Исследовательская статья

Острые эффекты предварительной нейромышечной электростимуляции на показатели нападающего удара в волейболе и трехмерную кинематику

132 просмотров

⸱

DOI:

10.3791/72492

⸱

3 сентября 2026 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Physical Education College, Jimei University, 2Xiamen Yixue Sports and Technology Co., Ltd, 3Taicang Experimental Senior High School, 4College of P.E and Sports, Beijing Normal University, 5Physical Education Department, Xiangtan University, 6Physical Education College, Zhengzhou University of Industrial Technology

* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

В данном исследовании изучались острые эффекты предварительной нейромышечной электростимуляции на показатели подачи в волейболе и трехмерную кинематику у мужчин-студентов, играющих в волейбол. По сравнению с контрольной группой с соответствующим интервалом времени, группа с кондиционированием с помощью NMES продемонстрировала более высокую скорость мяча, а также фазово-специфические различия в углах суставов нижних конечностей, сегментарных скоростях и угле разделения плеча и бедра.

Аннотация

Нападающий удар в волейболе представляет собой сложный взрывной навык, требующий скоординированного генерирования и передачи силы через верхние конечности, туловище и нижние конечности. Нейромышечная электростимуляция (NMES) была предложена в качестве стратегии предварительной подготовки для усиления нейромышечной активации; однако ее острые эффекты на кинематику фаз нападающего удара в волейболе остаются неясными. В данном исследовании изучались острые эффекты прайминга с помощью NMES на эффективность удара и трехмерную кинематику у студентов-волейболистов. Тридцать участников были случайным образом распределены в группу кондиционирования NMES (n = 15) или в контрольную группу (n = 15). Все участники прошли базовую оценку удара и повторную оценку через 72 ч. Непосредственно перед второй оценкой группа NMES получила 30 мин стимуляции мышц верхних конечностей, включая дельтовидную мышцу, бицепс плеча и трицепс плеча; наружную косую мышцу живота как мышцу кора; и латеральную широкую мышцу бедра как мышцу нижних конечностей. Контрольная группа прошла аналогичную по времени оценку без NMES. Трехмерные кинематические данные собирались с помощью синхронизированной системы трехмерного анализа движения с четырьмя камерами. Основной анализ включал сравнение показателей эффективности и кинематических переменных между группами во время второй оценки. По сравнению с контрольной группой, группа NMES продемонстрировала большую скорость мяча, меньшие углы в коленных и голеностопных суставах при контакте обеих стоп, большие углы в тазобедренных, коленных и голеностопных суставах при двустороннем отталкивании, а также более высокие сегментарные скорости бедра, голени и стопы. Группа NMES также показала меньший угол разделения плеча и бедра при двустороннем отталкивании и контакте с мячом. Эти результаты указывают на то, что острый прайминг NMES, применяемый к мышцам верхних конечностей, кора и нижних конечностей, может влиять на фазовую конфигурацию суставов, сегментарные скорости нижних конечностей и скорость мяча при нападающем ударе в волейболе. Таким образом, NMES может иметь потенциал в качестве стратегии нейромышечной активации перед выполнением упражнения, хотя требуются дальнейшие исследования с использованием скрытого распределения, слепой оценки и прямого анализа взаимодействия группы и времени.

Введение

Волейбол — это соревновательный вид спорта, который в значительной степени опирается на взрывную силу и координацию, а удар по мячу (спайк) является одним из важнейших способов зарабатывания очков1. Это техническое движение предъявляет высокие требования к мощности мышечного сокращения атлета, контролю тайминга движений и способности к нервно-мышечному контролю2. Успешный удар состоит из трех основных этапов: разбега, выпрыгивания и фазы удара в воздухе. Эффективное выполнение этих этапов зависит от скоординированного приложения силы и эффективной передачи энергии через сегменты кинетической цепи3. Предыдущие исследования показали, что тройное разгибание в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах, стабильность туловища, а также углы в суставах верхних конечностей и скорость в момент удара по мячу являются важными факторами, влияющими на эффективность выполнения удара4.

Во время соревнований и высокоинтенсивных тренировок спортсмены часто страдают от недостаточного нейронного драйва и плохой преактивации движений, что приводит к нарушению координации кинетической цепи и снижению мышечной силы, а также отрицательно сказывается на общих атлетических показателях5. NMES представляет собой неинвазивную технологию нейронной активации, которая решает эту проблему и в последние годы привлекла значительное внимание в спортивной науке6. Исследования показали, что NMES может стимулировать целевые группы мышц посредством внешнего электрического тока, повышать возбудимость спинальных мотонейронов и эффективность рекрутирования быстрых мышечных волокон, тем самым увеличивая выход мышечной силы и показатели моторного контроля7,8. Несмотря на то, что NMES широко используется в стратегиях долгосрочного обучения, таких как реабилитация и повышение мышечной силы, его разовое краткосрочное применение в сфере соревновательного спорта не было полностью изучено9. Хотя такие виды спорта, как волейбол, в высокой степени зависят от точного тайминга и интегрированных движений, эмпирические исследования влияния NMES на три стадии удара по мячу (разбег, выпрыгивание и удар в воздухе) на основе кинематических показателей встречаются редко10. Прыжок при ударе в волейболе характеризуется быстрым циклом растяжения-сокращения. Во время финального подхода и контакта обеих стоп с поверхностью мышцы нижних конечностей подвергаются эксцентрической нагрузке по мере сгибания тазобедренного, коленного и голеностопного суставов. Сразу за этим следует быстрое концентрическое действие и скоординированное тройное разгибание во время выпрыгивания. Эффективный переход между этими эксцентрическими и концентрическими действиями способствует созданию вертикального импульса и улучшению показателей выпрыгивания при выполнении удара.

