Оценка стабильности двигательного паттерна гребцов-каноистов на основе амплитудно-временного анализа электромиографических профилей мышц

Автор: Хэ Ч., Су Ш., Давыдова Н.С., Лукашевич Д.А., Васюк В.Е., Давыдов М.В.

Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech

Статья в выпуске: 3 (97) т.26, 2022 года.

Бесплатный доступ

Задача обучения технике гребли на каноэ состоит в выработке эффективных двигательных паттернов, обеспечивающих стабильность и надежность результата вне зависимости от условий реализации движения. Представлен алгоритм автоматизированной оценки стабильности двигательного паттерна гребцов-каноистов на основе амплитудно-временного анализа электромиографических профилей мышц. Предложены новые диагностические показатели физической и технической подготовленности гребцов-каноистов: коэффициент стабильности мышечной активности и коэффициент стабильности временной структуры гребка. Проведены исследования стабильности двигательного паттерна квалифицированных спортсменов-каноистов ( n = 16) с использованием гребного тренажера при различных условиях движений: преодоление дистанции 250 м в режиме максимальной мощности движений (тест 1) и преодоление дистанции 250 м в режиме максимального темпа движений (тест 2). Установлено, что для квалифицированных представителей гребли на каноэ характерна высокая стабильность мышечной активности (в среднем более 86 %) и временной структуры гребков (более 93 %) вне зависимости от мощности и темпа движений. Кроме того, установлена тенденция повышения стабильности мышечной активности гребцов с увеличением тренировочного опыта (коэффициент корреляции Пирсона r = 0,70 для режима максимальной мощности движений и r = 0,73 для режима максимального темпа движений).

Еще

Гребля на каноэ, двигательный паттерн, многоканальная электромиография, цифровая обработка сигнала

Короткий адрес: https://sciup.org/146282601

IDR: 146282601   |   DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2022.3.05

Текст научной статьи Оценка стабильности двигательного паттерна гребцов-каноистов на основе амплитудно-временного анализа электромиографических профилей мышц

Двигательные навыки являются высшей ступенью владения двигательным действием и характеризуются автоматизированным характером управления, высокой быстротой действия, стабильностью результата, чрезвычайной прочностью и надежностью [31 ; 47]. Формирование двигательных навыков в спорте не менее важно, чем развитие силы, скорости, выносливости и снижение времени реакции. Овладение двигательным

Эта статья доступна в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International

License (CC BY-NC 4.0)

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License (CC BY-NC 4.0)

навыком означает более высокую эффективность движений, экономичность усилий и улучшение спортивного результата [39].

Гребля на каноэ является одним из наиболее популярных видов гребного спорта. Анализ последних исследований показывает, что в данной области ведутся разработки новых методологических и педагогических подходов к развитию двигательных навыков гребцов-каноистов [9; 10; 13; 34; 37].

Стабильность двигательного навыка достигается многократным воспроизведением движения в самых различных условиях с изменениями деталей кинематической, динамической и ритмической характеристик движения [28]. Это может происходить при усложнении внешних условий (условия опоры, ограничение пространства), изменениях в физическом и психическом состояниях (при утомлении, отвлечении внимания, волнении) или при возрастающих физических нагрузках [7; 35; 48]. Для гребцов наиболее значимыми факторами, влияющими на эффективность техники гребли, являются темп и мощность движения [1; 30; 32]. Следует полагать, что те же факторы будут значимы и для гребцов-каноистов.

Двигательный навык характеризуется совокупностью двигательных паттернов (стереотипов), которые представляют собой устойчивый комплекс угловых и линейных перемещений звеньев тела во времени за счет последовательной активации набора мышечных групп [26; 42]. Вариабельность биомеханических и электрофизиологических параметров двигательного навыка при различных внешних или внутренних условиях реализации движения является показателем несовершенства двигательного акта, поскольку это свидетельствует о повышении затрат мышечной энергии на коррекцию и поддержание двигательных паттернов [2].

Задача оценки стабильности двигательного паттерна в различных условиях является актуальной для многих видов спорта [21]. В области гребли на каноэ также есть несколько научных работ по данной теме, однако они основываются исключительно на кинематическом анализе гребного хода [27; 40; 50]. В представленной работе для решения данной задачи предлагается амплитудно-временной анализ многоканальных электромиограмм при выполнении гребковых движений. Кроме того, для расширения диагностического потенциала электромиографических сигналов используется совместный анализ с кинематическими параметрами движения.

Следует отметить, что электромиография успешно применяется в области гребного спорта для исследования межмышечной координации [25; 38; 46] и мышечной синергии [41; 43; 44]. Многоканальная электромиография позволяет оценить участие мышц в различных движениях, последовательность их включения и выключения, интегральный уровень возбуждения, соотношение активности мышц в разные периоды формирования движения [33].

