Unterschied in den Muskelsynergien der Schmetterlingstechnik mit und ohne Schwimmerschulter

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 14546 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Ziel dieser Studie war es zu untersuchen, ob sich die Muskelsynergie zwischen Schwimmern mit und ohne Schwimmerschulter bei der Schmetterlingstechnik unterscheidet. Muskelsynergien, die die Muskelkoordination beurteilen können, wurden mittels Oberflächenelektromyographie analysiert. In diese Studie wurden 20 Eliteschwimmer einbezogen (Schwimmerschulter: n = 8; Kontrolle: n = 12). Die Bewegungen bei der Ausführung der Butterfly-Technik wurden in die frühen Durchzugs-, Spätdurchzugs- und Erholungsphasen eingeteilt. Die mithilfe der nichtnegativen Matrixfaktorisierungsmethode analysierten Muskelsynergiedaten wurden zwischen den beiden Gruppen verglichen.

Die Schwimmgeschwindigkeiten betrugen 1,66 ± 0,09 m・s −1 und 1,69 ± 0,06 m・s −1 für die Kontrollgruppe und die Schultergruppe des Schwimmers. In beiden Gruppen wurden vier Muskelsynergien identifiziert: Synergie Nr. 1, die am frühen Zug beteiligt war; Synergie Nr. 2, beteiligt am Late Pull; Synergie Nr. 3, beteiligt an der frühen Genesung; und Synergie Nr. 4, beteiligt an der Vor- und Nachbereitung. Im Vergleich zur Kontrollgruppe hatte die Schwimmerschultergruppe während der frühen Zugphase einen geringen Beitrag des großen Brustmuskels (p = 0,032) und einen hohen Beitrag des Rectus femoris (p = 0,036). In der späten Zugphase war der Beitrag des unteren Trapezmuskels in der Schultergruppe des Schwimmers gering (p = 0,033), während der Beitrag des oberen Trapezmuskels in der Phase vor und nach dem Eintritt hoch war (p = 0,032). Bei der Rehabilitation von Sportlern mit Schwimmerschulter ist es daher wichtig, in jeder Phase eine gezielte Muskelrehabilitation einzuleiten.

Die Schulter eines Schwimmers ist die häufigste Verletzung beim Schwimmen1,2, da 91 % der Wettkampfschwimmer im Laufe ihres Lebens davon betroffen sind3,4. Bei Schwimmerschultern treten Schulterschmerzen besonders häufig auf und sind eine der Hauptursachen für mangelndes Training5. Beim Schwimmen handelt es sich um eine Überkopfsportart. Die sich stark wiederholenden Überkopfbewegungen der oberen Gliedmaßen erzeugen den größten Teil des Vortriebs, der für die Ausführung von drei Haupttechniken erforderlich ist: Kraulschwimmen, Schmetterlingstechnik und Rückenschwimmen. Spitzenschwimmer schwimmen 14.000 m pro Tag, was > 2.500 Schulterrotationen pro Tag und > 16.000 pro Woche erfordert6. Das Volumen des Schwimmtrainings ist bei jugendlichen Leistungsschwimmern mit Schulterschmerzen verbunden7. Darüber hinaus war Schwimmen in einer Studie, in der die Sportverletzungen untersucht wurden, die während jeder Sportveranstaltung bei den Olympischen Spielen 2016 in Rio de Janeiro erlitten wurden, die einzige Sportart, bei der es im Training deutlich häufiger zu Verletzungen kam als im Wettkampf8.

Bei der Schwimmerschulter handelt es sich um ein schmerzhaftes Syndrom der vorderen Schulter, das durch wiederholtes Auftreffen der Rotatorenmanschette unter dem koronalen Akromionbogen hervorgerufen wird9. Typischerweise wird diese Diagnose als „Impingement-Syndrom“ bezeichnet. Studien über die Schulter des Schwimmers und damit verbundene Faktoren wurden häufig retrospektiv durchgeführt. Frühere Untersuchungen berichteten über verringerte Ausdauer, mangelnde Koordination oder Schwäche der Schultermuskulatur, mangelnde Stabilität des Schulterblatts, schlechte Körperhaltung, mangelnde Rumpfstabilität und Veränderungen der Schulter- und Wirbelsäulenbeweglichkeit9,10 ,11,12. Es wird angenommen, dass wiederholte Belastungen durch Schulterbewegungen bei den Butterfly- und Frontcrawl-Techniken zu einer Beeinträchtigung der Supraspinatus- und Bizepssehnen führen. Diese Entzündung kann wiederum zu Läsionen der Rotatorenmanschette führen13. Es ist bekannt, dass auch Faktoren wie die Handpositionierung und Atemtechniken die Schulterbewegungen während dieser Ereignisse beeinflussen13,14,15,16. Darüber hinaus wurde vermutet, dass die Rotation des Körpers mit der Ätiologie der Schulter des Schwimmers bei Techniken zusammenhängt, die eine Körperrotation beinhalten, wie z. B. Krabbeln und Rückenschwimmen5,17. Die in diesen Studien beschriebenen Mechanismen legen auch nahe, dass eine asymmetrische Körperrotation zur Entwicklung eines Schulterimpingements beitragen kann5,17.

