Една от приоритетните области на научните изследвания в съвременната спортна медицина е търсенето на високоинформативни, неинвазивни методи за изследване влиянието на стреса върху сърдечната честота. Известно е, че стресът е универсален адаптивен отговор, който предизвиква промени във функционирането на всички системи за контрол на тялото. Като адаптивен отговор, стресът често е придружен от редица негативни промени, които могат да се превърнат в рискови фактори или дори да предизвикат функционални нарушения и заболявания. Един от широко прилаганите методи за изследване на биоелектричната активност на сърцето е електрокардиограмата (ЕКГ) и важен диагностичен параметър, който може да се определи от ЕКГ е вариабилността на сърдечната честота (ВСЧ), отчитащ разликата между последователните удари на сърцето. ВСЧ може да бъде полезен инструмент за изследване влиянието на стреса върху сърдечната честота на спортисти по време на тренировки.
В настоящото проектно предложение ще бъде извършена цялостна оценка на изследванията относно връзката между ВСЧ и следните два вида стресови състояния:
За да се изследва влиянието на стреса върху човешкото тяло ще се използват холтерни устройства с помощта на които ще се регистрират ЕКГ и ще се определят RR интервалните серии, на базата на които ще се извърши математически анализ чрез прилагането на линейни и нелинейни методи. Линейните методи извършват анализ на ВСЧ във времевата и честотната област. Тези методи са стандартизирани и се знаят референтните стойности. Нелинейните методи за анализ и оценка на ВСЧ са потенциално обещаващи инструменти, но в момента те се използват в ограничена степен, тъй като не са стандартизирани, а се намират в процес на активни изследвания. Според препоръките на Европейското кардиологично и Северо-Американското електрофизиологично дружества, изследването на приложимостта на линейните и нелинейните математически методи за анализ на ВСЧ са едни от най-важните приоритетни области, свързани с кардиологичното здраве, което потвърждава актуалността на този вид изследвания. Методите на нелинейната динамика, базирани на фракталната, мултифракталната и уейвлет теорията, все по-често се използват в процеса на информационен анализ на ЕКГ сигнали поради факта, че те дават възможност за проследяване динамиката на сърдечната честота. Тези методи допълват линейните методи, които извършват анализ във времевата и честотната област.
Прилагането на математическите методи при анализа на ВСЧ ще помогне на спортистите и техните треньори при определяне на оптималните тренировъчни натоварвания, които да доведат до подобряване на спортните резултати. Наблюдението на ВСЧ ще помогне също и за откриване на остра и хронична умора, както и за подобряване на физическата форма на спортиста и неговата устойчивост на стрес. По този начин ще се даде възможност за оптимизиране тренировките на спортистите.
Последните научно-изследователски данни показват, че стресовите състояния в реалния живот причиняват повишаване на симпатиковата активност, дял от автономната нервна система, и по този начин се увеличава сърдечната честота, което довежда до намаляване на ВСЧ. Колкото по-висока е ВСЧ, толкова сърцето на човек по-добре се адаптира към физически (причинен от тренировка) или емоционален (причинен от екстремна игра ) стрес.
Изследването на процесите, протичащи в човешкото тяло под стрес е актуална и значима задача, която може да бъде решена чрез прилагане на нов математически подход за анализ и оценка на ВСЧ. Предлаганото проектно предложение е актуално и значимо поради изложените по-горе мотиви, както и поради следните два факта:
Тези обстоятелства правят настоящото проектно предложение оригинално и иновативно не само поради научния си характер, но и поради областта на приложение на резултатите от изследването.
Основната цел на проектното предложение е да бъдат проведени фундаментални изследвания чрез предлагане на нов математически подход за анализ и оценка на влиянието на стреса върху сърдечната честота. Ще бъдат изследвани два вида стрес: симулирани и реални. Симулираните стресови ситуации ще бъдат осъществени чрез 3D екстремна игра, а реалните ще бъдат генерирани при спортни тренировки и фитнес. ЕКГ данните, получени при въздействието на двата вида стрес, ще бъдат анализирани и оценени чрез прилагане на математически методи: линейни (във времевата и честотната област) и на нелинейни методи на базата на фракталната и уейвлет теория. Ще бъдат разработени специализирани математически алгоритми, които ще бъдат в основата на приложен софтуер в помощ на медицински специалисти, спортисти, треньори и др.
За реализацията на основната цел ще бъдат изпълнени следните специфични цели:
Първата специфична цел на проекта е моделиране на 3D екстремна игра и избор на подходящи техники за нейното реализиране. Алгоритмизиране и създаване на играта, чрез прилагането на два вида системи: без „потапяне“ и с „потапяне“. Степента на екстремност на играта ще може да се контролира от потребителя. Ще бъде извършен сравнителен анализ на симулираните стресови състояния чрез прилагането на двата вида системи (без „потапяне“ и с „потапяне“) по отношение на промяната на ВСЧ. Получените резултати ще бъдат популяризирани посредством научни публикации.
Втората специфична цел на проекта е провеждане на сравнителен анализ на използваните математически методи от гледна точка на тяхната информативност – възможността за изобразяване на резултатите от изследванията на ВСЧ не само чрез аналитични, но и чрез графични способи, чрез които да се получат нови теоретични знания, научни резултати и изследователски подходи към решаване на проблема за анализ и оценка на кардиологична информация, получена при стресови ситуации. Получените обобщени научни резултати ще се популяризират посредством научни публикации.
Третата специфична цел на проекта е изследване ВСЧ по време на тренировки, както и по време на почивките на професионални спортисти или на любители спортисти, за да се оцени тренировъчното натоварване и процесът на възстановяване. Резултатите от анализа могат да помогнат при оценката на ефектите от тренировката, като кумулативна умора и да се определи толерантността към стрес. Получените резултати ще се популяризират посредством научни публикации.
Четвърта специфична цел на проекта е статистическа обработка на получените резултати, чрез използване на ROC (Receiver Operating Characteristic) анализ за изследване на чувствителността и специфичността на параметрите на използваните математически методи. На базата на ROC анализа може да се направи оценка на избраните методи.
Хипотеза: Извършването на предложените в този проект фундаментални изследвания ще е принос към спортната медицина и се предполага, че чрез математическите методи за анализ на генерираните при стресови състояния кардиологични данни, ще се предостави обективна информация за откриване на остра и хронична умора на спортистите, както и за подобряване на физическата им форма и устойчивостта им на стрес.
