Indflydelsen af ​​neuromuskulær træning på helkropsbevægelsesstrategier og knæmekanik under retningsskifteopgaver hos idrætsstuderende

Studiedesign og deltagere

Dette er et kvasi-randomiseret forsøg til at undersøge effekterne af to neuromuskulære træningsinterventioner (multidirektionel vs. lineær sprinttræning) på COD-bevægelsesstrategier hos idrætsvidenskabelige studerende og sideløbende med at udvikle en metodisk ramme for feltbaserede COD-bevægelsesvurderinger. Dette forsøg vil blive registreret hos ClinicalTrials.gov efter etisk godkendelse er givet. En a-priori prøvestørrelsesestimation blev udført baseret på et tidligere ikke-randomiseret kontrolleret forsøg, der rapporterede en stærk, gavnlig effekt af en 6-ugers COD-teknikmodifikation på Cutting Movement Assessment Score (CMAS), et kvalitativt screeningsværktøj til at kvantificere biomekaniske og neuromuskulære underskud under COD-opgaver [signifikant gruppe x tidsinteraktion, Cohens f2 = 0,63 (højre ben) - 1,00 (venstre ben)]. Med et a-priori signifikansniveau på alfa = 0,05 og en ønsket potens på 0,8 blev den mindst nødvendige stikprøvestørrelse estimeret i G*Power v3.1.9.7, da kun N = 8 (n = 4 i hver træningsgruppe). En bekymring med denne tidligere undersøgelse er imidlertid, at CMAS-bedømmere ikke blev blindet for gruppetildeling, hvilket førte til en potentiel systematisk bias og overvurderet effektstørrelse. En anden bekymring er, at CMAS, som kombinerer flere biomekaniske og neuromuskulære underskud (f.eks. knævalgus, lateral trunkfleksion, hofte intern rotation) i én samlet score kan vise en større effekt sammenlignet med analysen af ​​enkelte biomekaniske variable (f.eks. knæabduktionsmoment) som i den aktuelle undersøgelse. Baseret på disse overvejelser blev den nødvendige stikprøvestørrelse på N = 40 idrætsvidenskabelige studerende (n = 20 for MD og LS) udvalgt. Med en forventet frafaldsrate på 25 % vil denne prøve på mindst N = 30 deltagere gøre det muligt at detektere moderate til stærke interaktionseffekter (Cohens f2 > 0,3) med en styrke på mindst 0,8.

Eksperimentel protokol

Alle deltagere vil deltage i en første familiariseringssession (WN 40) for at øve udførelsen af ​​COD-opgaven og modtage information om indholdet og målene for træningsinterventionen. Baseline-test (WN 40-41), opfølgende test (WN 49-50) og retentionstest (WN2-4, 2022) vil blive udført i laboratoriet Pulverturm på ISW Innsbruck og vil følge samme testprotokol. Deltagerne vil blive udstyret med 47 retroreflekterende markører til 3D-bevægelsesanalyse (udvidet fuldkrops PlugIn Gait-model, 10 kameraer, 200 Hz) og 14 sensorer til kombinerede målinger af overfladeelektromyografi (sEMG, 2000 Hz) og inertialsegmentdata (200 Hz) (Noraxon Ultium, Noraxon Inc., Scottsdale, AZ, USA) af højre ben. Bagefter vil deltagerne blive bedt om at varme op på en stationær cykel i fem minutter efterfulgt af de indledende løbeøvelser i FIFA11+ programmet. Maksimale frivillige kontraktioner (MVC'er) vil blive opnået for ankel plantarfleksion/dorsalfleksion, knæfleksion/ekstension, hofteekstension/fleksion og hofteabduktion i henhold til standardiserede manuelle tests. IMU position og orientering i forhold til deltagernes anatomi vil blive bestemt ud fra billeder og kalibreringsbevægelser taget før start af målingerne. Efter fire vellykkede øvelsesforsøg vil deltagerne blive bedt om at gennemføre 10 COD-bevægelser med en 45-graders skærevinkel (COD45) og 10 COD-bevægelser med en 135-graders skærevinkel (COD135) altid ved at plante og skære med højre fod på jorden -indlejret kraftplade (1000 Hz, Kistler, Winterthur, Schweiz). Indflyvnings- og udgangshastigheden for hver COD-bevægelse vil blive styret til ca. 4,5 m/s (COD45) og 4 m/s (COD135) som målt af optiske timing-gates placeret inden for indflyvnings- og udgangszonerne (Witty, Microgate, Bolzano, Italien ). Hvileperioder på et minut mellem forsøg og fem minutter mellem blokke (COD45 vs. COD135) vil undgå ophobning af neuromuskulær træthed.