Zusätzlich zu den wenigen Studien zur Schultergelenkbewegung beim Schwimmen gibt es nur wenige elektromyographische Studien. In früheren Studien zur Elektromyographie (EMG) beim Schwimmen haben Clarys et al. analysierten Schulter- und Unterarm-EMGs beim Kraulschwimmen18. Figueiredo et al. analysierten die eventuellen kinematischen und elektromyografischen Veränderungen während eines maximalen 200-m-Vorwärtskriechens im Renntempo19. Die mittels EMG durchgeführte Forschung zur Schulter von Schwimmern konzentrierte sich auf das Schultergelenk beim Schmetterlingsschwimmen, Kraulschwimmen, Rückenschwimmen und Brustschwimmen20. Wenn man jedoch bedenkt, dass frühere Studien bereits in den 1990er Jahren durchgeführt wurden21,22,23, verbessern sich die Wettkampfergebnisse mittlerweile rasch, und die Faktoren für das Auftreten können andere sein. Darüber hinaus konzentrierten sich frühere Studien nur auf die umgebenden Muskeln des Schultergelenks. Die Schwimmbewegung basiert auf dem Rumpf sowie den oberen und unteren Gliedmaßen, um Vortriebskraft zu erhalten. Daher ist es möglich, dass nicht nur die Muskeln rund um das Schultergelenk, sondern auch die Koordination mit der Rumpf- und unteren Extremitätenmuskulatur die Entstehung von Verletzungen des Schultergelenks beeinflussen.

Die Analyse der nichtnegativen Matrixfaktorisierung (NMF)24, die auf Bernsteins Konzept der Muskelsynergie basiert, wurde zur Bewertung der Muskelkoordination verwendet. Die NMF-Analyse erfordert EMG-Daten und ist in zwei Faktoren unterteilt: Muskelsynergievektoren und zeitliche Aktivierungsmuster. Muskelsynergievektoren geben die Muskelkoordination an, bei der es sich um eine zeitinvariante Matrix handelt, die die Gewichte enthält, die dem Beitrag jedes Muskels zum spezifischen Muskel entsprechen, während die zeitlichen Aktivierungsmuster den Aktivierungszeitpunkt der Muskelsynergie angeben25. Auch sportliche Aktivitäten wurden mithilfe von NMF analysiert, obwohl nur begrenzte Studien durchgeführt wurden26. Es wurden Studien zur NMF-Analyse zum Vergleich von Sportlern und Nichtsportlern27 sowie vor und nach Trainingsinterventionen28 durchgeführt, obwohl nur wenige Studien das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Verletzung untersuchten29. Frühere Studien zur Bewertung der Koordination beim Schwimmen verwendeten Methoden wie Bewegungsanalyse30,31,32 und Muskelsynergieanalyse33,34.

Bisher wurden in keiner Studie Unterschiede in der Muskelsynergie bei Vorliegen oder Fehlen einer Verletzung untersucht. Hier konzentrierten wir uns auf die Schmetterlingstechnik und diese Studie zielte darauf ab, festzustellen, ob sich die Muskelkoordination der oberen, Rumpf- und unteren Gliedmaßen während der Schmetterlingstechnik bei Spitzenschwimmern zwischen denen mit und ohne Schulterschmerzen unterscheidet. Da berichtet wurde, dass Synergien je nach Verletzung und Ermüdung in anderen Sportarten variieren, stützten wir unsere Hypothese auf diese Studien29,35. Die Hypothese war, dass Schwimmer mit einer Schwimmerschulter andere Muskelsynergien als in Kontrollgruppen aufweisen würden und dass Schwimmer mit einer Schwimmerschulter eine schlechte Koordination der oberen Gliedmaßen und des Rumpfes/unteren Gliedmaßen aufweisen würden.