Предыдущие исследования NMES в спорте были в основном сосредоточены на реабилитации, укреплении отдельных мышц или общих нейромышечных показателях, в то время как возможности ее непосредственного применения для сложных специфических спортивных навыков остаются менее изученными. Кроме того, существующие биомеханические исследования в волейболе в основном характеризовали технику удара, движение суставов или паттерны замаха руки без прямого изучения острых эффектов многорегионального кондиционирования с помощью NMES. Таким образом, в настоящем исследовании изучалось, whether однократный сеанс NMES, примененный к мышцам верхних конечностей, кора и нижних конечностей, связан с различиями в эффективности выполнения волейбольного удара и фазовой трехмерной кинематикой. Методологический вклад данной работы заключается в синхронизированном анализе движения сегментов тела и скорости мяча во время разбега, контакта обеих стоп с поверхностью, отталкивания и контакта с мячом в воздухе в рамках рандомизированного контролируемого дизайна с сопоставлением по времени. Этот подход расширяет традиционный кинематический анализ в волейболе, связывая острое нейромышечное кондиционирование с характеристиками движения на протяжении всей последовательности удара.

Протокол

Участники и критерии отбора

Протокол исследования был одобрен Комитетом по академической этике Университета Цзимей (номер одобрения JD02RS02406) и проводился в соответствии с Хельсинкской декларацией. Перед включением в исследование все участники получили подробные объяснения целей исследования, хода экспериментальных процедур, потенциальных рисков, а также своего права выйти из исследования в любое время без каких-либо последствий. От всех участников было получено письменное информированное согласие до начала любых процедур, связанных с исследованием. Тридцать здоровых студентов мужского пола с опытом тренировок по волейболу были отобраны из групп факультативных курсов по волейболу в обычном университете посредством объявлений о курсах. Перед зачислением потенциальные участники заполнили анкету о состоянии здоровья и истории травм. Участники считались подходящими, если они: (1) являлись студентами мужского пола; (2) прошли формальное обучение по волейболу; (3) демонстрировали стабильное владение техникой волейбольного удара; (4) имели опыт участия в соревнованиях или организованных тренировках по волейболу; и (5) могли безопасно пройти все процедуры тестирования. Участники исключались при наличии текущих скелетно-мышечных болей или травм, которые могли повлиять на выполнение удара, в анамнезе недавних операций на верхних конечностях, нижних конечностях или туловище, при наличии неврологических или сердечно-сосудистых заболеваний, а также любых противопоказаний к NMES. Средний возраст, рост и масса тела участников составили 20.2 ± 1.15 лет, 182.1 ± 3.17 cm и 70.6 ± 8.34 kg соответственно. Подробная информация об оборудовании и материалах, использованных в данном исследовании, включая производителей, модели или каталожные номера, представлена в Таблице материалов.

Рандомизация, скрытие распределения и ослепление

После завершения исходной оценки подходящие участники были случайным образом распределены в соотношении 1:1 в группу кондиционирования NMES или в контрольную группу с помощью простой процедуры жеребьевки. Тридцать одинаковых сложенных карточек, 15 из которых были помечены «NMES» и 15 — «Control», поместили в непрозрачный контейнер, откуда участники вытягивали их по одной. Формальная процедура скрытия распределения не использовалась, так как метки групп становились видимыми сразу после вытягивания каждой карточки. Поскольку вмешательство с использованием NMES было легко идентифицируемо, участники и персонал, проводивший процедуру, не могли быть ослеплены в отношении распределения по группам. Лица, ответственные за захват движений, отслеживание маркеров и оценку результатов, также не были ослеплены по отношению к условиям вмешательства. Отсутствие скрытия распределения и ослепления оценивающих было признано методологическим ограничением. Участники были распределены в группу кондиционирования NMES (n = 15) или в контрольную группу (n = 15). T-критерии для независимых выборок не выявили значимых межгрупповых различий по возрасту, росту, массе тела или индексу массы тела на исходном этапе (все p > 0.05).

Дизайн эксперимента

В данном исследовании использовался рандомизированный контролируемый дизайн с параллельными группами и двумя этапами оценки. Все участники прошли исходную оценку показателей спайка, а затем повторную оценку через 72 ч. В течение этого 72-часового интервала участникам было рекомендовано избегать организованных тренировок, изнурительных упражнений и другой высокоинтенсивной физической активности. Непосредственно перед повторной оценкой участники в группе кондиционирования NMES прошли 30-минутное воздействие NMES. Участники контрольной группы не подвергались воздействию NMES и прошли аналогичную повторную оценку в то же время. Значения, приведенные в Таблице 1, были получены в ходе второй оценки. Таким образом, показатели группы NMES представляют собой измерения, полученные сразу после NMES, в то время как показатели контрольной группы представляют собой измерения, полученные во время второй оценки без применения NMES. В Таблице 1 не представлены исходные значения или показатели изменений до и после воздействия.

Экспериментальная установка и оборудование

Тестирование проводилось в закрытом волейбольном зале. Оборудование включало синхронизированные светодиодные сигнальные лампы, трехмерную систему анализа движений, трехмерную калибровочную раму размером 2,0 m x 1,5 m x 2,0 m (Рисунок 1A), четыре высокоскоростные камеры, пять приборов для частотно-модулированной импульсной терапии (Рисунок 1B) и стандартные волейбольные мячи. Четыре камеры были расположены вокруг откалиброванного объема захвата рядом с зоной атаки в позиции 4. Видеозапись осуществлялась с разрешением 1920 x 1080 пикселей, частотой дискретизации 180 Hz и выдержкой 1/1000 s. Глобальная ось x соответствовала медиолатеральному направлению, ось y — направлению разбега при ударе, а ось z — вертикальному направлению. Перед тестированием участники прошли стандартизированную 20-минутную разминку, состоявшую из легкого бега, динамической растяжки верхних и нижних конечностей, передач мяча в парах, пасовок, защитных движений и отработки субмаксимальных ударов.

