L'influenza dell'allenamento neuromuscolare sulle strategie di movimento di tutto il corpo e sulla meccanica del ginocchio durante i compiti di cambio di direzione negli studenti di scienze motorie

Disegno dello studio e partecipanti

Si tratta di uno studio quasi randomizzato per studiare gli effetti degli effetti di due interventi di allenamento neuromuscolare (allenamento di sprint multidirezionale vs. lineare) sulle strategie di movimento COD negli studenti di scienze dello sport e parallelamente per sviluppare un quadro metodologico per le valutazioni del movimento COD sul campo. Questo studio sarà registrato su ClinicalTrials.gov dopo che l'approvazione etica è stata concessa. È stata condotta una stima a priori della dimensione del campione sulla base di un precedente studio controllato non randomizzato che riportava un effetto forte e benefico di una modifica della tecnica COD di 6 settimane sul punteggio di valutazione del movimento di taglio (CMAS), uno strumento di screening qualitativo per quantificare la biomeccanica e deficit neuromuscolari durante le attività COD [interazione gruppo significativo x tempo, f2 di Cohen = 0,63 (gamba destra) - 1,00 (gamba sinistra)]. Con un livello di significatività a priori di alfa = 0,05 e una potenza desiderata di 0,8, la dimensione minima del campione richiesta è stata stimata in G*Power v3.1.9.7 come solo N = 8 (n = 4 in ciascun gruppo di addestramento). Una preoccupazione per questo studio precedente è, tuttavia, che i valutatori CMAS non erano accecati dall'assegnazione di gruppo che portava a un potenziale pregiudizio sistematico e alla dimensione dell'effetto sovrastimata. Una seconda preoccupazione è che il CMAS, che combina molteplici deficit biomeccanici e neuromuscolari (ad es. ginocchio valgo, flessione laterale del tronco, rotazione interna dell'anca) in un punteggio aggregato può mostrare un effetto maggiore rispetto all'analisi di singole variabili biomeccaniche (ad es. momento di abduzione del ginocchio) come nel presente studio. Sulla base di queste considerazioni è stata selezionata la dimensione del campione richiesta di N = 40 studenti di scienze dello sport (n = 20 per MD e LS). Con un tasso di abbandono previsto del 25%, questo campione di almeno N = 30 partecipanti consentirà di rilevare effetti di interazione da moderati a forti (f2 di Cohen > 0,3) con una potenza di almeno 0,8.

Protocollo sperimentale

Tutti i partecipanti prenderanno parte a una prima sessione di familiarizzazione (WN 40) per esercitarsi nell'esecuzione del compito COD e ricevere informazioni sui contenuti e gli obiettivi dell'intervento formativo. I test di riferimento (WN 40-41), i test di follow-up (WN 49-50) e i test di ritenzione (WN2-4, 2022) saranno condotti nel laboratorio Pulverturm presso l'ISW Innsbruck e seguiranno lo stesso protocollo di test. I partecipanti saranno dotati di 47 marcatori retroriflettenti per l'analisi del movimento 3D (modello PlugIn Gait esteso a corpo intero, 10 telecamere, 200 Hz) e 14 sensori per misurazioni combinate di elettromiografia di superficie (sEMG, 2000 Hz) e dati del segmento inerziale (200 Hz) (Noraxon Ultium, Noraxon Inc., Scottsdale, AZ, USA) della gamba destra. Successivamente, ai partecipanti verrà chiesto di riscaldarsi su una cyclette per cinque minuti, seguiti dagli esercizi di corsa iniziali del programma FIFA11+. Verranno ottenute le contrazioni volontarie massime (MVC) per la flessione plantare/dorsiflessione della caviglia, la flessione/estensione del ginocchio, l'estensione/flessione dell'anca e l'abduzione dell'anca secondo test manuali standardizzati. La posizione e l'orientamento dell'IMU rispetto all'anatomia dei partecipanti saranno determinati sulla base delle immagini e dei movimenti di calibrazione presi prima dell'inizio delle misurazioni. Dopo quattro prove pratiche di successo, ai partecipanti verrà chiesto di completare 10 movimenti COD con un angolo di taglio di 45 gradi (COD45) e 10 movimenti COD con un angolo di taglio di 135 gradi (COD135) sempre piantando e tagliando con il piede destro su un terreno -piastra di forza incorporata (1000 Hz, Kistler, Winterthur, Svizzera). La velocità di avvicinamento e di uscita per ciascun movimento COD sarà controllata a circa 4,5 m/s (COD45) e 4 m/s (COD135) come misurato da cancelli di temporizzazione ottica posizionati all'interno delle zone di avvicinamento e di uscita (Witty, Microgate, Bolzano, Italia ). Periodi di riposo di un minuto tra le prove e cinque minuti tra i blocchi (COD45 vs. COD135) eviteranno l'accumulo di affaticamento neuromuscolare.