An dieser Studie nahmen 20 junge Männer teil. Alle Teilnehmer trainierten zehnmal pro Woche mit einer College-Schwimmmannschaft. Sie waren Eliteschwimmer; Einer hatte bei den Olympischen Spielen in Rio eine Medaille in der Schmetterlingstechnik erhalten, und einer hatte bei Universiade-Wettbewerben eine Goldmedaille im Schmetterlingsschwimmen erhalten. Schwimmer mit einer Vorgeschichte von Erkrankungen der unteren Extremitäten, neurologischen Störungen oder Operationen an den unteren Extremitäten wurden ausgeschlossen. Die Teilnehmer der Kontrollgruppe hatten in ihrem bisherigen Wettkampfleben keine Schulterschmerzen oder Schulterverletzungen und erlitten sechs Monate nach der Messung keine orthopädischen Verletzungen an irgendeinem Körperteil. Die Schultergruppe der Schwimmer wurde definiert als diejenigen mit einer Vorgeschichte von Schultergelenkverletzungen innerhalb eines Jahres, und die Schultererkrankung wurde von einem orthopädischen Chirurgen bestätigt. Darüber hinaus hatten die Schwimmer in der Schultergruppe der Schwimmer zum Zeitpunkt der Messung in den elektromyographischen Daten keine Schmerzen, erlitten jedoch innerhalb von sechs Monaten nach der Messung wiederkehrende Schulterverletzungen.

Die Angaben zur Kontrollgruppe lauten wie folgt: n = 12; Alter: 20 ± 1 Jahre; Höhe: 1,78 ± 0,07 m; Gewicht: 71,3 ± 5,5 kg; Punkte des Internationalen Schwimmverbandes (FINA): 787,1 ± 106,4; und Schwimmerfahrung, 13 ± 2 Jahre. Einzelheiten zu den Schultergruppendetails des Schwimmers sind wie folgt: n = 8; Alter: 21 ± 2 Jahre; Höhe: 1,77 ± 0,06 m; Gewicht: 73,3 ± 6,1 kg; FINA-Punkte 756,9 ± 99,1; und Schwimmerfahrung, 13 ± 4 Jahre. Die beiden Gruppen wiesen keine signifikanten Unterschiede in den Merkmalen auf. Die Teilnehmer wurden umfassend über die Risiken, Vorteile und Belastungen der Studie informiert und ihre schriftliche Einverständniserklärung wurde eingeholt. Die Studie wurde in Übereinstimmung mit der Deklaration von Helsinki durchgeführt und vom Forschungsethikausschuss der Waseda-Universität genehmigt (2016–267).

Experimentelle Versuche wurden in einem 50-m-Hallenbecken durchgeführt. Nach einem 15-minütigen Aufwärmen mit Aerobic-Schwimmen geringer bis mittlerer Intensität und Elementen von Bewegungen der unteren Gliedmaßen und Bohrübungen absolvierten die Teilnehmer ein 25-m-Schmetterlingsschwimmen im Tempo eines 100-m-Schmetterlingsrennens. Mit einem Abstoß von der Wand begannen sie im Wasser zu schwimmen. Zwei Kameras (Hochgeschwindigkeitskamera 1394, DKH Inc., Japan) wurden 10 m und 15 m von der Wand entfernt installiert. Sie filmten die sagittalen Bewegungen der Schwimmer und zeichneten Videos durch Unterwasserfenster mit einer Abtastrate von 200 Hz auf. Drahtlose LED-Marker wurden auf dem Processus styloideus, dem lateralen Epicondylus des Humerus, dem Akromion und dem Trochanter major angebracht (Kirameki, Nobby Tech, Inc., Tokio, Japan), um die Phasen des Schwimmzyklus zu trennen. Die Markierungen wurden auf der rechten Seite jedes Teilnehmers der Kontrollgruppe und auf der verletzten Seite jedes Teilnehmers der Schultergruppe des Schwimmers angebracht.

EMG-Daten wurden mit einem drahtlosen EMG-System (Biolog2, S&ME, Inc., Tokio, Japan) gemessen, das von 12 Muskeln auf der rechten Körperseite in der Kontrollgruppe und auf der verletzten Schulterseite in der Schultergruppe der Schwimmer aufgezeichnet wurde (Abb. 1). Elektroden wurden über den folgenden Muskeln platziert: Bizeps-Brachii (BB), Trizeps-Brachii (TB), Latissimus dorsi (LD), Serratus anterior (SA), Großer Brustmuskel (PM), oberer Trapezius (UT), unterer Trapezius (LT), innerer schräger Bauchmuskel (IO), äußerer schräger Bauchmuskel (EO), gerader Bauchmuskel (RA), gerader Rückenstrecker (ES) und gerader Bauchmuskel (Rectus femoris, RF) (Tabelle 1). Vor dem Anbringen der Oberflächenelektrode wurde die Haut mit einem Hautscheuermittel und Alkohol gerieben, um den Hautwiderstand zu verringern. Die Elektroden wurden parallel zur Impedanz der Muskelfasern auf einen Wert < 2 kΩ angebracht. Es wurden paarweise Einweg-Ag/AgCl-Oberflächenelektroden verwendet (BlueSensor N-00-S, METS Co., Japan). Unter Verwendung der Methodik von Figueiredo et al.19. wurde die Abtastfrequenz auf 1000 Hz eingestellt. Die Elektroden wurden wasserdicht gemacht, indem sie mit einem wasserfesten Klebeband abgedeckt wurden, basierend auf dem Protokoll von Martens et al.36. Zur Synchronisierung der Video- und EMG-Daten wurde ein Synchronizer (PTS-110, DKH Inc., Japan) an beide Triggerkanäle angeschlossen. Video- und EMG-Daten wurden gleichzeitig aufgezeichnet.