Расстановка на волейбольной площадке с нумерованными позициями (A) и диаграмма перемещения игроков (B) для анализа стратегии.
Рисунок 1: Экспериментальная установка для тестирования удара по мячу в волейболе. (A) Трехмерная калибровочная рама (2.0 m × 1.5 m × 2.0 m). (B) Расположение четырех камер для трехмерного захвата движения. Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Стандартизация проб с добавкой

Отметка начальной позиции была установлена в 3 m позади зоны отталкивания в позиции 4. Все подачи во время обеих оценок выполнял один и тот же опытный связующий, который оставался в позиции 3. Связующему было поручено подавать мяч на постоянную высоту и в одну и ту же точку над сеткой, чтобы каждый участник мог использовать одинаковую технику разбега и удара. На стороне противника была размечена целевая зона размером 3 m x 3 m. Успешной попыткой считалась та, при которой: (1) участник начинал движение из отмеченной начальной позиции; (2) были выполнены предписанный разбег, двустороннее отталкивание и последовательность удара в прыжке; (3) контакт с мячом был чистым; (4) мяч приземлился в пределах заданной целевой зоны; и (5) анатомические маркеры и маркеры на мяче оставались видимыми в течение соответствующего периода анализа. Каждый участник выполнял две ознакомительные попытки, после чего следовала запись попыток до получения трех успешных результатов. Между попытками предусматривался интервал пассивного отдыха продолжительностью 60 s.

Попытка считалась недействительной, если набор был непригоден, участник изменил предписанный подход, участник не нанес чистый удар по мячу, мяч приземлился за пределами заранее определенной целевой зоны или видимость маркеров была недостаточной. Недействительные попытки исключались и повторялись до тех пор, пока не было зафиксировано три действительных попытки. Из трех действительных попыток для кинематического анализа и анализа эффективности выбиралась лучшая. Та же процедура выбора попытки применялась к обеим группам и при обоих обследованиях.

Воздействие NMES и стимулируемые группы мышц

Воздействие NMES проводилось в течение 30 мин с использованием пяти приборов для частотно-модулированной импульсной терапии. NMES применялась к мышцам верхних конечностей, корпуса и нижних конечностей. Стимулируемыми мышцами верхних конечностей были дельтовидная мышца, двуглавая мышца плеча и трехглавая мышца плеча. Из мышц корпуса стимулировалась наружная косая мышца живота, а из мышц нижних конечностей — латеральная широкая мышца бедра. Самоклеящиеся электроды располагали над брюшками мышц в соответствии с анатомическими ориентирами и инструкциями производителя прибора. Интенсивность стимуляции постепенно увеличивали до появления отчетливо видимого сокращения мышц, не вызывая боли или непереносимого дискомфорта. Средние зарегистрированные выходные значения составили 35.73 W для дельтовидной мышцы, 35.21 W для двуглавой мышцы плеча, 34.36 W для трехглавой мышцы плеча, 33.85 W для наружной косой мышцы живота и 37.09 W для латеральной широкой мышцы бедра. Сразу после завершения воздействия NMES участники приступили ко второй оценке пиковых показателей. Участники контрольной группы прошли те же процедуры тестирования без применения электрической стимуляции.

Параметры стимуляции

Прибор для частотно-модулированной импульсной терапии работал с фиксированной частотой импульсов 1000 Hz для всех участников. Интенсивность стимуляции была единственным выходным параметром, индивидуально настраиваемым для каждого участника, и постепенно увеличивалась до появления отчетливо видимого мышечного сокращения без возникновения боли или непереносимого дискомфорта. В имеющихся записях исследования отсутствовали независимые настройки формы импульса, длительности импульса, рабочего цикла, цикла сокращение/отдых или времени нарастания/спада сигнала. Данные параметры не удалось восстановить ретроспективно, поэтому они указаны как недоступные, а не расчетные.

Противопоказания к NMES и мониторинг безопасности

Перед включением в исследование участники проходили скрининг на наличие противопоказаний к NMES с помощью анкеты о состоянии здоровья и устного подтверждения со стороны исследовательского персонала. Участники исключались, если у них имелись имплантированные электронные устройства или кардиостимулятор, эпилепсия, клинически диагностированные сердечно-сосудистые заболевания, нарушение чувствительности кожи, открытые раны, инфекция или раздражение кожи в местах наложения электродов, острые скелетно-мышечные травмы или предшествующие неблагоприятные реакции на электростимуляцию. Перед размещением электродов кожа над каждой целевой мышцей осматривалась на предмет наличия ран, раздражения, инфекций или других отклонений. Во время стимуляции за участниками велось непрерывное наблюдение; им было поручено сообщать о боли, головокружении, чрезмерных мышечных судорогах, раздражении кожи, аномальных мышечных сокращениях или других неожиданных симптомах. В случае возникновения чрезмерного дискомфорта интенсивность стимуляции снижалась. Вмешательство прекращалось, если у участника возникала непереносимая боль, головокружение, стойкое раздражение кожи, аномальные мышечные сокращения или иная потенциально небезопасная реакция. Любая неблагоприятная реакция и принятые исследовательским персоналом меры документировались.

Захват движения и калибровка

Перед каждым сеансом тестирования измерительное пространство калибровалось с использованием трехмерной калибровочной рамки размером 2.0 m x 1.5 m x 2.0 m. Все калибровочные точки были видны как минимум в двух ракурсах камер. Четыре камеры были синхронизированы с помощью светодиодного сигнала, который был зафиксирован на записях всех камер. Трехмерные координаты восстанавливались с помощью программного обеспечения для трехмерного анализа движений и процедуры прямого линейного преобразования. Качество калибровки оценивали путем сравнения известных координат контрольных точек калибровочной рамки с их восстановленными координатами. Среднеквадратическая ошибка реконструкции составила 0.138 cm. Калибровка повторялась в случаях, когда не все необходимые контрольные точки были четко видны или когда ошибка реконструкции превышала критерий приемлемости данной лаборатории.

Размещение и отслеживание маркеров

На анатомических ориентирах каждого участника были закреплены двадцать один светоотражающий маркер. Места расположения маркеров включали: макушку головы; левое и правое ухо; левый и правый акромион; левую и правую переднюю верхнюю подвздошную ость; левую и правую головки лучевой кости; левый и правый шиловидный отросток лучевой кости; дистальные фаланги третьего пальца; левую и правую верхние части большеберцовой кости; левую и правую латеральные лодыжки; левую и правую пяточные кости, а также дистальные фаланги пальцев левой и правой стопы. Один дополнительный легкий светоотражающий маркер был надежно закреплен на поверхности волейбольного мяча. Перед каждой попыткой проверялось крепление маркеров, чтобы убедиться, что они остаются неподвижными во время удара. Маркеры оцифровывались вручную и отслеживались покадрово с помощью программного обеспечения для трехмерного анализа движения. Автоматически построенные траектории подвергались визуальному осмотру и при необходимости корректировались вручную. Пропуски в данных маркеров продолжительностью не более пяти последовательных кадров восстанавливались с помощью кубической сплайн-интерполяции. Испытания с более длительными пропусками или отсутствием данных маркеров в ключевые моменты исключались и повторялись.

