СПОСОБ ПОДБОРА ИНТЕНСИВНОСТИ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗОК У ПОДРОСТКОВ С ОЖИРЕНИЕМ Российский патент 2025 года по МПК A61B5/00 A61B5/91 A61B5/93 A61H1/00 A63B21/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области медицины, а именно к педиатрии, эндокринологии, медицинской реабилитации и может быть использовано в клинической практике для определения интенсивности физических нагрузок у подростков с ожирением, при которой достигается максимально эффективное сжигание жиров.

Уровень техники

Детское ожирение приводит к раннему развитию сопутствующих метаболических нарушений, ассоциированных заболеваний (неалкогольная жировая болезнь печени, нарушения углеводного и жирового обмена, артериальная гипертензия, синдром обструктивного апноэ сна и др) и имеет устойчивый трекинг во взрослую жизнь [Singh AS, Mulder С, Twisk JWR et al. Tracking of childhood overweight into adulthood: a systematic review of the literature. Obes Rev 2008; 9:474-88. DOI: 10.1111/J.1467-789X.2008.00475.x].

Гиподинамия вносит существенный вклад в развитие ожирения, а регулярная физическая активность является обязательной составляющей мероприятий по модификации образа жизни. Для подростков с ожирением также характерно снижение толерантности к физическим нагрузкам (ФН), что необходимо учитывать при планировании и контроле нагрузок во время занятий физической культурой и спортом [Aires L, Silva Р, Silva G, et al. Intensity of physical activity, cardiorespiratory fitness, and body mass index in youth. J Phys Act Health. 2010 Jan;7(1):54-9. doi: 10.1123/jpah.7.1.54.].

Согласно глобальным рекомендациям Всемирной организации здравоохранения всем детям и подросткам с ожирением в возрасте от 6 до 18 лет необходимы ежедневные ФН умеренной и высокой интенсивности в общей сложности не менее 60 минут. Причем ФН высокой интенсивности необходимо включать в обязательный час ежедневной физической активности и выполнять не менее трех раз в неделю [Всемирная организация здравоохранения. Глобальные рекомендации по физической активности для здоровья, 2010 г. Москва. 60 с. ISBN: 978 92 4 459997 6.].

Однако данные рекомендации не учитывают индивидуальные особенности энергетического обмена ребенка с ожирением, его исходный уровень физической подготовки и тренированности.

Для повышения эффективности физических нагрузок в программах по снижению веса у детей с ожирением необходимо добиться максимального использования жиров в качестве энергетического субстрата для осуществления физической активности.

Известно, что ФН легкой и умеренной интенсивности предпочтительны для лиц с ожирением, так как они хорошо переносятся пациентами и сопровождаются максимальной скоростью окисления жиров (СОЖ) [Huffman К. М., Koves Т. R., Hubal М. J., Abouassi Н., Beri N., Bateman L. A., et al. (2014). Metabolite signatures of exercise training in human skeletal muscle relate to mitochondrial remodelling and cardiometabolic fitness. Diabetologia 57 (11), 2282-2295. doi:10.1007/s00125-014-3343-4]

Известен способ подбора интенсивности физических нагрузок, с целью тренировок в зоне максимально эффективного жиросжигания. Оценка интенсивности ФН проводят по степени прироста частоты сердечных сокращений (ЧСС) на фоне нагрузки [Riebe R, Ehrman JK, Liguori G, et al In: ACSM's Guidelines for Exercise Testing and Prescription. 10th Ed. Wolters Kluwer/Lippincott Williams & Wilkins; 2018: 143-179.] Зона 1 - очень легкие ФН, характеризуются значением ЧСС не более 50% от ее максимальных значений (ЧСС мах) с учетом возраста. Зона 2 - легкие ФН, характеризуется диапазоном ЧСС в интервале от 50 до 64% от ЧСС мах. Зона 3 - ФН умеренной интенсивности, характеризуется диапазоном ЧСС в интервале от 64 до 77% от ЧСС мах. Зоны 4 и 5 - интенсивные и высокоинтенсивные ФН, характеризуется диапазоном ЧСС в интервале от 77 до 95% и от 95 до 100% от ЧСС мах, соответственно. Однако на практике чаще проводится измерение частоты пульса, которое отождествляется с ЧСС для удобства. У пациентов с ожирением для определения интенсивности тренировки, необходимой для максимального сжигания жиров предпочтительно использовать именно частоту пульса (а не значение максимального потребления кислорода (МПК)), в связи с меньшей вариабельностью данного показателя и удобством практического использования [Chavez-Guevara, I.A., Amaro-Gahete, F.J., Ramos-Jimenez, A. et al. Toward Exercise Guidelines for Optimizing Fat Oxidation During Exercise in Obesity: A Systematic Review and Meta-Regression. Sports Med 53, 2399-2416 (2023). https://doi.org/10.1007/s40279-023-01897-y].