(A) Elektrodenplatzierung. (B) Die wasserfesten Elektroden wurden mit wasserfesten Klebefolien abgedeckt, um ein Eintauchen in Wasser zu verhindern.

Es wurden drei Zyklusmessungen der Schmetterlingstechnik analysiert. Jeder Zyklus war Schwankungen der kinematischen Parameter unterworfen37. Daher wurden in der vorliegenden Studie drei Zykluswerte analysiert. Dabei wurde ein Zyklus als die Zeitspanne vom ersten Eintauchen der Hand ins Wasser bis zum erneuten Eintauchen ins Wasser definiert. Unter der Annahme, dass ein Schwimmzyklus 100 % beträgt, waren die drei Phasen und die Anzahl der Datenintervalle pro Phase wie folgt: Die Unterwasserphase mit der Hand im Wasser und die Erholungsphase mit dem Wasserteil wurden für jeden Teilnehmer definiert. (1) Frühes Durchziehen wurde definiert als der Beginn des Eintauchens der Hand ins Wasser und das Ende, wenn der Humerus senkrecht zur Rumpfachse steht und das Akromion mit dem Trochanter major verbindet. (2) Das späte Durchziehen begann mit der Beendigung des frühen Durchziehens und endete, als die Hand das Wasser verließ. (3) Die Erholungsphase begann mit dem Beginn des Handausgangs und endete mit dem Handeingang. Diese Phase wurde aus einem Bericht von Pink et al.38 abgeleitet (Abb. 2).

Definitionen der verschiedenen Phasen von Schwimmzyklen. (1) Das frühe Durchziehen begann zu Beginn des Eintauchens der Hand ins Wasser und endete, als der Humerus senkrecht zur Rumpfachse stand und das Akromion mit dem Trochanter major verband. (2) Das späte Durchziehen begann mit der Beendigung des frühen Durchziehens und endete, als die Hand das Wasser verließ. (3) Die Erholungsphase begann mit dem Beginn des Handausgangs und endete mit dem Handeingang.

Die aufgezeichneten EMG-Daten wurden mit biomedizinischer Informationssoftware (BIMUTAS-Video, Kissei Comtec Co., Ltd., Japan) analysiert. Die EMG-Daten wurden unter Bezugnahme auf Vaz et al.33 gefiltert. Die Rohdaten wurden zwischen 20 und 450 Hz bandpassgefiltert (Butterworth vierter Ordnung), um Signalrauschen zu unterdrücken. Die unter Wasser aufgezeichneten EMG-Signale können im Vergleich zu Messungen an Land durch Artefakte beeinträchtigt sein. Daher wurde ein Tiefpassfilter eingesetzt, um Rauschen und Störungen im Wasser zu entfernen. Die vollwellengleichgerichteten und linearen Hüllkurvensignale für jeden Muskel wurden durch Butterworth-Tiefpassfilterung ohne Verzögerung (vierte Ordnung, Grenzfrequenz 20 Hz) der vollständig gleichgerichteten EMG-Signale erhalten. Die EMG-Daten wurden dann relativ zu den zugehörigen Spitzenwertdaten jedes Muskels normalisiert und auf 201 Zeitpunkte interpoliert. Muskelsynergiestudien interpolieren die Daten oft auf 100 oder 101 Punkte; Da es sich bei sportlichen Bewegungen jedoch um schnelle Bewegungen mit mehreren Änderungen an einem einzigen Punkt handelt, basierte die Interpolation unserer Daten auf einer Studie von Turpin et al., die Muskelsynergiedaten beim Rudern auf 201 Punkte interpolierten39.