Детекция событий и разделение на технические фазы

Покадровый анализ синхронизированных видеозаписей позволил определить четыре ключевых события: (1) начальный контакт левой стопы, определяемый как первый кадр, в котором левая стопа визуально коснулась пола (Рисунок 2A); (2) двусторонний контакт стоп, определяемый как первый кадр, в котором обе стопы одновременно находились в контакте с полом (Рисунок 2B); (3) двустороннее отталкивание, определяемое как первый кадр, в котором обе стопы полностью оторвались от пола (Рисунок 2C); (4) контакт с мячом, определяемый как первый кадр, в котором бьющая рука визуально коснулась мяча и привела к его смещению (Рисунок 2D). Фаза разбега длилась от начального контакта левой стопы до двустороннего контакта стоп. Фаза отталкивания длилась от двустороннего контакта стоп до двустороннего отталкивания. Фаза удара в воздухе длилась от двустороннего отталкивания до контакта с мячом11,12. Для обеспечения согласованности все события определялись одним и тем же экспертом.

Схема анализа движения; четыре кадра, иллюстрирующие траекторию движения; кинетический анализ, биомеханический трекинг.
Рисунок 2: Ключевые фазы ударa по мячу в волейболе. (A) Первичное касание левой стопой. (B) Касание обеими стопами. (C) Двусторонний отрыв от поверхности. (D) Касание мяча. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Обработка данных

Кинематические параметры техники нападающего удара в волейболе, проанализированные в данном исследовании: угол разделения плеча и бедра (Рисунок 3A) [ось x системы координат туловища определяется как линия, соединяющая левую переднюю верхнюю подвздошную ость с правой передней верхней подвздошной остью; ось y определяется как направление вперед от передней верхней подвздошной ости; ось z определяется как линия, соединяющая средние точки двух передних верхних подвздошных остей с средними точками двух акромионов по продольной оси; угол, образованный локальным вектором левой передней верхней подвздошной ости относительно правой передней верхней подвздошной ости и локальным вектором левого акромиона относительно правого акромиона, повернутый относительно плоскости xy системы координат]; угол в плечевом суставе (Рисунок 3B) [угол, образованный локтевым, плечевым и тазобедренным суставами]; угол в локтевом суставе (Рисунок 3B) [угол, образованный плечевым, локтевым и лучезапястным суставами]; угол в лучезапястном суставе (Рисунок 3B) [угол, образованный локтевым, лучезапястным и суставами пальцев]; угол в тазобедренном суставе (Рисунок 3C) [угол, образованный плечевым, тазобедренным и коленным суставами]; угол в коленном суставе (Рисунок 3C) [угол, образованный тазобедренным, коленным и голеностопным суставами]; угол в голеностопном суставе (Рисунок 3C) [угол, образованный коленным, голеностопным суставами и пальцами стопы]13,14,15,16,17,18,19. Сегментарные скорости бедра, голени и стопы рассчитывались на основе трехмерного смещения центра соответствующего сегмента между последовательными кадрами. Линейная скорость определялась с помощью процедуры численного дифференцирования центральными разностями и выражалась в метрах в секунду. Скорость мяча рассчитывалась как результирующее трехмерное смещение маркера мяча, деленное на интервал дискретизации 1/180 s. Пиковая скорость мяча определялась как максимальная результирующая скорость, зафиксированная в течение первых трех кадров после контакта руки с мячом, и выражалась в метрах в секунду.

Диаграммы кинематического анализа, показывающие углы в суставах в 3D: плечо-бедро, локоть, запястье, бедро, колено, голеностоп.
Рисунок 3: Кинематические параметры удара по мячу в волейболе. (A) Угол разделения плеча и бедра. (B) Углы в плечевом, локтевом и лучезапястном суставах. (C) Углы в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Статистический анализ

Статистический анализ проводили с использованием программы SPSS. Непрерывные переменные представлены в виде средних значений и стандартных отклонений. Для сравнения возраста, роста, массы тела и индекса массы тела между группами в исходном состоянии использовали t-критерий для независимых выборок. Основной анализ проводился для сравнения кинематических показателей и показателей эффективности при втором обследовании в группе с кондиционированием NMES и соответствующей по времени контрольной группе с использованием U-критерия Манна — Уитни. Для сравнений по критерию Манна — Уитни приводился стандартизированный показатель Z. Размер эффекта рассчитывали по формуле r = |Z|/√N, где N — общий размер выборки для каждого сравнения (N = 30); значения 0,10, 0,30 и 0,50 интерпретировались как малый, умеренный и большой эффекты соответственно. 95% доверительные интервалы для разности средних (NMES − Контроль) оценивали на основе полученных средних значений, SD и размеров выборок с использованием метода Уэлча. Для изучения взаимосвязей между кинематическими показателями и показателями эффективности рассчитывали коэффициенты корреляции Пирсона, используя данные второго обследования группы с кондиционированием NMES. 95% доверительные интервалы для коэффициентов корреляции рассчитывали с использованием z-преобразования Фишера. Поправка Бенджамини — Хохберга для контроля частоты ложных открытий применялась отдельно для каждой группы событий. Каждая группа событий разбега включала три сравнения, в то время как группы событий двустороннего отталкивания и контакта с мячом включали по 55 сравнений каждая. Статистическая значимость была установлена на уровне α = 0,05 (Таблица 2 и Таблица 3).

Результаты

Межгрупповые различия в показателях прыжка и кинематических параметрах

Таблица 1 представляет межгрупповые различия в эффективности удара по мячу в волейболе и кинематических параметрах конкретных фаз при повторном обследовании. В каждую группу было включено 15 участников. В фазе удара в прыжке скорость мяча в момент контакта была значительно выше в группе с применением NMES-кондиционирования, чем в контрольной группе (11.69 ± 2.14 против 9.95 ± 1.48 m/s; Z = −2.344, p = 0.019).