К недостатку данного способа относится низкая точность при определении пульсовых зон с максимальным липолитическим окислительным потенциалом у подростков с ожирением в связи со смещением максимальной скорости окисления жиров в диапазон ФН низкой интенсивности (от 32 до 56% максимальной ЧСС) [Zunquin Lazzer S, Lafortuna С, Busti С et al. Fat oxidation rate during and after a low- or high- intensity exercise in severely obese Caucasian adolescents. Eur J Appl Physiol 108(2):383-391. Eur J Appl Physiol. 2010Jan;108(2):383-91. doi: 10.1007/s00421-009-1234-z.].

Известны способы определения максимальной скорости окисления жиров при проведении различных вариантов нагрузочного тестирования с газоанализом, различия между которыми состоят в типе используемого оборудования (велоэргометр или тредмил), типе нагрузочного протокола (непрерывные одноступенчатые; многоступенчатые с возрастающей мощностью нагрузки и паузами отдыха между ступенями (прерывистые); ступенчатые непрерывно-возрастающие; непрерывно-возрастающие типа «рэмп»), длительности нагрузочной ступени (от 1 до 10 минут), наличию разминки и величине разового увеличения мощности (от 10 до 50 Вт) [Amaro-Gahete FJ, Sanchez-Delgado G, Jurado-Fasoli L, et al. Assessment of maximal fat oxidation during exercise: A systematic review. Scand J Med Sci Sports. 2019 Jul; 29(7):910-921. doi: 10.1111/sms.13424]

Однако при ожирении у детей точность оценки максимальной СОЖ при использовании различных вариантов нагрузочного тестирования существенно варьирует, что обусловлено снижением толерантности к физическим нагрузками, степенью ожирения, наличием ассоциированных с ожирением заболеваний, а также исходным уровнем повседневной двигательной активности ребенка. Структура протокола нагрузочного тестирования также существенно влияет на получаемые результаты. Так, длительность нагрузочной ступени менее 3 минут не дает возможности достичь устойчивого состояния исследуемых параметров газоанализа у лиц с ожирением. Разовое увеличение мощности ФН более чем на 25 Вт также повышает вариабельность параметров газоанализа [Meyer, Т., Folz, С, Rosenberger, F., & Kindermann, W. (2009). The reliability of Fatmax. Scandinavian Journal of Medicine and Science in Sports, 19, 213-221. https://doi. org/10.1111/j.1600-0838.2008.00775.x].

Наиболее близким к заявляемому является способ определения оптимальной интенсивности физических нагрузок у подростков на основе оценки СОЖ, предложенный G. Zunquin с соавт.[Zunquin G, Theunynck D, Sesboue В, et al. Comparison of fact oxidation during exercise in lean and obese pubertal boys: clinical implications. British Journal of Sports Medicine 2009;43:869-870. doi: 10.1136/bjsm.2007.044529.] Авторами предложен протокол ступенчато-возрастающего велоэргометрического тестирования без предварительной разминки. Мощность нагрузки на первой ступени составила 30 Вт с дальнейшим увеличением на 20 Вт каждые 3,5 минуты. Тест останавливался при достижении значения дыхательного коэффициента=1,0. Оценка данных газоанализа для расчета СОЖ проводился в течение последних 30 секунд каждой из ступеней теста. Данный протокол апробирован на группе 30 подростков с ожирением и нормальной массой тела в возрасте 12 лет.