Für den linearen Umschlag und NMF24 wurde ein benutzerdefinierter MATLAB-Code (MATLAB R2020, MathWorks, Inc., Natick, MA) verwendet. Die EMG-Matrix (E) wurde in räumliche Muskelsynergievektoren (W) zerlegt, die als Muskelsynergien und deren zeitliche Aktivierungsmuster (C) durch NMF gemäß Gl. bezeichnet werden. (1) :

E ist die ap mal n-Anfangsmatrix, „p“ ist die Anzahl der Muskeln und „n“ ist die Anzahl der Zeitpunkte. Die anfängliche Matrix besteht aus den normalisierten EMG-Daten und besteht aus dem Durchschnitt von drei Zyklen für jeden der zwölf Muskeln. E ist eine 12 x 201-Matrix, W stellt eine ap x s-Matrix dar und „s“ ist die Anzahl der Synergien und steht für Muskelsynergie. C ist eine s-mal-n-Matrix, die den Aktivierungskoeffizienten darstellt, und „e“ ist eine p-mal-n-Restfehlermatrix. Gl. (2) zeigt, dass die Matrix „e“, berechnet mit Gl. (1), wird minimiert. W ist ein Vektor; Bei der Berechnung wird es als \(\mathop{W}\limits^{\rightharpoonup}\) geschrieben. Für jeden Teilnehmer wiederholten wir die Analyse, indem wir die Anzahl der Synergien zwischen 1 und 11 variierten und die geringste Anzahl an Synergien wählten, die die berücksichtigte globale Varianz (VAF) erfüllten. VAF ist definiert als 100 × das Bestimmtheitsmaß des unzentrierten Pearson-Korrelationskoeffizienten 40. Wir haben den Standard als VAF > 90 % definiert.

VAF wurde unter Verwendung von Gl. berechnet. (3).

Dabei reicht „i“ von 1 bis „p“ und „j“ von 1 bis „n“. Daher wurde in dieser Studie „i“ auf einen Wert von 1 bis 12 und „j“ auf einen Wert von 1 bis 201 festgelegt.

Der Shapiro-Wilk-Normalitätstest mit Lilliefors-Korrektur wurde auch verwendet, um die Normalität der Daten für die mittlere Schwimmgeschwindigkeit und den Prozentsatz jeder Phase zu bewerten. Die Schwimmgeschwindigkeit wurde aus der Zeit an den 10-m- und 15-m-Durchgangspunkten berechnet. Ein ungepaarter t-Test wurde durchgeführt, um die mittlere Schwimmgeschwindigkeit und den Prozentsatz jeder Phase zwischen den Gruppen zu vergleichen. Die Effektstärken wurden mithilfe von Cohens d für den ungepaarten t-Test berechnet. Die Entwicklung der VAF mit der Anzahl der extrahierten Synergien wurde zwischen den beiden Populationen mithilfe einer Varianzanalyse mit wiederholten Messungen verglichen. Wir führten einen ungepaarten t-Test für jeden der Muskelsynergievektoren durch, um die einzelnen Muskelgewichte zwischen den Gruppen zu vergleichen. Diese Vergleiche wurden mit IBM SPSS Statistics für Windows Version 24 (IBM Corp., Armonk, NY, USA) durchgeführt. Die Aktivierungsmuster wurden zwischen den beiden Gruppen mithilfe statistischer parametrischer Zuordnung (MATLAB R2020, MathWorks, Inc., Natick, MA) verglichen. Die statistische Signifikanz wurde auf einen ap-Wert < 0,05 festgelegt.

Tabelle 2 zeigt die kinematischen Ergebnisse während der Butterfly-Technik. Die Schwimmgeschwindigkeiten betrugen 1,66 ± 0,09 m・s−1 und 1,69 ± 0,06 m・s−1 für die Kontrollgruppe und die Schultergruppe des Schwimmers. Die Verhältnisse jeder Phase in einem Zyklus betrugen 35,8 ± 6,1 % (Kontrolle) und 39,2 ± 6,7 % (Schwimmerschulter) in der frühen Durchziehphase und 22,5 ± 3,6 % (Kontrolle) und 20,3 ± 3,8 % (Schwimmerschulter) in die späte Durchzugsphase. Die Erholungsphase betrug 41,6 ± 5,0 % (Kontrolle) und 40,5 ± 6,1 % (Schulter des Schwimmers). Zwischen den beiden Gruppen wurden keine signifikanten Unterschiede in jeder Phase beobachtet (Tabelle 2).

Abbildung 3 zeigt die VAF für jede Anzahl von Muskelsynergien in beiden Gruppen. Die extrahierte Anzahl der Signale betrug 4,0 ± 0,85 (Mittelwert ± Standardabweichung) für die Kontrollgruppe und 4,38 ± 0,52 für die Schultergruppe des Schwimmers. Es gab keine signifikanten Unterschiede in den Werten zwischen den Bedingungen (p > 0,05). Abbildung 4 zeigt vier verschiedene Arten von Muskelsynergien und die entsprechenden Aktivierungsmuster (Abb. 4). Bei jedem Bewegungszyklus war Synergie Nr. 1 bei etwa 20–30 % des Zyklus aktiv, was der frühen Zugbewegung entspricht; Synergie Nr. 2 war zu etwa 40 % aktiv, was der späten Zugbewegung entspricht; Synergie Nr. 3 war zu etwa 55–60 % aktiv, was der frühen Erholungsbewegung entspricht; und Synergie Nr. 4 war zu etwa 90–100 % bzw. 0–10 % aktiv, was den Aktionen vor und nach dem Eintauchen der Hand ins Wasser entspricht.