При первоначальном контакте левой стопы с опорой во время фазы разбега не было обнаружено значимых межгрупповых различий в угле в тазобедренном суставе (139.31 ± 13.30° против 144.30 ± 14.28°; Z = −0.850, p = 0.395), угле в коленном суставе (128.30 ± 20.94° против 141.40 ± 16.34°; Z = −1.846, p = 0.065) или угле в голеностопном суставе (83.20 ± 14.67° против 85.00 ± 20.52°; Z = −0.436, p = 0.663).

В момент двустороннего контакта стоп с поверхностью во время фазы разбега в группе с применением NMES-стимуляции наблюдался значительно меньший угол в коленном суставе по сравнению с контрольной группой (107.78 ± 13.38° против 117.59 ± 14.66°; Z = −2.095, p = 0.036). Угол в голеностопном суставе также был значительно меньше в группе NMES-стимуляции (106.45 ± 14.50° против 118.91 ± 12.34°; Z = −2.510, p = 0.012). Значимых различий в угле в тазобедренном суставе между группами обнаружено не было (130.15 ± 13.79° против 132.04 ± 11.52°; Z = −0.560, p = 0.575).

При двустороннем отрыве от поверхности угол разделения плеча и бедра был значительно меньше в группе с применением NMES-кондиционирования, чем в контрольной группе (9.75 ± 6.65° против 17.98 ± 10.19°; Z = −2.121, p = 0.034). В группе с NMES-кондиционированием также наблюдались значительно большие значения угла в тазобедренном суставе (158.95 ± 6.57° против 153.09 ± 7.47°; Z = −2.033, p = 0.042), коленном суставе (172.15 ± 5.59° против 162.96 ± 24.43°; Z = −2.738, p = 0.006) и голеностопном суставе (149.32 ± 8.63° против 132.20 ± 24.43°; Z = −2.530, p = 0.011).

Сегментарные скорости нижних конечностей при двустороннем отталкивании также были значительно выше в группе с применением NMES. Скорость бедра составила 4.01 ± 0.41 m/s в группе NMES и 3.70 ± 0.32 m/s в контрольной группе (Z = −2.385, p = 0.017). Скорость голени составила 3.93 ± 0.50 m/s и 3.51 ± 0.43 m/s соответственно (Z = −2.344, p = 0.019), а скорость стопы — 3.91 ± 0.83 m/s и 3.26 ± 0.98 m/s соответственно (Z = −2.344, p = 0.019).

При двустороннем отталкивании не наблюдалось значимых межгрупповых различий в угле в плечевом суставе (99.42 ± 21.85° против 101.02 ± 23.87°; Z = −0.306, p = 0.760), угле в локтевом суставе (72.54 ± 20.70° против 71.46 ± 18.14°; Z = −0.175, p = 0.861) или угле в лучезапястном суставе (145.44 ± 27.50° против 156.19 ± 14.40°; Z = −0.829, p = 0.407).

В момент контакта с мячом во время фазы удара в воздухе угол разделения плеча и бедра был значительно меньше в группе с применением NMES-тренировки, чем в контрольной группе (2.56 ± 4.01° против 7.49 ± 6.34°; Z = −2.421, p = 0.014).

В момент касания мяча не было обнаружено значимых межгрупповых различий в угле в плечевом суставе (141.04 ± 16.85° против 138.54 ± 13.55°; Z = −0.786, p = 0.432), угле в локтевом суставе (149.22 ± 9.00° против 141.75 ± 10.56°; Z = −1.615, p = 0.106), угле в лучезапястном суставе (154.23 ± 19.27° против 155.69 ± 8.97°; Z = −0.567, p = 0.570), угле в тазобедренном суставе (156.16 ± 9.67° против 159.69 ± 11.54°; Z = −1.099, p = 0.272), угле в коленном суставе (156.15 ± 17.41° против 157.69 ± 17.53°; Z = −0.187, p = 0.852) или угле в голеностопном суставе (120.22 ± 32.46° против 132.09 ± 12.62°; Z = −0.477, p = 0.633).

Аналогично, при контакте с мячом не было обнаружено значимых межгрупповых различий в скорости бедра (1.55 ± 0.48 vs. 1.57 ± 0.33 m/s; Z = −0.820, p = 0.412), скорости голени (2.52 ± 0.76 vs. 2.32 ± 0.82 m/s; Z = −0.850, p = 0.395) или скорости стопы (3.10 ± 1.28 vs. 2.58 ± 1.35 m/s; Z = −1.182, p = 0.237).

В целом, по сравнению с контрольной группой, в группе с применением НЭМС-кондиционирования наблюдались более высокая скорость мяча, меньшие углы в коленном и голеностопном суставах при контакте обеих стоп с опорой, большие углы в суставах нижних конечностей и сегментарные скорости при одновременном отрыве обеих стоп, а также меньший угол разделения плеча и бедра как при одновременном отрыве стоп, так и при контакте с мячом.

Таблица 1: Показатели эффективности и фазово-специфические кинематические переменные при втором обследовании. Значения представлены как среднее ± SD. Углы в суставах и угол разделения плечо–бедро указаны в градусах (°); скорости мяча и сегментов указаны в метрах в секунду (m/s). 95% CI представляют среднюю разницу (NMES − Контроль). Сокращения: CI = доверительный интервал; NMES = нейромышечная электростимуляция; SD = стандартное отклонение. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого изображения.

Корреляции во время фазы разгона

Результаты показали, что угол тазобедренного сустава и угол голеностопного сустава были значимо отрицательно коррелированы в момент касания земли левой стопой во время фазы разбега (r = −0.575, p = 0.025) (Таблица 2).

Результаты показали, что в момент касания стопой в фазе разбега угол в коленном суставе значительно положительно коррелировал с углом в тазобедренном суставе (r = 0.590, p = 0.020), а угол в коленном суставе значительно положительно коррелировал с углом в голеностопном суставе (r = 0.935, p < 0.001) (Таблица 2).

