Inverkan av neuromuskulär träning på rörelsestrategier för hela kroppen och knämekanik under riktningsförändringsuppgifter hos idrottsvetenskapsstudenter

Studiedesign och deltagare

Detta är en kvasi-randomiserad studie för att undersöka effekterna av effekter av två neuromuskulära träningsinterventioner (flerriktad vs. linjär sprintträning) på COD-rörelsestrategier hos idrottsvetenskapsstudenter och parallellt för att utveckla ett metodiskt ramverk för fältbaserade COD-rörelsebedömningar. Denna studie kommer att registreras hos ClinicalTrials.gov efter att etiskt godkännande har beviljats. En a-priori uppskattning av provstorleken utfördes baserat på en tidigare icke-randomiserad kontrollerad studie som rapporterade en stark, gynnsam effekt av en 6-veckors COD-teknikmodifiering på Cutting Movement Assessment Score (CMAS), ett kvalitativt screeningverktyg för att kvantifiera biomekaniska och neuromuskulära underskott under COD-uppgifter [signifikant grupp x tidsinteraktion, Cohens f2 = 0,63 (höger ben) - 1,00 (vänster ben)]. Med en a-priori signifikansnivå på alfa = 0,05 och en önskad styrka på 0,8, uppskattades den minsta nödvändiga urvalsstorleken i G*Power v3.1.9.7 som endast N = 8 (n = 4 i varje träningsgrupp). Ett problem med denna tidigare studie är dock att CMAS-bedömare inte var blinda för grupptilldelning, vilket ledde till en potentiell systematisk fördom och överskattad effektstorlek. En andra oro är att CMAS, som kombinerar flera biomekaniska och neuromuskulära brister (t. knävalgus, bålböjning i sidled, inre höftrotation) till en sammanlagd poäng kan visa en större effekt jämfört med analysen av enskilda biomekaniska variabler (t.ex. knäabduktionsmoment) som i den aktuella studien. Baserat på dessa överväganden valdes den erforderliga urvalsstorleken på N = 40 idrottsvetenskapsstudenter (n = 20 för MD och LS). Med en förväntad avhoppsfrekvens på 25 % kommer detta urval på minst N = 30 deltagare att göra det möjligt att upptäcka måttliga till starka interaktionseffekter (Cohens f2 > 0,3) med en styrka på minst 0,8.

Experimentellt protokoll

Alla deltagare kommer att delta i en första bekantskapssession (WN 40) för att öva på utförandet av COD-uppgiften och få information om innehållet och målen för träningsinterventionen. Baslinjetestning (WN 40-41), uppföljningstestning (WN 49-50) och retentionstestning (WN2-4, 2022) kommer att utföras i laboratoriet Pulverturm vid ISW Innsbruck och kommer att följa samma testprotokoll. Deltagarna kommer att utrustas med 47 retroreflekterande markörer för 3D-rörelseanalys (extended full-body PlugIn Gait-modell, 10 kameror, 200 Hz) och 14 sensorer för kombinerade mätningar av ytelektromyografi (sEMG, 2000 Hz) och tröghetssegmentdata (200 Hz) (Noraxon Ultium, Noraxon Inc., Scottsdale, AZ, USA) på höger ben. Efteråt kommer deltagarna att uppmanas att värma upp på en stationär cykel i fem minuter följt av de inledande löpövningarna i FIFA11+-programmet. Maximala frivilliga kontraktioner (MVC) kommer att erhållas för fotledsplantarflexion/dorsalflexion, knäflexion/extension, höftextension/flexion och höftabduktion enligt standardiserade manuella tester. IMU:s position och orientering med hänsyn till deltagarnas anatomi kommer att bestämmas baserat på bilder och kalibreringsrörelser tagna innan mätningarna påbörjas. Efter fyra framgångsrika övningsförsök kommer deltagarna att bli ombedda att genomföra 10 COD-rörelser med en 45-graders skärvinkel (COD45) och 10 COD-rörelser med en 135-graders skärvinkel (COD135) och alltid plantera och skära med höger fot på marken -inbäddad kraftplatta (1000 Hz, Kistler, Winterthur, Schweiz). Inflygnings- och utfartshastigheten för varje COD-rörelse kommer att kontrolleras till cirka 4,5 m/s (COD45) och 4 m/s (COD135) mätt med optiska tidsstyrningar placerade inom inflygnings- och utfartszonerna (Witty, Microgate, Bolzano, Italien ). Viloperioder på en minut mellan försöken och fem minuter mellan blocken (COD45 vs COD135) kommer att undvika ansamling av neuromuskulär trötthet.