Проведенный аналитический обзор научных работ показывает, что на сегодняшний день нет работ, посвященных оценке стабильности двигательного паттерна гребцов-каноистов с использованием многоканальной электромиографии. Таким образом, цель представленной работы является актуальной и посвящена разработке и апробации алгоритма оценки стабильности двигательного паттерна гребцов -каноистов на основе амплитудно-временного анализа электромиографических профилей мышц. Предполагается, что амплитудно -временной анализ электромиографических профилей мышц позволит выявить значимые диагностические показатели физической и технической подготовленности гребцов на каноэ.

Методология

Участники и порядок проведения исследований

В исследованиях принимали участие профессиональные гребцы-каноисты, имеющие многолетний опыт выступлений на чемпионатах Мира, чемпионатах Европы и Олимпийских играх. В исследовании приняли участие 16 спортсменов (женщины, возраст от 20 до 27 лет, 8 правшей, 8 левшей). Всем участникам предварительно объяснили суть исследования и показали тестовые упражнения. Участники были полностью здоровы и дали письменное согласие на участие в исследовании. Эксперименты проводились в соответствии с Хельсинкской декларацией и были одобрены экспертной комиссией Белорусского национального технического университета.

В работе применялась традиционная техника гребли на каноэ [24]. В этом случае гребок можно разделить на опорную фазу (проводка) и безопорную фазу (возврат) [12]. Во время проводки в начале гребка осуществляется захват лопастью весла воды, далее каноэ получает ускорение за счет опоры весла о воду, и затем следует выход лопасти из воды. Во время возврата гребец перемещает плечи, руки и весло вперед, готовясь к следующему гребку.

Исследование двигательного паттерна гребцов-каноистов осуществлялось в лабораторных условиях с использованием специализированных тренажерных устройств (гребных эргометров). В ходе исследования спортсмены выполняли два тестовых задания:

  • -    тест 1: преодоление дистанции 250 м в режиме максимальной мощности движений. Спортсмену предлагалось тестовое задание с акцентированным выполнением опорной фазы гребка, характеризующееся максимальным или около максимальным силовым обеспечением для наибольшей длины проката за гребок. Темп гребли в рамках этого тестового задания умеренный, индивидуальный, исходя из режима интенсивности по пульсу (130-140 уд./мин);

  • -    тест 2: преодоление дистанции 250 м в режиме максимального темпа движений. Спортсмену предлагалось тестовое задание с максимальным темпом. Этот режим позволяет смоделировать соревновательное прохождении дистанции. Величина темпа индивидуальна для каждого

согласно уровню его физической и технической подготовленности.

Тестовые задания подобраны таким образом, чтобы обеспечить возможность сравнения двигательных паттернов спортсменов, выявить и описать различия в активности мышц и кинематической структуре движений, а также оценить стабильность техники гребли.

В качестве исследуемых мышечных групп были выбраны: большая грудная мышца (Pectoralis major ), широчайшая мышца спины ( Latissimus dorsi ), прямая мышца живота ( Rectus abdominis ), двуглавая мышца плеча ( Biceps bra-chii ), трехглавая мышца плеча ( Triceps brachii ), прямая мышца бедра ( Rectus femoris ). Выбор мышц основан на их активном вовлечении в процесс гребли [29; 36; 45].

Для исследования работы мышц в процессе гребли использовалась многоканальная интерференционная электромиография. Данный метод является удобным и безболезненным инструментом, который позволяет регистрировать биоэлектрическую активность нескольких мышц одновременно. Это дает возможность определить наиболее активно вовлекаемые в движение мышечные группы и выявить характер распределения усилий между ними [33].

Для анализа пространственно-временных параметров гребли использовались располагаемые на исследуемых мышцах инерциальные MEMS -гироскопы, которые позволяют измерять угловую скорость звеньев тела в процессе движения [19].

Инструментарий и сбор данных

Для исследований использовался гребной тренажер Dansprint Ergometer ( Dansprint , Дания) с неподвижным основанием. Нагрузка задавалась посредством регулирования величины отверстий на маховике. В ходе тестирования спортсмены использовали древки весел с индивидуальными рукоятками.

Регистрация электромиографических сигналов мышц и сигналов гироскопа осуществлялась с помощью беспроводной системы Trigno Wireless System c Trigno Avanti Sensors ( Delsys Inc ., USA ). Каждый беспроводной датчик позволяет регистрировать один канал электромиографии (полоса пропускания 10–850 Гц, входной диапазон до 22 мВ, разрешение 16 бит), 3 канала гироскопа (три оси координат, частота дискретизации 741 Гц, разрешение 16 бит), передавать данные по Bluetooth на расстояние до 40 м [17].

