Wpływ treningu nerwowo-mięśniowego na strategie ruchu całego ciała i mechanikę kolana podczas zadań związanych ze zmianą kierunku u studentów nauk o sporcie

Projekt badania i uczestnicy

Jest to quasi-randomizowane badanie mające na celu zbadanie wpływu dwóch interwencji treningu nerwowo-mięśniowego (wielokierunkowy i liniowy trening sprinterski) na strategie ruchu COD u studentów nauk o sporcie i równoległe opracowanie ram metodologicznych dla ocen ruchu COD w terenie. Ta próba zostanie zarejestrowana w ClinicalTrials.gov po uzyskaniu aprobaty etycznej. Oszacowanie wielkości próby a priori przeprowadzono na podstawie wcześniejszego, nierandomizowanego, kontrolowanego badania, w którym odnotowano silny, korzystny wpływ 6-tygodniowej modyfikacji techniki ChZT na wynik oceny ruchu cięcia (CMAS), jakościowe narzędzie przesiewowe do ilościowego określania biomechanicznych i deficyty nerwowo-mięśniowe podczas zadań COD [istotna grupa x interakcja czasowa, f2 Cohena = 0,63 (prawa noga) - 1,00 (lewa noga)]. Przy poziomie istotności a priori alfa = 0,05 i pożądanej mocy 0,8, minimalna wymagana wielkość próby została oszacowana w G*Power v3.1.9.7 jako tylko N = 8 (n = 4 w każdej grupie treningowej). Jedną z obaw związanych z tym poprzednim badaniem jest jednak to, że osoby oceniające CMAS nie były zaślepione na przydział do grupy, co prowadziło do potencjalnego systematycznego błędu i przeszacowanej wielkości efektu. Drugim problemem jest to, że CMAS, który łączy wiele deficytów biomechanicznych i nerwowo-mięśniowych (np. koślawość kolana, zgięcie boczne tułowia, rotacja wewnętrzna biodra) w jeden zbiorczy wynik może wykazać większy efekt w porównaniu z analizą pojedynczych zmiennych biomechanicznych (np. moment odwodzenia kolana) jak w obecnym badaniu. Na podstawie tych rozważań wybrano wymaganą wielkość próby N = 40 studentów nauk o sporcie (n = 20 dla MD i LS). Przy oczekiwanym wskaźniku rezygnacji wynoszącym 25%, ta próba co najmniej N = 30 uczestników pozwoli wykryć efekty interakcji od umiarkowanych do silnych (Cohen's f2 > 0,3) z mocą co najmniej 0,8.

eksperymentalny protokół

Wszyscy uczestnicy wezmą udział w pierwszej sesji zapoznawczej (WN 40), aby przećwiczyć wykonanie zadania COD oraz otrzymać informacje o treści i celach interwencji szkoleniowej. Testy podstawowe (WN 40-41), badania kontrolne (WN 49-50) i testy retencji (WN2-4, 2022) zostaną przeprowadzone w laboratorium Pulverturm w ISW Innsbruck i będą zgodne z tym samym protokołem testowym. Uczestnicy zostaną wyposażeni w 47 markerów retrorefleksyjnych do analizy ruchu 3D (rozszerzony model chodu plug-in całego ciała, 10 kamer, 200 Hz) oraz 14 sensorów do połączonych pomiarów elektromiografii powierzchniowej (sEMG, 2000 Hz) i danych segmentu inercyjnego (200 Hz) (Noraxon Ultium, Noraxon Inc., Scottsdale, AZ, USA) prawej nogi. Następnie uczestnicy zostaną poproszeni o pięciominutową rozgrzewkę na rowerze stacjonarnym, po której nastąpią wstępne ćwiczenia biegowe programu FIFA11+. Maksymalne dobrowolne skurcze (MVC) zostaną uzyskane dla zgięcia podeszwowego/grzbietowego kostki, zgięcia/wyprostu kolana, wyprostu/zgięcia biodra i odwodzenia biodra zgodnie ze standardowymi testami manualnymi. Pozycja i orientacja IMU w stosunku do anatomii uczestników zostanie określona na podstawie zdjęć i ruchów kalibracyjnych wykonanych przed rozpoczęciem pomiarów. Po czterech udanych próbach praktycznych uczestnicy zostaną poproszeni o wykonanie 10 ruchów COD z kątem cięcia 45 stopni (COD45) i 10 ruchów COD z kątem cięcia 135 stopni (COD135), zawsze sadząc i tnąc prawą stopą na ziemi -wbudowana płyta siłowa (1000 Hz, Kistler, Winterthur, Szwajcaria). Prędkość podejścia i wyjścia dla każdego ruchu COD będzie kontrolowana do około 4,5 m/s (COD45) i 4 m/s (COD135), jak zmierzono za pomocą optycznych bramek czasowych umieszczonych w strefach podejścia i wyjścia (Witty, Microgate, Bolzano, Włochy ). Jednominutowe okresy odpoczynku między próbami i pięć minut między blokami (COD45 vs. COD135) pozwolą uniknąć gromadzenia się zmęczenia nerwowo-mięśniowego.