Dataanalys

Genom att använda 3D-markörbanorna och kraftdata som indata (optimal motion capture, OMC, modell), kommer hela kroppens kinematik, 3D-ledmoment, muskelkrafter och ACL-töjning att uppskattas med hjälp av invers kinematik och EMG-informerade optimeringsprocedurer i OpenSim ( v.4.2) kombinerat med FE-simuleringar.

Genom att endast använda tröghetssensordata som indata (tröghetsrörelsefångst, IMC, modell), kommer hela kroppens kinematik, 3D-ledmoment, muskelkrafter och ACL-töjning att uppskattas med hjälp av en IMU-spårning och optimal kontrollalgoritm kombinerad med FE-simuleringar. Detta senare tillvägagångssätt är nytt och utvecklas för närvarande.

Muskelaktiveringsmönstret i höger ben kommer att analyseras ytterligare via en muskelsynergianalys [en muskelsynergimodell för varje testtidpunkt (baslinje, uppföljning 1, uppföljning 2] och kvantifieras enligt dess muskelsynergivektorer och synergieffekter aktiveringsprofiler. Specifikt kommer antalet muskler per synergivektor och formen på muskelsynergivektorerna att fungera som ytterligare beroende variabler.

Statistik

Mål 1 & 2: Effekterna av NMT- och COD-teknikens modifieringsintervention på de kinematiska, kinetiska (OMC-modellen) och EMG-relaterade utfallsvariablerna kommer att testas enligt en ANOVA med upprepade mått med mellansubjektfaktorn 'grupp' (MD vs. LS) och inom-ämnesfaktorn 'tidpunkt' (baslinje, uppföljning, retention). Nollhypotesen H1 kommer att förkastas om det finns en signifikant interaktionseffekt "grupp x tidpunkt" vid en a-priori signifikansnivå på alfa = 0,05. Interaktionseffekter, dvs effektmodifiering, på grund av deltagarnas kön eller potentiella andra kovariater (t.ex. baseline COD-prestanda) kommer att utforskas i ytterligare trevägs upprepade mätningar ANOVA. Post-hoc-testning kommer att undersöka förändringar i beroende variabler mellan tidpunkter för varje grupp.

Mål 3: Giltigheten av IMC-modellen kommer att bestämmas baserat på Bland & Altmans gränser för överensstämmelse för att uppskatta den systematiska biasen och det slumpmässiga felet för de IMC-modellbaserade beroende variablerna i jämförelse med OMC-modellbaserade variabler. IMC-modellen kommer att kallas giltig om gränserna för överensstämmelse är mindre än de observerade förändringarna i motsvarande variabler mellan baslinje- och uppföljningstestning i interventionsgruppen.

Etiska överväganden / risk-nyttoanalys / försäkringsinformation

Alla deltagare kommer att vara idrottsvetenskapsstudenter och kommer därför ofta att stöta på skaderisker som är förknippade med multi-directional sport. Därför kommer risken för skador för deltagare i denna studie inte att vara högre än i deras vardag. I det sällsynta fall att en deltagare drabbas av en skada under denna studie, kommer han/hon att omfattas av olycksfallsförsäkring som tillhandahålls alla studenter vid universitetet i Innsbruck. Dessutom kommer alla deltagare att dra nytta av att delta i den aktuella studien med tanke på att FIFA11+ NMT-programmet, som är en del av träningen i båda träningsgrupperna, har visat sig effektivt minska risken för idrottsskador. Sammantaget överväger fördelarna med denna studie riskerna.