Фиксация и расположение датчиков на исследуемых мышцах, их ориентация относительно двигательных волокон, качество подготовки поверхности кожи для регистрации поверхностной электромиографии проводились в соответствии с рекомендациями SENIAM [22].

Запись электромиографии и сигналов гироскопа осуществлялась с помощью программного обеспечения Delsys Acquisition Software ( Delsys Inc ., USA ). Дальнейший анализ данных проводился в программной среде для решения задач технических вычислений MATLAB ( MathWorks , USA ). Для этого было разработано авторское программное обеспечение, которое посредством инструмента Delsys

EMGworks COM interface сопрягается с системой Trigno Wireless System [3].

Анализ данных

На сегодняшний день наблюдается тенденция автоматизации вычислительных процессов анализа и интерпретации биомедицинских данных, за счет чего повышаются скорость, достоверность и качество результатов исследований. Программная реализация алгоритмов обработки биомедицинских данных позволяет проводить сравнительный анализ не единичных спортсменов, а целых спортивных команд. Кроме того, автоматизация вычислений существенно уменьшает вероятность ошибки при обработке больших массивов биомедицинских данных [23].

На рис. 1 представлен алгоритм автоматизированной оценки стабильности двигательного паттерна гребцов-каноистов на основе амплитудно-временного анализа элек-тромиографических профилей мышц. Согласно разработанному алгоритму процедура количественной оценки стабильности двигательного паттерна гребцов-каноистов происходит в следующей последовательности.

На начальном этапе осуществляется выбор целевых электромиографических сигналов и сигналов гироскопа. Данная задача решается индивидуально и зависит от типа и структурной сложности исследуемого движения. В случае гребли целесообразно исследование работы мышц рук, груди, спины и живота [45].

При выборе целевых сигналов гироскопа необходимо руководствоваться кинематической моделью человека, представляющей собой систему рычагов с различной степенью свободы, соединенных суставными организациями [20]. Такая модель описывает движение как результат угловых и линейных перемещений звеньев тела во времени [18]. Для выделения циклов гребли в работе были выбраны сигналы гироскопа с датчиков, расположенных на дельтовидной мышце ( Deltoideus ). При этом для спортсменов, выполняющих опорную фазу гребка слева, использовались сигналы гироскопа с дельтовидной мышцы левой руки. Для спортсменов, выполняющих опорную фазу гребка справа, использовались сигналы гироскопа с дельтовидной мышцы правой руки. Выбор сигналов гироскопа обусловлен следующими факторами. Во-первых, плечо тянущей руки спортсмена при выполнении опорной фазы гребка движется преимущественно в сагиттальной плоскости без явно выраженных ротационных движений и смещений в другие плоскости. Более того, плечевой сустав содержит в себе оси вращения плеча и, соответственно, всей руки в целом, что существенно снижает степень воздействия на сигнал гироскопа двигательных помех.

Благодаря этому измеряемый сигнал гироскопа с датчика, расположенного на дельтовидной мышце тянущей руки спортсмена, позволяет безошибочно определить опорную и безопорную фазы гребка. Во-вторых, авторами проведены исследования техники гребли на каноэ с использва-нием синхронизированной записи сигналов гироскопа и видеосъемки. В результате чего было установлено, что пол-

Рис. 1. Алгоритм оценки стабильности двигательного паттерна гребцов-каноистов. ЭМГ - электромиография

ожительные значения сигнала гироскопа с датчика, расположенного на дельтовидной мышце тянущей руки спортсмена, соответствуют опорной фазе гребка [4].

Сигналы инерционного гироскопа представляются в виде проекций вектора угловой скорости ( w , º/с) на связанные с объектом оси [49]. Фильтрация сигналов гироскопа осуществляется с помощью медианного фильтра с динамическим окном. Медианный фильтр осуществляет усреднение заданного числа точек из входного сигнала для вычисления каждой точки в выходном сигнале [6]. Ширина окна ( N) медианного фильтра выбирается динамически и зависит от периода движения ( T ). Усредненный период движения определяется как период автокорреляционной функции сигнала гироскопа. Автокорреляционная функция сигнала [6] рассчитывается по формуле:

1 N - 1

r xx (j) = ^X i = 0 x(i) ' x( i + j), (1) где x(i), i = 1, N - дискретный сигнал гироскопа, содержащий N элементов, j = 0, N - величина задержки.

