Влияние нервно-мышечной тренировки на стратегии движений всего тела и механику коленного сустава во время выполнения заданий на смену направления у студентов, изучающих спортивные науки

Дизайн исследования и участники

Это квази-рандомизированное исследование для изучения влияния двух нейромышечных тренировочных вмешательств (разнонаправленная или линейная спринтерская тренировка) на стратегии движения ХПК у студентов, изучающих спортивные науки, и параллельной разработки методологической основы для оценки движений ХПК в полевых условиях. Это испытание будет зарегистрировано на сайте ClinicalTrials.gov. после получения этического одобрения. Априорная оценка размера выборки была проведена на основе предыдущего нерандомизированного контролируемого исследования, в котором сообщалось о сильном положительном влиянии 6-недельной модификации метода ХПК на показатель оценки режущего движения (CMAS), инструмент качественного скрининга для количественной оценки биомеханических и нервно-мышечный дефицит во время задач COD [значительное взаимодействие группы и времени, коэффициент Коэна f2 = 0,63 (правая нога) - 1,00 (левая нога)]. При априорном уровне значимости альфа = 0,05 и желаемой мощности 0,8 минимальный требуемый размер выборки оценивался в G*Power v3.1.9.7 только как N = 8 (n = 4 в каждой обучающей группе). Одна из проблем, связанных с этим предыдущим исследованием, заключается, однако, в том, что оценщики CMAS не были слепы к групповому распределению, что приводило к потенциальному систематическому смещению и переоценке размера эффекта. Вторая проблема заключается в том, что CMAS, который сочетает в себе множественные биомеханические и нервно-мышечные нарушения (например, вальгусная деформация коленного сустава, боковое сгибание туловища, внутреннее вращение бедра) в одну совокупную оценку может показать больший эффект по сравнению с анализом отдельных биомеханических переменных (например, момент отведения колена), как в текущем исследовании. Исходя из этих соображений, был выбран необходимый размер выборки N = 40 студентов, изучающих спортивные науки (n = 20 для MD и LS). При ожидаемом уровне отсева в 25% эта выборка, состоящая как минимум из N = 30 участников, позволит выявить эффекты взаимодействия от умеренных до сильных (коэффициент Коэна f2 > 0,3) с мощностью не менее 0,8.

Экспериментальный протокол

Все участники примут участие в первом ознакомительном занятии (WN 40), чтобы попрактиковаться в выполнении задачи ХПК и получить информацию о содержании и целях обучающего вмешательства. Базовое тестирование (WN 40–41), последующее тестирование (WN 49–50) и тестирование удержания (WN2–4, 2022 г.) будут проводиться в лаборатории Pulverturm в ISW Innsbruck по тому же протоколу тестирования. Участникам будет предоставлено 47 световозвращающих маркеров для трехмерного анализа движения (расширенная модель PlugIn Gait для всего тела, 10 камер, 200 Гц) и 14 датчиков для комбинированных измерений данных поверхностной электромиографии (сЭМГ, 2000 Гц) и данных инерционного сегмента (200 Гц). (Noraxon Ultium, Noraxon Inc., Скоттсдейл, Аризона, США) правой ноги. После этого участникам будет предложено разогреться на велотренажере в течение пяти минут, после чего пройдут начальные беговые упражнения программы FIFA11+. Максимальные произвольные сокращения (MVC) будут получены для подошвенного/тыльного сгибания голеностопного сустава, сгибания/разгибания колена, разгибания/сгибания бедра и отведения бедра в соответствии со стандартными мануальными тестами. Положение и ориентация IMU по отношению к анатомии участников будут определяться на основе изображений и калибровочных движений, сделанных до начала измерений. После четырех успешных практических испытаний участников попросят выполнить 10 движений COD с углом резания 45 градусов (COD45) и 10 движений COD с углом резания 135 градусов (COD135), всегда сажая и резая правой ногой на земле. -встроенная силовая плита (1000 Гц, Kistler, Винтертур, Швейцария). Скорость подхода и выхода для каждого движения COD будет контролироваться примерно до 4,5 м/с (COD45) и 4 м/с (COD135), что измеряется оптическими временными воротами, расположенными в зонах подхода и выхода (Witty, Microgate, Больцано, Италия). ). Периоды отдыха в одну минуту между попытками и пять минут между блоками (COD45 против COD135) позволяют избежать накопления нервно-мышечной усталости.

Анализ данных

Используя траектории 3D-маркеров и данные о силе в качестве входных данных (оптимальный захват движения, OMC, модель), кинематика всего тела, 3D-моменты в суставах, мышечные силы и напряжение передней крестообразной связки будут оцениваться с использованием инверсной кинематики и процедур оптимизации с учетом ЭМГ в OpenSim ( v.4.2) в сочетании с КЭ-моделированием.

Используя только данные инерциального датчика в качестве входных данных (захват инерциального движения, IMC, модель), кинематика всего тела, трехмерные моменты в суставах, мышечные силы и напряжение передней крестообразной связки будут оцениваться с использованием алгоритма отслеживания IMU и оптимального управления в сочетании с моделированием FE. Этот последний подход является новым и в настоящее время разрабатывается.

Паттерн мышечной активации правой ноги будет дополнительно проанализирован с помощью анализа мышечной синергии [одна модель мышечной синергии для каждой временной точки тестирования (исходный уровень, последующее наблюдение 1, последующее 2) и количественно оценен в соответствии с ее векторами мышечной синергии и синергией. профили активации. В частности, количество мышц на вектор синергии и форма векторов синергии мышц будут служить дополнительными зависимыми переменными.

Статистика

Задача 1 и 2: Эффекты вмешательства по модификации техники НМТ и ХПК на кинематические, кинетические (модель ОМС) и связанные с ЭМГ переменные исхода будут проверены в соответствии с повторными измерениями ANOVA с межсубъектным фактором «группа» (MD по сравнению с LS) и внутрисубъектный фактор «момент времени» (исходный уровень, последующее наблюдение, удержание). Нулевая гипотеза H1 будет отклонена, если имеется значительный эффект взаимодействия «группа x момент времени» при априорном уровне значимости альфа = 0,05. Эффекты взаимодействия, т. е. модификация эффекта, обусловленная полом участников или потенциальными другими ковариантами (например, базовые показатели ХПК) будут изучены в дополнительных трехфакторных повторных измерениях ANOVA. Апостериорное тестирование будет исследовать изменения в зависимых переменных между временными точками для каждой группы.

Задача 3: Достоверность модели IMC будет определяться на основе пределов согласия Бланда и Альтмана для оценки систематической погрешности и случайной ошибки зависимых переменных, основанных на модели IMC, по сравнению с переменными, основанными на модели OMC. Модель IMC будет считаться достоверной, если пределы согласия меньше, чем наблюдаемые изменения соответствующих переменных между исходным уровнем и последующим тестированием в группе вмешательства.

Этические соображения / анализ рисков и выгод / страховая информация

Все участники будут изучать спортивные науки и, таким образом, часто сталкиваются с рисками травм, связанными с разнонаправленными видами спорта. Поэтому риск получения травм для участников данного исследования будет не выше, чем в их повседневной жизни. В тех редких случаях, когда участник получает травму во время этого исследования, он/она будет застрахован от несчастного случая, предоставляемого всем студентам Университета Инсбрука. Кроме того, все участники получат пользу от участия в текущем исследовании, учитывая, что программа FIFA11+ NMT, которая является частью обучения в обеих тренировочных группах, эффективно снижает риск спортивных травм. В целом, преимущества этого исследования перевешивают риски.