Таблица 2: Корреляции между углами суставов нижних конечностей в фазе разбега. Размер эффекта представлен коэффициентом корреляции Пирсона (r). Сокращения: CI = доверительный интервал; FDR = ложноположительный уровень; NMES = нейромышечная электростимуляция. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть эту таблицу в большем размере.

Корреляции при двустороннем взлете

При двустороннем отрыве скорость мяча значительно отрицательно коррелировала с углом в локтевом суставе (r = −0.516, p = 0.049) и значительно положительно коррелировала с углом разделения плеча и бедра (r = 0.619, p = 0.024). Угол в коленном суставе значительно положительно коррелировал с углом в голеностопном суставе (r = 0.613, p = 0.015) и значительно отрицательно коррелировал со скоростью стопы (r = −0.515, p = 0.049). Скорость бедра значительно отрицательно коррелировала как с углом в локтевом суставе (r = −0.518, p = 0.048), так и с углом в лучезапястном суставе (r = −0.518, p = 0.048). Скорость голени сильно и положительно коррелировала со скоростью стопы (r = 0.854, p < 0.001). Кроме того, угол в локтевом суставе значительно положительно коррелировал с углом в лучезапястном суставе (r = 0.585, p = 0.022) (Таблица 3).

В момент контакта с мячом во время фазы удара в воздухе угол в тазобедренном суставе достоверно положительно коррелировал со скоростью стопы (r = 0.571, p = 0.026). Угол в голеностопном суставе достоверно положительно коррелировал с углом в лучезапястном суставе (r = 0.575, p = 0.025) и достоверно отрицательно коррелировал с углом разделения плеча и бедра (r = −0.539, p = 0.038). Скорость бедра сильно и положительно коррелировала со скоростью голени (r = 0.845, p < 0.001) и достоверно положительно коррелировала с углом в плечевом суставе (r = 0.567, p = 0.027).

Скорость голени была значимо положительно коррелировала со скоростью стопы (r = 0.624, p = 0.013), углом в плечевом суставе (r = 0.518, p = 0.048) и углом разделения плечо-бедро (r = 0.621, p = 0.014). Угол в плечевом суставе значимо положительно коррелировал с углом в локтевом суставе (r = 0.597, p = 0.019), в то время как угол в локтевом суставе значимо положительно коррелировал с углом разделения плечо-бедро (r = 0.630, p = 0.012) (Таблица 3).

Таблица 3: Корреляции между показателями эффективности удара и кинематическими переменными в моменты отрыва от поверхности и контакта с мячом. Размер эффекта представлен коэффициентом корреляции Пирсона (r). Углы в суставах и угол разделения плечо-бедро указаны в градусах (°); скорость мяча и сегментов тела указана в метрах в секунду (m/s). Сокращения: CI = доверительный интервал; FDR = ложноположительный результат; NMES = нейромышечная электростимуляция. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть эту таблицу в большем размере.

ДОСТУПНОСТЬ ДАННЫХ:

Обезличенные кинематические данные и показатели эффективности на уровне отдельных участников, подтверждающие результаты данного исследования, общедоступны в репозитории Zenodo под DOI: 10.5281/zenodo.21876465. Набор данных содержит индивидуальные значения участников из выбранных наиболее эффективных валидных попыток при предопределенных событиях удара по мячу в волейболе, которые использовались для статистического анализа, представленного в данной статье.

Обсуждение

В исследовании изучалось острое воздействие однократного немедленного применения НМЭС (нейромышечной электростимуляции) на эффективность удара по мячу у игроков в волейбол с акцентом на кинематические изменения на этапах разбега, прыжка и удара в воздухе. Результаты показали, что при непосредственном применении НМЭС к нижним конечностям и ключевым группам мышц кора углы в суставах, скорость движения и скорость мяча у участников значительно улучшились. Это свидетельствует о том, что НМЭС может мгновенно улучшить нервно-мышечную координацию и эффективность двигательного вывода, а также существенно помочь в выполнении технических спортивных движений, требующих взрывной силы (таких как удар по мячу).

Результаты также показали, что углы в коленном и голеностопном суставах у экспериментальной группы были значительно меньше, чем у контрольной группы в момент касания поверхности обеими стопами. Это означает, что их нижние конечности демонстрировали большую степень сгибания, что способствует накоплению энергии упругой деформации перед отрывом стопы от земли и является ключевым механизмом цикла растяжения-сокращения (SSC)20,21. Предыдущие исследования показали, что NMES может повышать возбудимость спинальных мотонейронов и задействовать большее количество быстросокращающихся мышечных волокон, что дополнительно подтверждает наблюдение об улучшении позы подготовки к движению в данном исследовании22,23,24. Кроме того, в настоящем исследовании была обнаружена высокая положительная корреляция между углами в коленном и голеностопном суставах (r = 0.935, p < 0.001). Это свидетельствует о том, что NMES улучшает координацию суставов, что способствует стабильности и эффективности передачи кинетической энергии в нижних конечностях, а также соответствует принципу скоординированной стабильности в кинетической цепи25,26. Таким образом, NMES повышает общее качество движений за счет оптимизации тайминга работы суставов и координации между мышечными группами27.

В фазе отрыва у экспериментальной группы углы разгибания в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах были значительно больше, чем у контрольной группы, а скорость движения бедра, голени и стопы повысилась (p < 0.05). Это свидетельствует о более полном и мощном паттерне тройного разгибания, который является основой сильного вертикального выталкивания28,29. Возможной причиной этого является то, что НМЭС увеличивает скорость развития силы (RFD), тем самым усиливая стимуляцию коры головного мозга и эффективность синапсов30,31. В ходе исследования также было отмечено, что скорость мяча отрицательно коррелировала с углом в локтевом суставе (r = −0.516, p = 0.049). Это означает, что если верхние конечности сгибаются слишком рано или угол при замахе руки неверен, это может привести к неполному переносу кинетической энергии и повлиять на эффективность удара32,33. Данный результат согласуется с предыдущими исследованиями взаимосвязи между временем приложения силы сегментами тела и эффективностью удара и указывает на то, что НМЭС может оптимизировать спортивные показатели за счет усиления нервно-мышечного драйва и координации тайминга34,35.