Следующим этапом является фильтрация сигналов многоканальных электромиограмм с целью удаления двигательных артефактов и сетевой помехи из спектра полез- ного сигнала [16]. Для фильтрации двигательных артефактов используется фильтр высоких частот с частотой среза 10 Гц, для сетевой помехи - режекторный фильтр 50 Гц. При конструировании названных фильтров необходимо обеспечить минимизацию амплитудных и фазовых искажений в полосе пропускания и заданное подавление сигнала в полосе задерживания [8]. Применение фильтров необходимо ограничить случаями реального зашумления полезного сигнала, так как любой фильтр вносит дополнительные фазовые и/или амплитудные искажения в исходный сигнал.

Далее осуществляется выделение циклов движения. Критерием выделения циклов гребли является пересечение сигнала гироскопа с изолинией, что соответствует остановке звена тела человека в определенном положении.

Точка i cross является точкой пересечения двух сигналов x(i) и y(i), если выполняется условие:

x^z )—y(i ) = 0. (2) cross y cross .

На рис. 2 представлен пример определения циклов гребли на основании найденных точек пересечения сигнала гироскопа (с дельтовидной мышцы) с изолинией. Выделение опорной и безопорной фазы гребка осуществляется на основе полярности сигнала гироскопа. Положительные значения угловой скорости (w, º/s) соответствуют опорной фазе гребка, отрицательные – безопорной фазе. В опорной фазе гребка спортсмен взаимодействует с поверхностью воды и осуществляет ускорение каноэ. Безопорная фаза гребка соответствует проносу весла и завершает двигательный цикл [11]. На основании детектированной временной структуры гребли рассчитываются следующие временные параметры движения: длительность циклов гребли, а также длительность опорной и безопорной фазы каждого гребка.

На следующем этапе осуществляется наложение детектированной временной структуры гребли на электромио-графические сигналы и построение электромиографиче-ских профилей исследуемых мышц. Электромиографиче-ский профиль представляет собой устойчивый пространственно-временной паттерн биоэлектрической активности мышцы, отображающий последовательность и степень активации мышцы в процессе выполнения конкретного движения [5]. На рис. 3 показан пример электро-миографического профиля мышцы Latissimus Dorsi левой стороны.

Для количественной оценки усилий, развиваемых мышцами в процессе гребли, рассчитываются амплитудновременные параметры электромиографических профилей мышц. В представленной работе осуществляется расчет энергии сигналов электромиографа в выделенных ранее циклах гребли (для опорной и безопорной фаз гребка) в соответствии с авторской методикой [14]. В целом энергия цифрового сигнала рассматривается не как физическая величина, а как средство сравнения различных сигналов [6]. В случае электромиографии, энергия сигнала пропорциональна усилию, развиваемому мышцей в процессе движения [15].

Оценка стабильности двигательного паттерна гребцов-каноистов осуществляется на основе статистического анализа амплитудных и временных параметров электромио графических профилей мышц при различных

Рис. 2. Выделение циклов гребли

Рис. 3. Пример электромиографического профиля мышцы Latissimus Dorsi

условиях реализации движения. Для этого, в пределах заданного количества циклов гребли (не менее 10) определяется степень изменения следующих параметров: длительность цикла гребли ( T) , длительность опорной фазы гребка ( t ), энергия сигнала электромиографии исследуемых мышц в опорной фазе гребка ( E t ).

Для каждого цикла ( i ) гребли определяется отношение длительности опорной фазы гребка ( t ) к общей длительности цикла ( T) :

Δ ti =

ti

T i '

На заданном периоде наблюдения (определяется количеством циклов гребли N) рассчитывается среднее значение отношения длительности опорной фазы гребка к общей длительности цикла:

N

∆ti a t- = —^=—.                   (4)

N

На заданном периоде наблюдения (N) рассчитывается среднеквадратичное отклонение отношения длительности опорной фазы гребка к общей длительности цикла:

N ( A t i -A t ср )2

A '      1=1.11 =1'-

У = 0---------------.

N

На заданном периоде наблюдения ( N ) для каждой мышцы ( m ) рассчитывается среднее значение энергии сигнала электромиографии в опорной фазе гребка ( E t ):

N Ei г ср _ ^ i=1  '’ m

'•m =     N

На заданном периоде наблюдения (N) для каждой мышцы (m) рассчитывается среднеквадратическое откло- нение энергии сигнала электромиографии в опорной фазе гребка:

У

1 Z N = 1 ( E m - E )2

N

.

Среднеквадратичное отклонение энергии сигнала электромиографии в опорной фазе гребка и отношения длительности опорной фазы гребка к общей длительности цикла характеризуют степень вариабельности электрофизиологических (биоэлектрической активности мышц), и кинетических (временных) параметров двигательного паттерна гребцов от цикла к циклу.

На заданном периоде наблюдения рассчитывается коэффициент стабильности временной структуры гребка:

Δt kA ‘ = (1 - V) '1°0%.                      (8)

Коэффициент стабильности временной структуры гребка имеет значение в диапазоне (0-100 %).