Однако, отсутствие разминки и 30-ти секундный интервал сбора данных газоанализа на каждой из нагрузочных ступеней снижает точность оценки скорости окисления жира за счет повышения вариабельности исследуемых показателей. Кроме того, необходимость достижения значения дыхательного коэффициента=1,0 увеличивает общую продолжительность нагрузочного тестирования, что неудобно для клинической практики. Также важно отметить, что данный способ разработан при исследовании только мальчиков, что затрудняет его прямое экстраполирование на девочек.

Технической проблемой всех используемых в настоящее способов подбора физических нагрузок на основе оценки скорости окисления жиров у подростков с ожирением является их низкая точность и воспроизводимость, что обусловлено высокой индивидуальной вариабельностью СОЖ. Использование заявляемого способа позволяет с большей точностью оценить скорость окисления жиров при ожирении у детей и определить пульсовую зону, в которой отмечается максимальная скорость ожирения жиров.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является возможность индивидуального подбора интенсивности физической нагрузки при занятиях физической культурой у подростков от 12 до 18 лет с ожирением за счет определения пульсовой зоны, в которой достигается максимальная СОЖ.

Технический результат достигается за счет реализации способа подбора интенсивности физических нагрузок у подростков с ожирением, включающего определение диапазона частоты сердечных сокращений, соответствующего максимальной скорости окисления жиров (ЧСС сож) при проведении ступенчатого, непрерывно возрастающего велоэргометрического тестирования с газоанализом методом непрямой респираторной калориметрии по протоколу, включающему разминку с мощностью нагрузки 0 Вт и скоростью вращения педалей 60-80 оборотов в минуту, с последующим за ней ступенчатым повышением нагрузки, начиная с 30 Вт с шагом 20 Вт с длительностью каждой ступени 3 минуты до достижения значения дыхательного коэффициента >0,95 с последующим расчетом скорости окисления жиров по данным объемов потребленного кислорода и выделенного углекислого газа, полученным на последней минуте каждой из ступеней тестирования, затем для максимального полученного значения определяют среднее значение ЧСС (ЧСС сож), достигнутое на последней минуте нагрузочной ступени, далее интенсивность физических нагрузок у подростков с ожирением подбирают так, чтобы ЧСС находилась в диапазоне ЧСС сож ± 10%.

Способ позволяет определить диапазон частоты сердечных сокращений, соответствующего максимальной скорости окисления жиров (ЧСС сож) у подростков с ожирением при проведении ступенчатого, непрерывно возрастающего велоэргометрического тестирования с газоанализом.

Способ характеризуется тем, что с помощью ступенчатого, непрерывно возрастающего велоэргометрического тестирования с газоанализом определяется диапазон ЧСС, тренировки в котором позволяют повысить эффективность сжигания жиров.

Способ позволяет индивидуально оценить максимальную скорость окисления жиров и соответствующее им значение ЧСС при физических нагрузках у детей с ожирением. Введение этапа разминки в протокол тестирования позволяет более точно оценить максимальную скорость окисления жиров у пациентов с ожирением в связи со сниженной толерантностью к физическим нагрузкам. Уменьшение длительности нагрузочного тестирования за счет изменения верхнего порога ДК (>0,95) и отсутствие необходимости достижения субмаксимальных значений ЧСС повышает безопасность и удобство использования предложенного способа подбора интенсивности физических нагрузок у подростков с ожирением в клинической практике.

Осуществление изобретения

Способ осуществляют следующим образом:

Определяют возраст пациента. Проводят измерение роста и веса, затем определяют индекс массы тела (ИМТ) и его стандартное отклонение - SDS ИМТ. Ожирение диагностируется при значении SDS ИМТ ≥2,0, согласно национальным клиническим рекомендациям [Петеркова В.А., с соавт. Клинические рекомендации «Ожирение у детей». Проблемы Эндокринологии. 2021;67(5):67-83. https://doi.org/10.14341/probl12802]. У пациентов с ожирением определяют максимальную частоту пульса (ЧСС) для данного возраста по формуле:

ЧСС мах=220-возраст ребенка (в годах)