Analiza danych

Wykorzystując trajektorie znaczników 3D i dane siły jako dane wejściowe (optymalne przechwytywanie ruchu, OMC, model), kinematyka całego ciała, momenty stawów 3D, siły mięśni i napięcie ACL zostaną oszacowane przy użyciu kinematyki odwrotnej i procedur optymalizacji opartych na EMG w OpenSim ( v.4.2) w połączeniu z symulacjami ES.

Wykorzystując tylko dane z czujnika bezwładnościowego jako dane wejściowe (inercyjne przechwytywanie ruchu, IMC, model), kinematyka całego ciała, momenty stawów 3D, siły mięśni i napięcie ACL zostaną oszacowane za pomocą śledzenia IMU i optymalnego algorytmu sterowania w połączeniu z symulacjami FE. To ostatnie podejście jest nowatorskie i jest obecnie rozwijane.

Wzorzec aktywacji mięśni prawej nogi zostanie dalej przeanalizowany za pomocą analizy synergii mięśniowej [jeden model synergii mięśniowej dla każdego punktu czasowego badania (linia wyjściowa, obserwacja 1, obserwacja 2] i określony ilościowo zgodnie z jego wektorami synergii mięśniowej i synergią profile aktywacji. W szczególności liczba mięśni na wektor synergii i kształt wektorów synergii mięśni będą służyć jako dodatkowe zmienne zależne.

Statystyka

Cel 1 i 2: Wpływ interwencji modyfikującej technikę NMT i COD na kinematykę, kinetykę (model OMC) i zmienne wynikowe związane z EMG zostaną przetestowane zgodnie z ANOVA z powtarzanymi pomiarami z „grupą” czynników międzyobiektowych (MD vs. LS) oraz „punkt czasowy” czynnika wewnątrzobiektowego (linia podstawowa, obserwacja, retencja). Hipoteza zerowa H1 zostanie odrzucona, jeśli istnieje istotny efekt interakcji „grupa x punkt czasowy” na poziomie istotności a priori alfa = 0,05. Efekty interakcji, tj. modyfikacja efektu, ze względu na płeć uczestników lub potencjalne inne współzmienne (np. wyjściowa wydajność ChZT) zostaną zbadane w dodatkowych trójczynnikowych ANOVA z powtarzanymi pomiarami. Testy post-hoc zbadają zmiany w zmiennych zależnych między punktami czasowymi dla każdej grupy.

Cel 3: Trafność modelu IMC zostanie określona na podstawie granic zgodności Blanda i Altmana w celu oszacowania systematycznego obciążenia i błędu losowego zmiennych zależnych opartych na modelu IMC w porównaniu ze zmiennymi opartymi na modelu OMC. Model IMC zostanie nazwany ważny, jeśli granice zgodności będą mniejsze niż obserwowane zmiany w odpowiednich zmiennych między badaniem wyjściowym i kontrolnym w grupie interwencyjnej.

Względy etyczne / analiza ryzyka i korzyści / informacje o ubezpieczeniu

Wszyscy uczestnicy będą studentami nauk o sporcie i dlatego często spotykają się z ryzykiem kontuzji związanym ze sportami wielokierunkowymi. W związku z tym ryzyko urazu u uczestników tego badania nie będzie większe niż w życiu codziennym. W rzadkich przypadkach, gdy uczestnik dozna urazu podczas tego badania, będzie objęty ubezpieczeniem wypadkowym zapewnionym wszystkim studentom Uniwersytetu w Innsbrucku. Co więcej, wszyscy uczestnicy odniosą korzyści z udziału w obecnym badaniu, biorąc pod uwagę, że program FIFA11+ NMT, który jest częścią treningu w obu grupach treningowych, skutecznie zmniejsza ryzyko kontuzji sportowych. Ogólnie rzecz biorąc, korzyści płynące z tego badania przewyższają ryzyko.