На заданном периоде наблюдения рассчитывается коэффициент стабильности мышечной активности:

у M (1 - у m )

m =1V      E ср '

k E =-------- ‘m-

100%,

M

где M - количество исследуемых мышц. Коэффициент стабильности мышечной активности имеет значение в ди- апазоне (0-100 %).

Таким образом, стабильность двигательного паттерна гребцов оценивается двумя показателями: коэффициентом стабильности мышечной активности и коэффициентом стабильности временной структуры гребка.

Результаты и их обсуждение

В результате проведенных исследований для каждого спортсмена были рассчитаны следующие параметры:

  • 1.    Коэффициент стабильности мышечной активности в режиме максимальной мощности движений ( k E ' , %) при выполнении теста 1. Позволяет оценить адаптивную способность к сохранению сформированного паттерна биоэлектрической активности мышц при высоких силовых нагрузках.

  • 2.    Коэффициент стабильности мышечной активности в режиме максимального темпа движений ( k E , %) при выполнении теста 2. Позволяет оценить адаптивную способность к сохранению сформированного паттерна биоэлектрической активности мышц при высоких темпах движения.

  • 3.    Коэффициент стабильности временной структуры гребка в режиме максимальной мощности движений ( к Л ' , %) при выполнении теста 1. Позволяет оценить адаптивную способность к сохранению ритма движения при высоких силовых нагрузках.

  • 4.    Коэффициент стабильности временной структуры гребка в режиме максимального темпа движений ( к Л ' , %) при выполнении теста 2. Позволяет оценить адаптивную способность к сохранению ритма гребли при высоких темпах движения.

Данные, характеризующие индивидуальную стабильность мышечной активности гребцов в режиме максимальной мощности движений ( k E ' , %) и в режиме максимального темпа движений ( k E , %), представлены в табл.

Анализ данных позволяет сделать вывод, что для квалифицированных представителей гребли на каноэ характерна высокая стабильность реализации паттерна биоэлектрической активности мышц во время гребли (в среднем более 86 %) вне зависимости от мощности и темпа движений. Это свидетельствует об эффективном овладении двигательными навыками и высоком уровне развития координационных способностей. При этом наблюдается тенденция повышения стабильности мышечной активности гребцов с увеличением тренировочного стажа (коэффициент корреляции Пирсона r = 0,70 для режима максимальной мощности движений и r = 0,73 для режима максимального темпа движений). Следует также отметить, что характер распределения мышечных усилий в опорной фазе гребка при выполнении тестов 1 и 2 не изменяется, но при этом наблюдается увеличение активности основных мышечных

Коэффициенты стабильности мышечной активности гребцов и временной структуры гребка