Als Anzahl der Synergien wurde die niedrigste Zahl festgelegt, bei der die globale Varianz (VAF) 90 % überstieg. Wenn die Anzahl der Synergien 4 betrug, überstieg der VAF 90 % sowohl in der Kontrollgruppe als auch in der Schultergruppe des Schwimmers.

Die Muskelsynergievektoren werden auf der linken Seite der Abbildung angezeigt, ausgerichtet auf den entsprechenden Aktivierungskoeffizienten. Die Synergieaktivierungsmuster sind auf der rechten Seite der Abbildung dargestellt. BB, Bizeps brachii; TB, Trizeps brachii; LD, Latissimus dorsi; SA, Serratus anterior; PM, großer Brustmuskel; UT, oberer Trapezius; LT, unterer Trapezius; IO, innerer schräger Bauch; EO, äußerer Schrägstrich; RA, gerader Abdomen; ES, Rückenstrecker; RF, Rectus femoris.

Synergie Nr. 1 ist in der frühen Zugphase aktiv und die Muskelsynergie zeigt einen höheren Beitrag von BB, LD, PM, IO, EO und RA. Die Synergievektoren für die PM betrugen 0,40 ± 0,12 für die Kontrolle und 0,23 ± 0,26 für die Schultergruppen des Schwimmers. Der Wert war für die Kontrollgruppe größer als für die Schulterschwimmergruppe (p = 0,032). Die Synergievektoren für die RF betrugen 0,11 ± 0,09 für die Kontrollgruppe und 0,19 ± 0,04 für die Schultergruppen der Schwimmer. Sie war für die Schultergruppe der Schwimmer größer als für die Kontrollgruppe (p = 0,036). Synergie Nr. 2 ist im Spätzug aktiv und die Muskelsynergiefaktoren sind TB, LD, IO, EO und RF, die einen hohen Beitrag leisten. Der Muskelsynergievektor für den LT war bei der Kontrollgruppe größer als bei der Schwimmer-Schultergruppe (p = 0,033). Synergie Nr. 3 ist in der frühen Erholung aktiv und die Muskelsynergie zeigt höhere Beiträge von TB, SA, TU, TL und ES. Diese Muskelsynergievektoren zeigten keinen Unterschied zwischen den Gruppen. Die Aktivierungsmuster von Synergy #4 nahmen vor und nach dem Eintauchen der Hand ins Wasser zu und der Beitrag von TU, TL und ES war hoch. Der Muskelsynergievektor der UT für die Schultergruppe des Schwimmers war größer als der der Kontrollgruppe (p = 0,032). Die Aktivierungsmuster zeigten bei keiner der Synergien einen signifikanten Unterschied zwischen den beiden Gruppen.

Diese Studie ist die erste, die die Unterschiede in der Muskelkoordination der Schulter-, Rumpf- und unteren Extremitätenmuskulatur zwischen Schwimmern mit und ohne Schwimmerschulter untersucht. Die Anzahl der Synergien in jeder Gruppe betrug vier, wobei die Synergien im frühen Pull (Synergie Nr. 1), im späten Pull (Synergie Nr. 2), in der frühen Erholung (Synergie Nr. 3) sowie vor und nach dem Wassereintritt (Synergie Nr. 4) aktiv waren. . Wir beobachteten keinen Unterschied im Timing der Aktivierungsmuster jeder Synergie, stellten jedoch einen Unterschied in den Muskelsynergievektoren fest.

Synergie Nr. 1 ist am frühen Pull beteiligt und die Signale zeigen höhere Beiträge von BB, LD, PM, IO, EO und RA. Die Muskelsynergievektoren für PM und RF unterschieden sich zwischen beiden Gruppen (p < 0,05) (Abb. 4). Das Gewicht des PM war in der Kontrollgruppe größer als in der Schwimmschultergruppe (p < 0,05). Im Gegensatz dazu war die Gewichtung des RF in der Schulterschwimmergruppe größer als in der Kontrollgruppe (p < 0,05). Die frühe Zugphase entsprach einer Steigerung der Schwimmgeschwindigkeit 37. Man ging davon aus, dass die Kontrollgruppe die Zugbewegungen mit dem PM durchgeführt hatte. Andererseits versuchte die Schwimmer-Schultergruppe, Bewegungen der unteren Gliedmaßen zu nutzen, um Vortrieb zu gewinnen, um den Mangel an Zugbewegungen mithilfe des PM zu kompensieren, was der Grund für die höhere RF-Aktivität in dieser Gruppe sein könnte.