Затем измеряют артериальное давление (АД) в положении сидя и лежа. У пациента также уточняют наличие противопоказаний к проведению тестирования. Противопоказания определяет непосредственно специалист, проводящий тестирование (в день обследования). К основным противопоказаниям относятся: любое острое заболевание; повышение температуры тела; наличие патологических изменений на ЭКГ: желудочковая/суправентрикулярная экстрасистолия, нарушения проводимости, синусовая тахикардия и др. (ЭКГ проводится до проведения тестирования, не позже чем за 14 дней), повышение АД >95 перцентиля кривой распределения АД в популяции для соответствующего возраста, пола и роста [ДИАГНОСТИКА, ЛЕЧЕНИЕ И ПРОФИЛАКТИКА АРТЕРИАЛЬНОЙ ГИПЕРТЕНЗИИ У ДЕТЕЙ И ПОДРОСТКОВ. Российские рекомендации (второй пересмотр). Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2009;(4S1):3-32. https://doi.org/10.15829/1728-8800-2009-4S1-3-32]. У пациентов с выявленным ожирением и без противопоказаний проводят газоанализ для определения уровня ЧСС, при которой достигается максимальная скорость окисления жиров. Исследование необходимо проводить утром натощак или не ранее чем через 4 часа после приема пищи. Газоанализ осуществляют методом непрямой респираторной калориметрии с помощью стационарный или портативных метаболографов, имеющих датчики кислорода и углекислого газа [Mellecker RR, McManus AM. Measurement of resting energy expenditure in healthy children. J Parenter Enteral Nutr. 2009; 33(6): 640-645. DOI: https://doi.org/10.1177/0148607109343608]. Перед проведением тестирования осуществляют подготовка оборудования.

Метаболограф должен быть включен для прогрева (не менее 5 минут). По истечении указанного срока необходимо провести газовую калибровку датчика «поток-объем» и газовую калибровку. Калибровка датчика «поток-объем» проводится ежедневно. Для этого датчик присоединяют к калибровочному шприцу и после запуска программы осуществляют нагнетательные движения шприцом, пока программа не подаст сигнал об успешной калибровке. Далее выполняют газовую калибровка при помощи калибровочного баллона. Необходимо подсоединить трубку отбора газа к калибровочному баллону и запустить калибровку. Рекомендовано проводить калибровку по газам утром, ежедневно, однократно для получения точных результатов тестирования.

После калибровки пациенту проводят ступенчато-возрастающее велоэргометрическое тестирование с газоанализом. Для проведения велоэргометрии используется вертикальный велоэргометр (например, Corival, Lode (Нидерланды) или Cardioline xr 100 (Италия)). Перед началом тестирования пациенту кратко описывают методику проведения исследования с газоанализом, правила поведения во время тестирования и технику безопасности.

После регулировки уровня подъема сидения и руля велоэргометра в соответствии с ростом пациента необходимо закрепить нагрудный пульсометр на грудной клетке пациента в проекции мечевидного отростка. Многоразовая дыхательная маска после определения индивидуального размера при помощи специальной «шапочки» закрепляется на лице пациента. Для определения правильного закрепления маски необходимо попросить испытуемого вдохнуть, после чего закрыть рукой входное отверстие маски и попросить выдохнуть. В результате воздух не должен выходить за ее пределы. Неправильно закрепленная маска является причиной некорректных измерений в ходе тестирования. Также необходимо сообщить пациенту, что недопустимо разговаривать во время исследования. Далее необходимо присоединить переходник маски с датчиком «поток-объем» метаболографа для последующего проведения газоанализа. Протокол тестирования представлен в таблице 1.

В течение первых 3 минут проводится разминка (мощность нагрузки 0 Вт, скорость вращения педалей 60-80 оборотов в минуту), с последующим после нее ступенчатым повышением мощности ФН до достижения дыхательного коэффициента (ДК) значения 0,95 (рассчитывается программным обеспечением метаболографом в ходе проведения тестирования). Дыхательный коэффициент определяется как соотношение количества выделенного углекислого газа (VCO2) к потребляемому кислороду (V02). Включение разминки в протокол тестирования связано с тем, что у подростков с ожирением часто отмечается снижение толерантности к физической нагрузке и максимальная скорость окисления жира регистрируется уже на этапе разминки. Согласно полученным авторами клиническим данным, максимальные значения СОЖ при проведении тестирования до значений дыхательного коэффициента >0,95 и >1,0 оказались сопоставимыми, что позволяет сократить время проведения тестирования.