Спортсмены

Возраст, лет

Стаж занятий, лет

k E t , %

k E , %

к Л t , %

к Л , %

1

20

7

87,23

85,12

95,49

95,82

2

21

7

80,11

81,31

95,88

94,99

3

21

8

82,02

84,47

69,38

93,91

4

21

9

85,90

86,39

96,70

97,02

5

22

8

86,34

81,09

96,66

96,06

6

22

10

83,29

88,03

74,97

95,46

7

22

10

85,48

85,64

95,33

96,31

8

23

9

87,07

88,66

95,70

95,62

9

23

9

85,13

87,34

97,95

96,99

10

23

10

85,32

83,71

97,09

96,57

11

23

11

87,26

86,39

96,10

97,25

12

24

13

85,32

88,23

94,86

95,98

13

25

15

90,36

88,50

97,11

96,05

14

26

13

94,06

90,79

96,82

96,17

15

26

14

89,60

89,95

96,48

97,17

16

27

16

90,41

88,99

96,67

96,83

Математическое ожидание ± среднеквадратичное отклонение

23,20 ± 2,04

10,56 ± 2,83

86,55 ± 3,42

86,54 ± 2,85

93,32 ± 8,35

96,14 ± 0,88

Pectoralis major R

Pectoralis major R

Biceps brachii L

Latissimus dorsi L

Rectus abdominis L

Rectus femoris L

Triceps brachii L

Rectus abdominis R

Rectus femoris R

Triceps brachii R

Biceps brachii R

Biceps brachii L

Rectus abdominis L

Latissimus dorsi R

Latissimus dorsi L

Rectus femoris L

Triceps brachii L

Rectus abdominis R

Rectus femoris R

Triceps brachii R

Biceps brachii R

Latissimus dorsi R

Pectoralis major L Математическое ожидание

Cреднеквадратичное отклонение

а

Pectoralis major R

Pectoralis major L Математическое ожидание Cреднеквадратичное отклонение б

Pectoralis major R

Biceps brachii L

Latissimus dorsi L

Rectus abdominis L

Rectus femoris L

Triceps brachii L

Biceps brachii R

Rectus abdominis R Rectus abdominis L

Latissimus dorsi R

Latissimus dorsi L

Triceps brachii R Triceps brachii L

Rectus femoris R

Rectus femoris L

Biceps brachii L

Rectus abdominis R

Rectus femoris R

Triceps brachii R

Biceps brachii R

Latissimus dorsi R

Pectoralis major L Математическое ожидание

Cреднеквадратичное отклонение в

Pectoralis major L Математическое ожидание Cреднеквадратичное отклонение г

Рис. 4. Распределения усилий исследуемых мышц в опорной фазе гребка: а - спортсмены-левши, тест 1; б - спортсмены-левши, тест 2; в – спортсмены-правши, тест 1; г – спортсмены-правши, тест 2

групп в режиме максимального темпа выполнения тестового задания.

Это связано с тем, что тестовое задание 2 характеризуется высокой интенсивностью, которую необходимо поддерживать в течение определенного промежутка времени. На рис. 4 представлены лепестковые диаграммы распределение биоэлектрической активности ( А , мВ) исследуемых мышц при выполнении тестов 1 и 2.

Данные, характеризующие индивидуальную стабильность временной структуры гребка в режиме максимальной мощности движений ( k Λ t , %) и в режиме максимального темпа движений ( k Λ t , %), представлены в табл.

Анализ данных позволяет сделать вывод, что для квалифицированных представителей гребли на каноэ характерна высокая стабильность ритма гребков вне зависимости от мощности и темпа движений. Это свидетельствует об эффективном овладении двигательными навыками и высоком уровне развития координационных способностей. При этом, в режиме максимального темпа движений стабильность временной структуры гребка выше ( k Λ t = 96,14 ± 0,88 %), чем в режиме максимальной мощности движений ( kp Λ t = 93,32 ± 8,35 %).

Таким образом, предложенный подход к анализу элек-тромиографических профилей мышц позволил выявить значимые диагностические показатели физической и технической подготовленности гребцов на каноэ, что подтверждается проведенными исследованиями стабильности двигательного паттерна высококвалифицированных каноистов.

Заключение

В работе рассмотрен алгоритм автоматизированной оценки стабильности двигательного паттерна гребцов-каноистов на основе амплитудно-временного анализа элек-тромиографических профилей мышц. Особенностью предложенного алгоритма является выявление новых диагностических показателей физической и технической подготовленности гребцов: коэффициентов стабильности мышечной активности и временной структуры гребка.

Проведенные в работе исследования показали эффективность предложенного подхода к оценке стабильности двигательного паттерна гребцов-каноистов. Установлено, что для квалифицированных представителей гребли на каноэ характерна высокая стабильность мышечной активности (более 86 %) и временной структуры гребков (больше 93 %) вне зависимости от мощности и темпа движений. Это свидетельствует об эффективном овладении двигательными навыками и высоком уровне развития координационных способностей. Кроме того, установлена тенденция повышения стабильности мышечной активности гребцов с увеличением тренировочного стажа (коэффициент корреляции Пирсона r = 0,7 для режима максимальной мощности движений и r = 0,73 для режима максимального темпа движений). Предложенный алгоритм автоматизированной оценки стабильности двигательного паттерна гребцов-каноистов может быть использован для объективного контроля процесса обучения технике гребли и своевременной ее коррекции, оценки степени восстановления двигательных навыков после травм опорно-двигательного аппарата, разработки новых критериев оценки эффективности решения двигательной задачи.

development of motor skills // Kinesiology Review. – 2018. – Vol. 7, № 2. – P. 99–114.

http://www.northbaycanoeclub.ca/wp-content/uploads/ 2009/12/Canoe-Technical-Template.pdf (дата обращения: 01 Мая 2022).

Финансирование. Научная работа выполнялась в рамках задания государственной программы развития физической культуры и спорта в Республики Беларусь на 2016–2020 гг. «Разработать методику оценки компонентов координационных способностей спортсменов на основе анализа биоэлектрической активности мышц в движениях со сложной двигательной структурой» (2019–2020, № гос. рег. 20191858).