Synergie Nr. 2 war zu etwa 40 % aktiv und wirkte wahrscheinlich mit einer späten Zugbewegung. Der Beitrag des LT war in der Kontrollgruppe größer als in der Schwimmschultergruppe. Beim Schwimmerschulter kommt es zum Impingement, wenn sich das Schulterblatt in einer erhöhten Position befindet13. Da der LT das Schulterblatt herunterdrücken kann, gingen wir davon aus, dass die Kontrollgruppe in der Lage war, die Zugbewegung durch Niederdrücken des Schulterblatts durch den LT durchzuführen und so die Entwicklung einer Schwimmerschulter zu vermeiden. Darüber hinaus waren in beiden Gruppen die Muskelgewichte von Synergy #2 für TB, LD, IO, EO und RA hoch; In früheren Studien wurde berichtet, dass TB und LD während des Spätzugs aktiv waren41. Zusätzlich zu diesen Muskeln waren IO, EO und RA hoch, und es wurde berichtet, dass diese Muskeln bei der Ausführung von wellenförmigem Unterwasserschwimmen eine Rolle spielten34. Daher ist beim späten Ziehen die Muskelkoordination von TB und LD (beteiligt an der Zugbewegung) sowie von IO, EO und RA (beteiligt an den Aktionen der unteren Extremitäten) wichtig, um die Koordination zwischen den Aktionen der unteren Extremitäten und dem zu verbessern Zugbewegung.

Synergie Nr. 3 war an der frühen Erholung beteiligt, und wir beobachteten in beiden Gruppen höhere Beiträge von TB, SA, UT, LT und ES. Es gab keine signifikanten Unterschiede in den Muskelsynergievektoren oder Aktivierungsmustern zwischen den beiden Gruppen. Daher ist es wahrscheinlich, dass aufgrund der Schmetterlingstechnik andere Phasen stärker an der Entstehung der Schwimmerschulter beteiligt sind. Synergie Nr. 4 vor und nach dem Wassereintritt; Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die obere Extremität in einer Flexions-/Innenrotationsposition, die der Neer-Testposition, einem Schultergelenk-Impingement-Test, ähnelt41. Bei Personen mit Schulter-Impingement-Syndrom wurde eine übermäßige Aktivität des UT und eine verminderte Aktivität des MT, LT und SA beobachtet42,43. In dieser Studie war der Beitrag des UT zur Synergie Nr. 4 in der Schulterschwimmergruppe ebenfalls höher als in der Kontrollgruppe (p < 0,05). Die Beteiligung des UT vor und nach dem Handeingriff könnte daher zu einer Schulterverletzung des Schwimmers führen. Daher sollte die Rehabilitation Schritte zur Kontrolle des Beitrags der UT zum Zeitpunkt des Eintritts umfassen.

Durch die Integration der Ergebnisse dieser Studie stellten wir fest, dass die Zielmuskeln in jeder Phase des Rehabilitationsprozesses unterschiedlich sind. Daher erfordert die Rehabilitation der Schulter des Schmetterlingsschwimmers phasenspezifische Eingriffe. Insbesondere ist es notwendig, Übungen einzuführen, die den Beitrag des PM-Muskels in der frühen Zugphase erhöhen. Da außerdem die Erzeugung von Auftrieb notwendig ist, um beim Schwimmen eine Vortriebskraft zu erzeugen44, wird die Verbindung zwischen den oberen und unteren Gliedmaßen in der frühen Zugphase als besonders wichtig erachtet. Es ist auch ratsam, Rehabilitationsmaßnahmen einzuführen, die den Beitrag des LT zum Spätzug erhöhen und dadurch die Beteiligung des UT vor und nach dem Eintritt verringern.

Diese Studie weist Einschränkungen auf, die beachtet werden sollten. Eine vollständige Bewegungsanalyse wurde nicht durchgeführt, da nur zwei Unterwasser-Hochgeschwindigkeitskameras vorhanden waren und wir die 3D-Bewegung nicht auswerten konnten. Hier wird die Bewegungsanalyse nur zur Phasenteilung und Berechnung der Schwimmgeschwindigkeit verwendet. Daher basierten die Definitionen der verschiedenen Phasen von Schwimmzyklen auch auf früheren Studien, die in zwei Dimensionen durchgeführt wurden38, der Schmetterling sollte jedoch auf der Grundlage einer dreidimensionalen Analyse in Abwärtsschwimmen, Einschwimmen, Aufwärtsschwimmen und Erholung unterteilt werden neuere frühere Forschung37. Darüber hinaus schwammen die Schwimmer 25 m im 100-m-Tempo und nicht unter maximaler Anstrengung. Da es im Wettkampfsport kein 25-m-Schwimmen gibt, wurden die Messungen in einem Tempo durchgeführt, das dem Wettkampftempo der Schwimmer ähnelt. Daher ist es möglich, dass sie etwas langsamer schwammen als ihr eigentliches Renntempo.

