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Sportliche Leistungsfähigkeit und zeitabhängiges Frequenzverhalten von Oberflächenelektromyogrammen

Autor :Mario Heller
Herkunft :OvGU Magdeburg, Fakultät für Geistes- Sozial- und Erziehungswissenschaften
Datum :10.10.2005
 
Dokumente :
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Typ :Dissertation
Format :Text
Kurzfassung :Sportliche Leistungsfähigkeit - insbesondere deren Komponenten Kraft, Schnelligkeit, Ausdauer und Koordination - sind untrennbar verbunden mit der Aktivität bzw. Aktivierung von bewegungs- und somit leistungsrelevanter Skelettmuskulatur. Ein verbreitetes biomechanisches Verfahren zu deren Beurteilung ist die Oberflächenelektromyografie (EMG), bei der Erregungs- und Kontraktionszustände erfasst werden. Zu den quantitativen Analysen von EMG-Signalen gehört die Abschätzung des Frequenzgehaltes. Herkömmliche Verfahren (z.B. FFT) setzen voraus, dass zumindest innerhalb eines gleitenden Zeitfensters Stationarität vorliegt. Biologische Signale zeichnen sich jedoch dadurch aus, dass sie Veränderungen in der Zeit unterliegen. Die zeitvariante oder auch adaptive dynamische Spektralanalyse stellt ein dynamisches Verfahren dar, das Mitte der 90er Jahre für die Auswertung nichtstationärer biologischer Signale, entwickelt wurde. Das Verfahren basiert auf der parametrischen Berechnung des Leistungsspektrums aus den Parametern eines kontinuierlich angepassten ARMA-Modells (Auto Regressive Moving Average). Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, mit Hilfe der zeitvarianten Spektralanalyse verschiedene sportwissenschaftliche Problemstellungen zu bearbeiten und mögliche Zusammenhänge zwischen der Charakteristik des Spektrums und dem Leistungsniveau bzw. dem Trainingszustand aufzuzeigen. Es werden Fragen zum Trainingsprozess im Techniktraining, im Krafttraining sowie zu Ermüdungsprozessen bearbeitet. Weiterhin werden Modellentwicklungen und Simulationsergebnisse vorgestellt, die das Entladungsverhalten von motorischen Einheiten (ME) nachbilden, um Fragen zur intramuskulären Koordination bearbeiten zu können. Die wesentlichen Ergebnisse und Erkenntnisse dieser Arbeit lassen sich wie folgt zusammenfassen: Bei verschiedenen Fragestellungen spiegelt sich sportliche Leistungsfähigkeit bzw. sportliche Leistung im zeitabhängigen Frequenzverhalten von EMG-Signalen wider. Durch Maximalkraft- bzw. Explosivkrafttraining konnten u.a. Signalleistungen in höheren Frequenzbändern sowie eine größere Strukturiertheit in den Zeit-Frequenz-Spektren identifiziert werden. Bei Kraftausdauerbelastungen leistungssportlich orientierter Schwimmerinnen deutet vieles darauf hin, dass ein individuell deutlicheres Absinken der Frequenzen im EMG-Signal einherzugehen scheint mit größerer Ermüdung infolge größerer erbrachter mechanischer Leistung. Im Techniktraining von Willkürbewegungen (exemplarisch untersucht an der Auflösung des Kräftegleichgewichtes beim Lösen des Pfeils im olympischen Bogenschießen auf hohem Leistungsniveau) zeigte das untersuchte Subsystem Muskel bei äußerst stabiler Bewegungskoordination ein hohes Maß an Variabilität im zeitlichen Frequenzverhalten ohne direkten Bezug zur sportlichen Leistungsfähigkeit. Die Modellentwicklungen liefern einen Ansatz, mit Hilfe von Proportional-Elementen mit Verzögerung II. Ordnung (PT2-Elementen) aus der Regelungs-technik und deren Ansteuerung über Fuzzy-Systeme das isometrische Kraft-Zeit-Verhalten von verschiedenen ME-Populationen bezogen auf konstante und variable Sollwerte nachzubilden. Für zwei ME-Populationen konnte exemplarisch gezeigt werden, dass zufällige Veränderungen im zeitlichen Zusammenspiel der ME zu Unterschieden im Maximalkraftverhalten des gesamten ME-Pools in einer Größenordnung von über 10% führen. Das deutet darauf hin, dass es für ein gezieltes Kraft-Zeit-Verhalten optimale Impulsfolgenmuster im Sinne eines koordinierten Zusammenspiels der ME gibt.
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Erstellt am :24.06.2008 - 07:39:48
Letzte Änderung :22.04.2010 - 08:21:26
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