Список литературы Оценка стабильности двигательного паттерна гребцов-каноистов на основе амплитудно-временного анализа электромиографических профилей мышц

  • Верлин С.В., Семаева Г.Н., Маслова И.Н. Факторы, определяющие эффективность техники гребли // Ученые записки университета им. ПФ Лесгафта. - 2014. - № 4 (110). - С. 29-34.
  • Давыдова Н.С. Аппаратно-программный комплекс многоканальной электромиографии для диагностики двигательных навыков человека: автореф. дис. ... канд. тех. наук . - Минск: БГУИР, 2012. - 23 с.
  • Давыдова Н.С., Васюк В.Е., Парамонова Н.А. и др. Алгоритм анализа кинематических характеристик бега // Доклады Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. -2020. - Т. 18., № 8. - С. 37-45.
  • Лукашевич Д.А., Васюк В.Е. Развитие силы ведущих групп мышц спортсменов-гребцов с использованием биологической обратной связи // Мир спорта. - 2018. -№ 1 (70). - С. 21-25.
  • Петрушанская К.А., Витензон А.С. Трансформация электромиографического профиля мышц при патологической ходьбе // Российский журнал биомеханики. - 2002. - № 3. - С. 77-91.
  • Akay M. Biomedical signal processing. - Academic press, 2012. - 392 p.
  • Anderson D.I. Motor development: Far more than just the development of motor skills // Kinesiology Review. - 2018. - Vol. 7, № 2. - P. 99-114.
  • Antoniou A. Digital filters: analysis, design, and signal processing applications. - McGraw-Hill Education, 2018. - 976 p.
  • Bohuslavska V., Furman Y., Pityn M. et al. Improvement of the physical preparedness of canoe oarsmen by applying different modes of training loads // Journal of Physical Education and Sport. - 2017. - Vol. 17, №2 2. - P. 797-803.
  • Brymer E. Skill development in canoeing and kayaking: An individualised approach // Motor Learning in Practice. -Routledge, 2010. - P. 152-160.
  • Buday T. Canoe technical template. Canoe kayak canada [Электронный ресурс]. - URL: http://www.northbaycanoeclub.ca/wp-content/uploads/ 2009/12/Canoe-Technical-Template.pdf (дата обращения: 01 Мая 2022).
  • Caplan N. The influence of paddle orientation on boat velocity in canoeing // International Journal of Sports Science and Engineering. - 2009. - Vol. 3, №2 03. - P. 131139.
  • Chalubinska D., Truszczynska-Baszak A., Reszelewska A. et al. Twelve-week sensorimotor training as a factor influencing movement patterns of canoe slalom athletes, assessed by the functional movement screen // Biomedical Human Kinetics. - 2020. - Vol. 12, № 1. - P. 10-16.
  • Davydova N., Davydov M., Osipov A. et al. Complex analysis of human movements based on the identification of amplitude-time characteristics of electromyographic patterns // Global Journal of Research in Engineering. -2019. - Vol. 19, № 5. - P. 15-26.
  • Davydova N., Vasiuk V., Osipov A. et al. Estimation of athlete coordination abilities based on the reproducibility analysis of the electromyographic patterns of complex coordination movements // Journal of Engineering Science. - 2019. - Vol. XXVI, № 2. - P. 85-98.
  • De Luca C.J., Gilmore L.D., Kuznetsov M. et al. Filtering the surface EMG signal: Movement artifact and baseline noise contamination // Journal of biomechanics. - 2010. -Vol. 43, № 8. - P. 1573-1579.
  • Delsys. Trigno Wireless System [Электронный ресурс]. -URL: https://delsys.com/trigno/research/ (дата обращения: 01 Марта 2022).
  • Dockstader S.L., Tekalp A.M. A kinematic model for human motion and gait analysis // Proc. of the Workshop on Statistical Methods in Video Processing (ECCV). -2002. - P. 49-54.
  • Du J., Gerdtman C., Linden M. Signal quality improvement algorithms for MEMS gyroscope-based human motion analysis systems: A systematic review // Sensors. - 2018. -Vol. 18, № 4. - P. 1123.
  • Duffy V.G. Handbook of digital human modeling: research for applied ergonomics and human factors engineering. -CRC press, 2016. - 1006 p.
  • Elphinston J. Stability, sport, and performance movement: great technique without injury. - North atlantic books, 2008. - 336 p.
  • Hermens H.J., Freriks B., Merletti R. et al. European recommendations for surface electromyography // Roessingh research and development. - 1999. - Vol. 8, № 2. - P. 13-54.
  • Hoyt R., Muenchen R. Introduction to biomedical data science. - Lulu. com, 2019. - 258 p. Hunter M., Curinier S. Training for canoeing // Handbook of Sports Medicine and Science Canoeing. - 2019. - P. 7190.
  • Janshen L., Mattes K., Tidow G. Muscular coordination of the lower extremities of oarsmen during ergometer rowing // Journal of Applied Biomechanics. - 2009. - Vol. 25, № 2. - P. 156-164.