Далее проводят ступенчатое, непрерывно возрастающее нагрузочное тестирование, включающее 6 нагрузочных ступеней. Мощность нагрузки на первой ступени составляет 30 Вт, с дальнейшим повышением до 50, 70, 90, 110, 130 Вт. Длительность каждой нагрузочной ступени составляет 3 минуты, что необходимо для достижения стабилизации регистрируемых показателей газоанализа. Скорость вращения педалей при проведении тестирования - 60-80 оборотов в минуту. Тестирование проводят до достижения значения ДК >0,95.

Персонал, осуществлявший нагрузочное тестирование должен внимательно наблюдать за исследуемыми и при появлении каких-либо симптомов, являющихся индикаторами прекращения теста по медицинским показаниям, тестирование должно быть прекращено. К клиническим показаниям относятся симптомы со стороны центральной нервной системы (головокружение, бледность, тошнота и др.); отказ пациента от продолжения тестирования; невозможность удержания пациентом скорость педалирования; достижение значений ЧСС >85% от максимальной для данного возраста. К техническим - неполадки в газоаналитической системе, пульсометре.

В течение 3 минут после окончания нагрузки пациент продолжает крутить педали без нагрузки с произвольной скоростью вращения педалей.

После завершения тестирования осуществляю анализ данных, интерпретацию его результатов. Интерпретация результатов тестирования включает следующие этапы:

1. Расчет скорости окисления жиров проводится по данным VO2 (объема потребленного кислорода) и VCO2 (выделенного углекислого газа), полученным на последней минуте каждой из ступеней тестирования по формуле [Ре'rez-Martin А, Dumortier М, Raynaud Е, et al. Balance of substrate oxidation during submaximal exercise in lean and obese people. Diabetes Metab. 2001;27(4 Pt 1):466-74]:

Скорость окисления жиров (г/мин)=(1,69*VO2)-(1,69*VCO2)/1440;

2. Определяют значение пульса, при котором регистрируется максимальная СОЖ в ходе нагрузочного тестирования (ЧСС сож). Оно соответствует среднему значению пульса, достигнутому на последней минуте нагрузочной ступени, на которой зафиксирована максимальная СОЖ.

3. Определяют пульсовую зону с максимальным жиросжигающим эффектом: ЧСС сож ± 10%.

Полученные пульсовые зоны в дальнейшем используется для подбора интенсивности физических нагрузок у подростков от 12 до 18 лет с ожирением. Пациенту рекомендуются занятия физической культурой или спортом в определенном по результатам тестирования пульсовом диапазоне (ЧСС сож ±10%). Контроль соблюдения рекомендуемой интенсивности физической нагрузки проводится с помощью мониторирования пульса с использованием нагрудных или запястных пульсометров.

Клинические примеры:

Пример 1. Пациент А. 14 лет. Рост 167,5 см, вес 79,3 кг, SDS ИМТ +2,5. У пациента диагностировано ожирение. Максимальная частота пульса для подростка по формуле составляет:

220-14=206 в минуту.

При проведении ступенчато-возрастающего велоэргометрического тестирования с газоанализом получены следующие показатели (таблица 2; данные, полученные в течение последней минуты каждой из нагрузочных ступеней тестирования)

СОЖ разминка=(1,69*687,8)-(1,69*587,7)/1440=0,12 г/мин;

Пульс разминка=95 ударов в минуту (46% от ЧСС мах);

ДК разминка=0,85;

СОЖ 1=(1,69*687,8)-(1,69*587,7)/1440=0,1 г/мин;

Пульс 1=104 ударов в минуту (50,5% от ЧСС мах);

ДК 1=0,91;

СОЖ 2=(1,69*1120,6)-(1,69*1115,8)/1440=0,005 г/мин;

Пульс 2=112 ударов в минуту (54,3% от ЧСС мах);

ДК 2=0,99.

