e coloro che non riescono a mantenere l'effetto per un periodo di 8 settimane verranno assegnati a sottogruppi in cui verranno formati secondo un'apposita modifica. ai sottogruppi in cui la formazione verrà modificata di conseguenza.

I valori della frequenza cardiaca che formano una serie temporale verranno archiviati nell'applicazione ed esportati in un database alla fine del progetto. Questi risultati verranno confrontati con le misurazioni e i dati del sondaggio e utilizzati per analisi dettagliate.

IV. 3. Misurazioni. Le misurazioni sono previste in tre aree: morfologica, cardiovascolare e prestazione fisica. Verranno effettuate misurazioni delle caratteristiche morfologiche di base. L'altezza corporea sarà misurata utilizzando un antropometro con una precisione di 0,1 cm (GPM Anthropological Instruments). Il peso corporeo sarà misurato su una bilancia elettronica (dispositivo per la composizione corporea) con una precisione di 0,1 kg. Verrà misurata anche la composizione corporea. Il dispositivo per la composizione corporea utilizza il metodo dell'impedenza bioelettrica. Verranno misurate la massa grassa, la massa muscolare e l'acqua. Sulla base delle caratteristiche morfologiche misurate e della composizione corporea, vengono calcolati gli indicatori: massa corporea relativa (BMI), massa grassa relativa (FMI), massa muscolare relativa (SMI) e rapporto muscolo-grasso (MMI), muscolo-grasso rapporto (MFR).

Le caratteristiche emodinamiche della circolazione sanguigna saranno determinate mediante misurazioni a riposo della pressione arteriosa sistolica e diastolica e della frequenza cardiaca. Verrà utilizzato un misuratore elettronico della pressione arteriosa del braccio. Per la misurazione della capacità fisica aerobica e anaerobica sono previsti test di popolazione (rispettivamente una corsa navetta su più livelli, il cosiddetto beep test.

Le misurazioni saranno integrate dalla raccolta di dati di rilievo. Questi dati saranno le variabili di accompagnamento nelle analisi dettagliate e approfondite. Sono previste le seguenti indagini: situazione economica e sociale delle famiglie degli alunni (scala FAS), attività fisica (questionario IPAQ long form) e frequenza di consumo alimentare (questionario KomPAN). Inoltre, dopo ogni unità di lezione, gli studenti completeranno questionari con la scala della sensazione soggettiva di fatica (RPE) e la scala dell'attrattiva della lezione (PACES).

V. Analisi statistica Verrà valutata la distribuzione dei dati raccolti. A seconda del tipo di distribuzione verranno applicati metodi parametrici e non parametrici. Nelle procedure esplorative multivariate, i dati che non soddisfano la condizione di normalità della distribuzione verranno trasformati e ridimensionati. Si presuppone il confronto tra più gruppi con misure ripetute (MANOVA/ANOVA di effetti misti), l'esame delle correlazioni (analisi di regressione in modelli misti), l'esame delle somiglianze (analisi dei cluster) e della co-occorrenza (analisi delle corrispondenze).

Per le analisi della relazione dose-risposta, si prevede di utilizzare la regressione lineare semplice, la regressione polinomiale (polinomio di 2° e 3° grado) e varie procedure di confronto multiplo (famiglia delle procedure di confronto multiplo).

Il calcolo sarà effettuato in ambiente R [43] e altri software statistici.