  • Latash M.L., Scholz J.P., Schöner G. Toward a new theory of motor synergies // Motor Control. - 2007. - Vol. 11. -№ 3. - P. 276-308.
  • Limonta E., Squadrone R., Rodano R. et al. Tridimensional kinematic analysis on a kayaking simulator: key factors to successful performance // Sport Sciences for Health. - 2010. - Vol. 6, № 1. - P. 27-34.
  • Luft A.R., Buitrago M.M. Stages of motor skill learning // Molecular neurobiology. - 2005. - Vol. 32, № 3. - P. 205216.
  • Lukashevich D. Experimental substantiation of special training simulators application during canoeists' training process // Sporto mokslas. - 2017. - Vol. 3. - P. 40-46. Mackenzie H.A., Bull A.M., McGregor A.H. Changes in rowing technique over a routine one hour low intensity high volume training session // Journal of Sports Science & Medicine. - 2008. - Vol. 7, № 4. - P. 486.
  • Magill R., Anderson D. Motor learning and control. - New York: McGraw-Hill Publishing, 2010. - 498 p.
  • McGregor A.H., Bull A.M.J., Byng-Maddick R. A comparison of rowing technique at different stroke rates: a description of sequencing, force production and kinematics // International Journal of Sports Medicine. - 2004. - Vol. 25, № 06. - P. 465-470.
  • Merletti R., Farina D. Surface electromyography: physiology, engineering, and applications. - John Wiley & Sons, 2016. - 592 p.
  • Messias L.H.D., dos Reis I.G.M., Ferrari H.G. et al. Physiological, psychological and biomechanical parameters applied in canoe slalom training: a review // International Journal of Performance Analysis in Sport. -2014. - Vol. 14, № 1. - P. 24-41.
  • Newell K.M. What are fundamental motor skills and what is fundamental about them? // Journal of Motor Learning and Development. - 2020. - Vol. 8, № 2. - P. 280-314.
  • Pelham T.W., Burke D.G., Holt L.E. Sports performance series: the flatwater canoe stroke // Strength & Conditioning Journal. - 1992. - Vol. 14, № 1. - P. 6-9.
  • Place N., Billat V. New field test to track changes of flatwater paddling performance: a preliminary study // Perceptual and Motor Skills. - 2012. - Vol. 115, № 3. - P. 933-936.
  • Readi N.G., Rosso V., Rainoldi A. et al. Do sweep rowers symmetrically activate their low back muscles during indoor rowing? // Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. - 2015. - Vol. 25, № 4. - P. e339-e352.
  • Renshaw I., Davids K., Savelsbergh G.J. Motor learning in practice. - Routledge, 2010. - 272 p.
  • Sealey R.M., Ness K.F., Leicht A.S. Effect of self-selected and induced slow and fast paddling on atroke kinematics during 1000 m outrigger canoeing ergometry // Journal of Sports Science & Medicine. - 2011. - Vol. 10, № 1. - P. 52-58.
  • Shaharudin S., Zanotto D., Agrawal S. Muscle synergies of untrained subjects during 6 min maximal rowing on slides and fixed ergometer // Journal of Sports Science & Medicine. - 2014. - Vol. 13, № 4. - P. 793-800.
  • Shumway-Cook A., Woollacott M.H. Motor control: translating research into clinical practice. - Lippincott Williams & Wilkins, 2007. - 680 p.
  • So R.C., Michael A.T., Wong S.C. Application of surface electromyography in assessing muscle recruitment patterns in a six-minute continuous rowing effort // Journal of Strength and Conditioning Research. - 2007. - Vol. 21, № 3. - P. 724-730.
  • Tomiak T., Gorkovenko A.V., Tal'nov A.N. et al. The averaged EMGs recorded from the arm muscles during bimanual "rowing" movements // Frontiers in Physiology. - 2015. - Vol. 6. - P. 349.
  • Tortora G.J., Derrickson B.H. Principles of anatomy and physiology. - John Wiley & Sons, 2018. - 1248 p.
  • Turpin N.A., Guevel A., Durand S. Effect of power output on muscle coordination during rowing // European Journal of Applied Physiology. - 2011. - Vol. 111, № 12. -P. 3017-3029.
  • Wei G., Luo J. Sport expert's motor imagery: Functional imaging of professional motor skills and simple motor skills // Brain Research. - 2010. - Vol. 1341. - P. 52-62.
  • Williams A.M., Hodges, N.J Skill acquisition in sport: Research, theory and practice. - Routledge, 2012. - 385 p.
  • Woodman O.J. An introduction to inertial navigation. -University of Cambridge, Computer Laboratory, 2007. - №. UCAM-CL-TR-696.
  • Zahalka F., Maly T., Mala L. et al. Kinematic analysis of Canoe stroke and its changes during different types of paddling pace-case study // Journal of Human Kinetics. -2011. - Vol. 29. - P. 25-31.
Еще
Статья научная