Максимальная скорость окисления жиров у пациента зарегистрирована при значениях пульса (ЧСС сож) 95 ударов в минуту, что соответствует 46% от максимальной для данного возраста. Оптимальная пульсовая зона для тренировок в режиме максимального сжигания жиров, рекомендованная пациенту составляет от 85 до 105 ударов в минуту. При значениях пульса более 112 ударов в минуту окисление жиров прекращается.

По результатам проведенного тестирования ребенку и членам семьи даются рекомендации о необходимости мониторирования пульса (с использованием нагрудных или запястных пульсометров) при занятиях физической культурой и спортом и осуществлении физических нагрузок в пульсовом диапазоне от 85 до 105 ударов в минуту, независимо от выбранного вида спорта или физической активности.

Наибольшая СОЖ была отмечена на этапе разминки. Таким образом, при использовании стандартных пульсовых зон для планирования физической активности у данного подростка с ожирением эффективность сжигания жиров в течение тренировки была бы значительно ниже.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет более точно определить пульсовую зону у детей с ожирением, при которой регистрируется максимальная скорость окисления жира. Использование данного подхода при планировании, коррекции и контроле физических нагрузок позволит повысить интенсивность сжигания жиров в ходе тренировок и в целом будет способствовать повышению эффективность терапевтических программ по снижению веса у детей с ожирением.

Изобретение относится к области медицины, а именно к педиатрии, эндокринологии, медицинской реабилитации и может быть использовано для определения интенсивности физических нагрузок у подростков с ожирением, при которой достигается максимально эффективное сжигание жиров. Проводят определение диапазона частоты сердечных сокращений, соответствующего максимальной скорости окисления жиров (ЧСС сож). При проведении ступенчатого, непрерывно возрастающего велоэргометрического тестирования с газоанализом методом непрямой респираторной калориметрии по протоколу, включающему разминку с мощностью нагрузки 0 Вт и скоростью вращения педалей 60-80 оборотов в минуту. Затем следует за ней ступенчатое повышение нагрузки. Повышение нагрузки начинают с 30 Вт с шагом 20 Вт с длительностью каждой ступени 3 минуты до достижения значения дыхательного коэффициента >0,95. Далее рассчитывают скорость окисления жиров по данным объемов потребленного кислорода и выделенного углекислого газа, полученным на последней минуте каждой из ступеней тестирования. Затем для максимального полученного значения определяют среднее значение ЧСС (ЧСС сож), достигнутое на последней минуте нагрузочной ступени. Далее интенсивность физических нагрузок у подростков с ожирением подбирают так, чтобы ЧСС находилась в диапазоне ЧСС сож ± 10%. Способ обеспечивает возможность индивидуального подбора интенсивности физической нагрузки при занятиях физической культурой у подростков от 12 до 18 лет с ожирением за счет определения пульсовой зоны, в которой достигается максимальная СОЖ. 2 табл.

Способ подбора интенсивности физических нагрузок у подростков с ожирением, включающий определение диапазона частоты сердечных сокращений, соответствующего максимальной скорости окисления жиров (ЧСС сож) при проведении ступенчатого, возрастающего велоэргометрического тестирования с газоанализом методом непрямой респираторной калориметрии по протоколу, включающему разминку с мощностью нагрузки 0 Вт и скоростью вращения педалей 60-80 оборотов в минуту, с последующим за ней ступенчатым повышением нагрузки, при этом проводят 6 нагрузочных ступеней с мощностью нагрузки на первой ступени 30 Вт, с дальнейшим повышением до 50, 70, 90, 110, 130 Вт, при этом тестирование проводят до достижения значения дыхательного коэффициента >0,95, затем рассчитывают скорость окисления жиров на последней минуте каждой из нагрузочных ступеней:

Скорость окисления жиров, г/мин = (1,69 * VO2 - 1,69 * VCO2)/1440,

где VO2 - объем потребленного кислорода,

VCO2 - объем выделенного углекислого газа,

затем ЧСС при максимально полученном значении скорости окисления жиров определяют как ЧСС сож, далее интенсивность физических нагрузок у подростков с ожирением подбирают так, чтобы ЧСС находилась в диапазоне ЧСС сож ± 10%.