Dataanalyse

Ved at bruge 3D-markørbanerne og kraftdata som input (optimal motion capture, OMC, model), vil hele kroppens kinematik, 3D-ledmomenter, muskelkræfter og ACL-belastning blive estimeret ved hjælp af invers kinematik og EMG-informerede optimeringsprocedurer i OpenSim ( v.4.2) kombineret med FE-simuleringer.

Brug kun inertisensordata som input (inertial motion capture, IMC, model), helkropskinematik, 3D ledmomenter, muskelkræfter og ACL-belastning vil blive estimeret ved hjælp af en IMU-sporing og optimal kontrolalgoritme kombineret med FE-simuleringer. Denne sidstnævnte tilgang er ny og er under udvikling.

Muskelaktiveringsmønsteret i højre ben vil blive yderligere analyseret via en muskelsynergianalyse [én muskelsynergimodel for hvert testtidspunkt (baseline, opfølgning 1, opfølgning 2] og kvantificeret i henhold til dets muskelsynergi-vektorer og synergi aktiveringsprofiler. Specifikt vil antallet af muskler pr. synergi-vektor og formen af ​​muskelsynergi-vektorerne tjene som yderligere afhængige variabler.

Statistikker

Mål 1 & 2: Effekter af NMT- og COD-teknikmodifikationsinterventionen på de kinematiske, kinetiske (OMC-modellen) og EMG-relaterede udfaldsvariabler vil blive testet i henhold til en gentagne målinger ANOVA med mellem-subjektfaktoren 'gruppe' (MD vs. LS) og inden-subjektfaktoren 'tidspunkt' (baseline, opfølgning, fastholdelse). Nulhypotesen H1 vil blive forkastet, hvis der er en signifikant interaktionseffekt 'gruppe x tidspunkt' ved et a-priori signifikansniveau på alfa = 0,05. Interaktionseffekter, dvs. effektmodifikation, på grund af deltagernes køn eller potentielle andre kovariater (f.eks. baseline COD ydeevne) vil blive udforsket i yderligere tre-vejs gentagne mål ANOVA'er. Post-hoc test vil undersøge ændringer i afhængige variable mellem tidspunkter for hver gruppe.

Mål 3: Validiteten af ​​IMC-modellen vil blive bestemt baseret på Bland & Altman-grænser for enighed for at estimere den systematiske bias og tilfældige fejl af de IMC-modelbaserede afhængige variable i sammenligning med de OMC-modelbaserede variable. IMC-modellen vil blive kaldt valid, hvis grænserne for enighed er mindre end de observerede ændringer i de tilsvarende variable mellem baseline og opfølgende test i interventionsgruppen.

Etiske overvejelser / risiko-benefit analyse / forsikringsinformation

Alle deltagere vil være idrætsvidenskabelige studerende og vil derfor ofte støde på skadesrisici, der er forbundet med sport i flere retninger. Derfor vil risikoen for skader for deltagere i denne undersøgelse ikke være højere end i deres hverdag. I det sjældne tilfælde, at en deltager pådrager sig en skade under denne undersøgelse, vil han/hun være dækket af en ulykkesforsikring, der stilles til rådighed for alle universitetsstuderende i Innsbruck. Desuden vil alle deltagere have gavn af at deltage i det aktuelle studie, da FIFA11+ NMT-programmet, som er en del af træningen i begge træningsgrupper, har vist sig effektivt at reducere risikoen for sportsskader. Samlet set opvejer fordelene ved denne undersøgelse risiciene.