Analisi dei dati

Utilizzando le traiettorie dei marcatori 3D e i dati di forza come input (acquisizione del movimento ottimale, OMC, modello), la cinematica di tutto il corpo, i momenti articolari 3D, le forze muscolari e la tensione ACL saranno stimati utilizzando la cinematica inversa e le procedure di ottimizzazione basate sull'EMG in OpenSim ( v.4.2) combinato con simulazioni FE.

Utilizzando solo i dati del sensore inerziale come input (acquisizione del movimento inerziale, IMC, modello), la cinematica di tutto il corpo, i momenti articolari 3D, le forze muscolari e la tensione ACL saranno stimati utilizzando un tracciamento IMU e un algoritmo di controllo ottimale combinato con simulazioni FE. Quest'ultimo approccio è nuovo ed è attualmente in fase di sviluppo.

Il modello di attivazione muscolare della gamba destra sarà ulteriormente analizzato tramite un'analisi della sinergia muscolare [un modello di sinergia muscolare per ogni punto temporale del test (linea di base, follow-up 1, follow-up 2] e quantificato in base ai suoi vettori di sinergia muscolare e sinergia profili di attivazione. In particolare, il numero di muscoli per vettore di sinergia e la forma dei vettori di sinergia muscolare serviranno come variabili dipendenti aggiuntive.

Statistiche

Obiettivo 1 e 2: gli effetti dell'intervento di modifica della tecnica NMT e COD sulle variabili cinematiche, cinetiche (modello OMC) e relative all'EMG saranno testati secondo un'ANOVA a misure ripetute con il fattore "gruppo" tra soggetti (MD vs. LS) e il fattore all'interno del soggetto "punto temporale" (linea di base, follow-up, ritenzione). L'ipotesi nulla H1 sarà rifiutata se c'è un significativo effetto di interazione "gruppo x punto temporale" a un livello di significatività a priori di alfa = 0,05. Effetti di interazione, ovvero modifiche dell'effetto, dovute al sesso dei partecipanti o a potenziali altre covariate (ad es. prestazioni COD di base) saranno esplorate in ulteriori ANOVA a misure ripetute a tre vie. I test post-hoc esamineranno i cambiamenti nelle variabili dipendenti tra i punti temporali per ciascun gruppo.

Obiettivo 3: la validità del modello IMC sarà determinata sulla base dei limiti di concordanza di Bland & Altman per stimare la distorsione sistematica e l'errore casuale delle variabili dipendenti basate sul modello IMC rispetto alle variabili basate sul modello OMC. Il modello IMC sarà definito valido se i limiti di accordo sono inferiori ai cambiamenti osservati nelle variabili corrispondenti tra il test di base e quello di follow-up nel gruppo di intervento.

Considerazioni etiche / analisi rischi-benefici / informazioni assicurative

Tutti i partecipanti saranno studenti di scienze dello sport e quindi affronteranno frequentemente i rischi di lesioni associati agli sport multidirezionali. Pertanto, il rischio di lesioni per i partecipanti a questo studio non sarà superiore a quello nella loro vita quotidiana. Nel raro caso in cui un partecipante subisca un infortunio durante questo studio, sarà coperto da un'assicurazione contro gli infortuni fornita a tutti gli studenti dell'Università di Innsbruck. Inoltre, tutti i partecipanti trarranno vantaggio dalla partecipazione al presente studio dato che il programma FIFA11+ NMT, che fa parte dell'allenamento in entrambi i gruppi di allenamento, ha dimostrato di ridurre efficacemente il rischio di infortuni sportivi. Nel complesso, i vantaggi di questo studio superano i rischi.