Da es sich bei den Probanden dieser Studie außerdem um hochqualifizierte Teilnehmer handelte, können die Ergebnisse nicht auf andere Sportlerpopulationen, wie z. B. Schwimmer mit niedrigem Leistungsniveau, Junior- oder Meisterschwimmer, übertragen werden. Martens et al. untersuchten die Elektromyographie des Kraulschwimmens und berichteten, dass Spitzensportler eine geringe intraindividuelle Variabilität, aber eine hohe interindividuelle Variabilität aufwiesen36,45. Basierend auf diesen Erkenntnissen ist es notwendig, die interindividuelle Variabilität je nach Niveau zu untersuchen. Vaz et al. verglich die Synergien während der Brustschwimmzyklen zwischen Elite- und Anfängerschwimmerinnen und identifizierte drei Muskelsynergien sowohl für Anfänger als auch für Eliteschwimmer. Obwohl die Zusammensetzung zwischen den beiden Populationen ähnlich war, zeigte die dritte Synergie eine hohe Variabilität innerhalb jeder Gruppe33. Daher kann der Mechanismus des Auftretens von Schulterverletzungen je nach Wettbewerbsniveau und Generation unterschiedlich sein. Darüber hinaus handelt es sich bei der vorliegenden Studie nicht um eine prospektive Studie, weshalb eine Angabe der Risikofaktoren nicht möglich ist. Zukünftig sollte eine prospektive Kohortenstudie eingeführt werden, weitere Untersuchungen sind erforderlich.

Ein Vergleich der Muskelkoordination bei der Ausführung der Schmetterlingstechnik mit und ohne Schwimmerschulter zeigte Unterschiede im Beitrag der Muskelsynergie in jeder Phase. Probanden mit Schwimmerschulter zeigten während der frühen Zugphase eine geringe Beteiligung des PM und einen hohen Beitrag des RF; Daher sollte eine Rehabilitation zur Aufrechterhaltung der Verbindung zwischen der oberen und unteren Extremität eingeführt werden. In der späten Zugphase war die Beteiligung des LT-Muskels gering, wohingegen die des UT-Muskels in der Prä- und Postentry-Phase hoch war. Daher ist es bei der Rehabilitation der Schwimmschulter wichtig, in jeder Phase eine gezielte Muskelrehabilitation einzuleiten.

Die im Rahmen der aktuellen Studie analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim Erstautor oder entsprechenden Autor erhältlich.

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Die Autoren danken den Schwimmern für ihre Teilnahme an dieser Studie.

Diese Arbeit wurde durch den JSPS Grant-in-Aid for Young Scientists (Grant-Nummer 20K19553) unterstützt.

Abteilung für Gesundheit und Sport, Niigata University of Health and Welfare, 1398, Shimamicho, Kita-ku, Niigata, Japan

Yuiko Matsuura

Abteilung für Kernlehrpläne für Allgemeinbildung, Seigakuin-Universität, 1-1, Tosaki, Ageo, Saitama, Japan

Naoto Matsunaga

Abteilung für Physiotherapie, Niigata University of Health and Welfare, 1398, Shimamicho, kita-ku, Niigata, Japan

Hiroshi Akuzawa

Fakultät für Sportwissenschaften, Waseda-Universität, 2-579-15, Mikajima, Tokorozawa, Saitama, Japan

Tomoki Oshikawa, Keisuke Okuno und Koji Kaneoka

Abteilung für Sportwissenschaften, Japan Institute of Sport Sciences, 15.03.1, Nishigaoka Kita-ku, Tokio, Japan

Satoshi Iizuka

Yamanashi-Gakuin-Universität, 2-4-5, Sakaori, Kofu, Yamanashi, Japan

Tsuyoshi Kojima

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YM und KK haben die Forschung entworfen; YM, NM, HA, TK, SI und KO führten die Experimente durch; NM bereitete den Versuchsaufbau vor; YM analysierte die Daten; und YM hat die Arbeit geschrieben.

Korrespondenz mit Yuiko Matsuura.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Matsuura, Y., Matsunaga, N., Akuzawa, H. et al. Unterschied in den Muskelsynergien der Schmetterlingstechnik mit und ohne Schwimmerschulter. Sci Rep 12, 14546 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-18624-8

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Eingegangen: 18. Januar 2022

Angenommen: 16. August 2022

Veröffentlicht: 06. September 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-18624-8

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Unterschied in den Muskelsynergien der Schmetterlingstechnik mit und ohne Schwimmerschulter