В фазе удара в воздухе в экспериментальной группе угол разделения плеча и бедра был значительно меньше, чем в контрольной группе (Z = −2.421, p = 0.014). Это отражает более высокую стабильность туловища и возможности контроля мышц кора во время полета, что способствует стабилизации траектории движения верхней конечности, снижению потерь энергии движения и, следовательно, повышению точности и эффективности удара36,37. Кроме того, значимая корреляция между скоростью бедра и голени в экспериментальной группе (r = 0.845), а также между скоростью голени и стопы (r = 0.624) доказывает, что скоординированные действия между звеньями кинетической цепи оптимизируются в режиме реального времени. Такая модель передачи кинетической энергии снизу вверх имеет решающее значение для выполнения удара38,39. Возможным объяснением этого явления является немедленное стимулирование проприоцептивного ввода и паттернов движения с помощью NMES40.

Полученные результаты показали, что при втором обследовании в группе с применением НМЭС-подготовки наблюдались большая скорость мяча, меньшие углы в коленном и голеностопном суставах при двустороннем контакте стоп, большие углы в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах, а также более высокие сегментарные скорости нижних конечностей при двустороннем отталкивании, и меньший угол разделения плеча и бедра при двустороннем отталкивании и контакте с мячом по сравнению с контрольной группой. Эти данные свидетельствуют о том, что острое воздействие НМЭС-подготовки на мышцы верхних конечностей, кора и нижних конечностей было связано с фазовыми различиями в кинематике удара по мячу в волейболе и скорости мяча. Однако в данном исследовании не измерялись напрямую мышечная активация, развитие силы, риск травм, долгосрочная адаптация к тренировкам или эффективность в соревновательных матчах. Следовательно, наблюдаемые кинематические различия не следует интерпретировать как доказательство того, что НМЭС предотвращает травмы или в целом улучшает атлетические или соревновательные показатели. Кроме того, поскольку основной анализ сравнивал две группы при втором обследовании, полученные результаты следует интерпретировать как межгрупповые различия, а не как окончательные внутрииндивидуальные улучшения, вызванные НМЭС. Будущие исследования должны включать прямые измерения мышечной активации и кинетики, скрытое распределение по группам, «слепую» оценку результатов, большие выборки и анализ взаимодействия группы и времени для уточнения острых и долгосрочных эффектов НМЭС на специфические показатели в волейболе. Соответственно, полученные результаты следует считать применимыми конкретно к тренированным студентам-волейболистам мужского пола и не следует обобщать их на спортсменок или спортсменов с существенно иным соревновательным опытом без дополнительных доказательств.

При втором оценивании в группе с применением подготовки с помощью НЭМС (NMES) наблюдались более высокая скорость мяча и специфические для фазы различия в углах в суставах, разделении плеча и бедра, а также сегментарных скоростях нижних конечностей по сравнению с контрольной группой. Эти результаты позволяют предположить, что один 30-минутный сеанс подготовки с помощью НЭМС может быть связан с острыми изменениями в кинематике удара по мячу в волейболе и скорости мяча. Полученные данные не следует обобщать на профилактику травм, долгосрочную адаптацию или более широкие преимущества в соревновательной деятельности, так как данные показатели в настоящем исследовании не измерялись.

Раскрытие информации

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Инструмент генеративного искусственного интеллекта, ChatGPT (OpenAI), использовался в процессе редактирования рукописи для помощи в правке английского языка, исправлении грамматических ошибок, а также повышения ясности и читабельности текста. ИИ-инструмент не использовался для генерации, манипулирования или интерпретации исследовательских данных, проведения статистического анализа, получения результатов исследования, а также для подготовки или изменения рисунков. Весь текст, созданный с помощью ИИ, был подвергнут критическому анализу, проверен и отредактирован авторами, которые несут полную ответственность за точность, целостность и содержание окончательного варианта рукописи.

Благодарности

Данное исследование было поддержано Ключевым проектом программы образования и исследований для молодых и средних преподавателей провинции Фуцзянь (наука и технологии) (№ JZ240034), Фондом социальных наук провинции Фуцзянь (№ FJ2025T011), фондом начальных исследований для докторантов Университета Цзимей (№ Q202440) и проектом совместного промышленно-академического образования Министерства образования (№ 231104575130151).

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Аппарат для частотно-модулированной импульсной терапииПроизводитель не указан в материалах исследованияГуанчжоу, КитайZN-566
Скоростная камераSony CorporationТокио, ЯпонияPXW-FS7
SPSSIBMАрмонк, Нью-Йорк, СШАVersion 27 for Windows
Система трехмерного анализа движенийVisol Inc.Кванджумён, Республика КореяKwon3D

Ссылки

  1. Mekuriyaw E. Effect of high intensity interval training on selected physical fitness qualities and spiking technique of volleyball project players [doctoral dissertation]. Ethiopia: Bahir Dar University; 2022.
  2. Maffiuletti NA, et al. Electrical stimulation for investigating and improving neuromuscular function in vivo: Historical perspective and major advances. J Biomech. 2023;152:111582.
  3. Liu M, Wu J, Tao J. Optimal recognition of volleyball player’s arm movement track based on embedded microprocessor. Wirel Commun Mob Comput. 2022;(1):3525197.
  4. Kawai M, et al. Effect of ball positions on trunk, hip, knee, and ankle joint kinematics and kinetics during a spike jump in volleyball. Gait Posture. 2024;113:419-426.
  5. Van Dyke M. Does the use of the antagonist facilitated specialization and oscillatory training methods reduce co-activation and improve rate of force development to a greater extent than traditional methods. Culminating Projects in Kinesiology. 2015.
  6. Qi S, et al. Advances in non-invasive brain stimulation: enhancing sports performance function and insights into exercise science. Front Hum Neurosci. 2024;18:1477111.
  7. Chen CF, et al. Kinematic analysis of countermovement jump performance in response to immediate neuromuscular electrical stimulation. Math Biosci Eng. 2023;20(9):16031-16042.
  8. Chen CF, Shen XX, Chou YC, Wu HJ. Effects of hurdle leg stretch and neuromuscular electrical stimulation intervention on front kick in martial arts: A kinematic analysis. Mol Cell Biomech. 2025;22(3):1479-1479.
  9. Muthalib M, et al. Effects of increasing neuromuscular electrical stimulation current intensity on cortical sensorimotor network activation: a time domain fNIRS study. PLoS One. 2015;10(7):e0131951.
  10. Xu X, et al. Effects of electrical stimulation on skin surface. Acta Mech Sin. 2021;37(12):1843-1871.
  11. Oliveira LDS, et al. A systematic review of volleyball spike kinematics: Implications for practice and research. Int J Sports Sci Coach. 2020;15(2):239-255.
  12. Giatsis G, Tilp M. Spike arm swing techniques of Olympics male and female elite volleyball players (1984-2021). J Sports Sci Med. 2022;21(3):465.
  13. Chen C, et al. Analysis of rhythmic movement techniques in female college long jump athletes: Insights from athletics open. Mol Cell Biomech. 2025;22(5):1711-1711.
  14. Chen CF, et al. Running speed and slope effects on spatiotemporal parameters and running technology in male and female recreational runners. Mol Cell Biomech. 2025;22(5):1832-1832.
  15. Chen CF, et al. The impact and correlation of running landing methods on leg movement ability. Acta Bioeng Biomech. 2023;25(4):155-162.
  16. Chen CF, Wu HJ. The effect of an 8-week rope skipping intervention on standing long jump performance. Int J Environ Res Public Health. 2022;19(14):8472.
  17. Chen CF, Wu HJ, Liu C, Wang SC. Kinematics analysis of male runners via forefoot and rearfoot strike strategies: A preliminary study. Int J Environ Res Public Health. 2022;19(23):15924.
  18. Chen CF, Chuang MH, Wu HJ. Joint energy and shot mechanical energy of glide-style shot put. Proc Inst Mech Eng P J Sports Eng Technol. 2022;239(2):274-282.
  19. Chen CF, et al. Motion analysis for jumping discus throwing correction. Int J Environ Res Public Health. 2021;18(24):13414.
  20. Sheppard JM, et al. Relative importance of strength, power, and anthropometric measures to jump performance of elite volleyball players. J Strength Cond Res. 2008;22(3):758-765.
  21. Milo N, Grosu E, Milo M. Vertical jump enhancement with respect to volleyball vertical jump. Stud Univ Babes-Bolyai Educ Artis Gymnast. 2017;62(4):87-102.
  22. Borzuola R, Labanca L, Macaluso A, Laudani L. Modulation of spinal excitability following neuromuscular electrical stimulation superimposed to voluntary contraction. Eur J Appl Physiol. 2020;120:2105-2113.
  23. Borzuola R, et al. Frequency-dependent effects of superimposed NMES on spinal excitability in upper and lower limb muscles. Heliyon. 2024;10(21):e40145.
  24. Bickel CS, Yarar-Fisher C, Mahoney ET, McCully KK. Neuromuscular electrical stimulation-induced resistance training after SCI: a review of the Dudley protocol. Top Spinal Cord Inj Rehabil. 2015;21(4):294-302.
  25. Khan MA, et al. A systematic review on functional electrical stimulation based rehabilitation systems for upper limb post-stroke recovery. Front Neurol. 2023;14:1272992.
  26. Li S, et al. The effect of neuromuscular electrical stimulation superimposed on quadriceps training on gait dynamics after anterior cruciate ligament reconstruction. J Back Musculoskelet Rehabil. 2025;38(1):139-147.
  27. Wang X, Li H, Chen J. Neuromuscular electrical stimulation enhances lower limb muscle synergies during jumping in martial artists post-anterior cruciate ligament reconstruction: A randomized crossover trial. Bioengineering (Basel). 2025;12(5):535.
  28. He J, Li M, Zhang Q, Zhang Z. Associations between the performance of vertical jump and accelerative sprint in elite sprinters. Front Bioeng Biotechnol. 2025;13:1539197.
  29. Junge N, et al. Force-velocity-power profiling of maximal effort sprinting, jumping and hip thrusting: Exploring the importance of force orientation specificity for assessing neuromuscular function. J Sports Sci. 2021;39(18):2115-2122.
  30. Seitz LB, Haff GG. Factors modulating post-activation potentiation of jump, sprint, throw, and upper-body ballistic performances: A systematic review with meta-analysis. Sports Med. 2016;46:231-240.
  31. Karabel F, Makaracı Y. Optimal recovery time for post-activation performance enhancement after an acute bout of plyometric exercise on unilateral countermovement jump and postural sway in national-level female volleyball players. Appl Sci (Basel). 2025;15(8):4079.
  32. Gupta D, Jensen JL, Abraham LD. Biomechanics of hang-time in volleyball spike jumps. J Biomech. 2021;121:110380.
  33. Suhadi S, Guntur G, Kriswanto ES, Nopembri S. Muscular endurance and strength as predominant factors on spike among young volleyball athletes. Retos. 2023;50:349-356.
  34. Gonçalves CA, et al. Neuromuscular jumping performance and upper-body horizontal power of volleyball players. J Strength Cond Res. 2021;35(8):2236-2241.
  35. Garcia S, et al. Comparison of landing kinematics and kinetics between experienced and novice volleyball players during block and spike jumps. BMC Sports Sci Med Rehabil. 2022;14(1):105.
  36. Sedaghati P, Baharmast Hossein Abadi A, Zolghadr H. Effect of core stability exercises on volleyball players: A systematic review. Phys Treat Spec Phys Ther J. 2023;13(3):147-158.
  37. Comba D, et al. Evaluation of lower extremity and core strength in young female and male volleyball players. J Pioneer Med Sci. 2024;13(1):53-57.
  38. Tsoukos A, et al. Upper and lower body power are strong predictors for selection of male junior national volleyball team players. J Strength Cond Res. 2019;33(10):2760-2767.
  39. Baena-Raya A, et al. The force-velocity profile as determinant of spike and serve ball velocity in top-level male volleyball players. PLoS One. 2021;16(4):e0249612.
  40. Li X, Wang D, Gao S, Zhou C. Impacts of kinematic information on action anticipation and the related neurophysiological associations in volleyball experts. Brain Sci. 2024;14(7):647.

Перепечатки и разрешения

Теги

Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.