Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Опорно-двигательная связь (LRC) потенциально выгодна для бегунов, но может быть сложной в исполнении. Мы представляем индивидуальное решение, реализованное на смартфоне, чтобы индивидуализировать и направлять бегунов к LRC.
В то время как бег является одним из самых популярных видов спорта для соревнований и отдыха, по оценкам, 20-40% бегунов могут страдать от задержек дыхания. Некоторым из этих бегунов могут быть полезны дыхательные техники для улучшения производительности или облегчения респираторного дискомфорта. Одним из таких методов является локомоторно-дыхательная связь (LRC), синхронизация частоты и фазы дыхания с шагом. Исследования показали, что LRC может повысить эффективность вентиляции за счет «ступенчатых потоков», и некоторые эксперты утверждают, что его можно использовать для упражнений с темпом или повышения положительного эмоционального состояния. Тем не менее, может быть трудно выступать без коучинга или руководства. В этой статье мы предлагаем RunRhythm, специальное приложение для смартфона, которое обеспечивает пошаговую синхронизацию звука для LRC. Эта концепция основана на предыдущих доказательствах того, что надежное руководство может быть эффективным, и включает в себя функции для максимального соблюдения и индивидуализации. Предварительные результаты показывают, что данное применение является перспективным и эффективным методом, подходящим для исследования ЦУР в полевых условиях. Обсуждаются рекомендации по использованию и дальнейшему развитию для дальнейшего развития этой концепции на благо более широких слоев населения.
Бег, пожалуй, является наиболее популярной формой физических упражнений, отчасти из-за его доступности и ряда преимуществ для физического и психического здоровья 1,2. Тем не менее, многие начинающие бегуны изо всех сил пытаются начать или поддерживать беговые привычки. Это может быть связано с затрудненным дыханием, которое затрагивает примерно 20-40% бегунов 3,4,5. Уменьшение одышки, вызванной физическими упражнениями, теоретически возможно с помощью специальных дыхательных техник, но точные методы, риски и преимущества этого неясны. В то время как улучшение физической формы и/или медленное дыхание в состоянии покоя могут облегчить респираторный дискомфорт во время упражнений 6,7, эти решения требуют недель или месяцев, чтобы получить преимущества. Некоторые исследования предполагают, что непосредственное применение дыхательных техник во время физических упражнений может быть более эффективным для получения острого эффекта8, хотя такие исследования ограничены. Для проведения таких исследований в формате эффективного вмешательства могут потребоваться цифровые инструменты, обеспечивающие индивидуализированное обучение.
Локомоторно-респираторная связь (LRC) — это явление синхронизации, при котором дыхание и движение синхронизированы по частоте и/или фазе. В конкретных упражнениях, таких как бег, LRC показывает целочисленное соотношение между дыханием (BR) и частотой шагов (SR), а также фазовую блокировку удара ногой до начала дыхания (т.е. точное наступление на вдохе). ЦУР может выражаться волевым или автоматическим образом и может проявляться как приобретенное поведение при тренировкахфизическими упражнениями. Люди естественным образом синхронизируют походку с мешающими слуховыми шумами (включая дыхание), возможно, чтобы уменьшить слуховую стимуляцию, что позволяет предположить, что LRC имеет эволюционнуюфеноменологию. Некоторые отчеты указывают на то, что LRC улучшает экономичность движений и производительность, а также уменьшает одышку 11,12,13,14,15. В некоторых исследованиях сообщалось о незначительной пользе 16,17,18. Любые физиологические преимущества могут быть связаны с «ступенчатыми потоками»: каждый удар ногой создает нисходящий импульс содержимого брюшной полости («висцеральный поршень»), который при синхронизации с началом вдоха или выдоха может быть дополнением к вентиляции.
Daley et al.19 измерили вентиляционный поток и силы удара во время бега на беговой дорожке и предположили, что ступенчатые потоки могут составлять до 10-12% от общей вентиляции. Они также сообщили, что это может ускорить переходы на вентиляцию легких. Другие нейромеханические механизмы могут взаимодействовать с этим явлением9. В то время как висцеральный поршень является результатом точной фазовой связи, частотная связь может быть ценной сама по себе, особенно для начинающего бегуна. BR тесно связан с усилием при разной интенсивности упражнений20. Поскольку SR в целом стабилен и связан со скоростью бега21, LRC может поддерживать самосознание и обеспечивать легкое изменение темпа BR и, следовательно, интенсивность на протяжении всего бега. Наконец, LRC в неравномерных соотношениях (например, 5:1 шагов на вдох) может помочь предотвратить транзиторную боль в животе, связанную с физической нагрузкой («боковой шов»). Большинство бегунов испытывают этот временный, но отвлекающий и болезненный симптомкаждый год, что часто приводит к необходимости прекратить бег. Одна из теорий этиологии боковых швов заключается в том, что повторное дыхание при одном и том же боковом ударе ногой может раздражать диафрагмальный нерв. Таким образом, ЦУР может избежать его при неравномерных соотношениях, что приводит к дыханию на чередующихся ногах.
В немногих отчетах обсуждается, как поддержать бегунов в выполнении LRC. По крайней мере, в двух исследованиях были продемонстрированы методы биологической обратной связи14,23, в то время как во многих использовался простой вербальный коучинг24,25. Несмотря на то, что эти методы показали себя многообещающими в острой стимуляции LRC, они высоко стандартизированы и требуют специализированного оборудования. Таким образом, они, скорее всего, не подходят для полевых работ и недоступны для большинства бегунов. В любом случае, звуковое сопровождение является естественным выбором, поскольку люди интуитивно синхронизируют движение с предсказуемыми слуховыми событиями (метрономом или музыкой). Таким образом, приложения должны тщательно учитывать темп и структуру звука в контексте моторного обучения. В то время как простое аудио в постоянном темпе предсказуемо и эффективно для стимуляции синхронизации, оно противоречит естественно нелинейному поведению шаговых и дыхательных ритмов у здоровых бегунов27,28. Изменение предпочитаемого бегуна SR может снизить экономичность бега 29 или изменить факторы риска травм30. Таким образом, звуковые инструкции должны постоянно адаптироваться в режиме реального времени в соответствии с SR31 бегуна.
Недавно мы представили концепцию, которая интегрирует вышеуказанные рекомендации в простое, удобное дляпользователя приложение для смартфона. Первая итерация позволяет выбрать одно соотношение LRC, которое будет инструктироваться на протяжении всего прогона. Стандартный алгоритм SR телефона используется для предоставления информации SR в режиме реального времени в приложение. Затем пошагово синхронизируются звуки, указывающие, когда бегун должен выдохнуть и вдохнуть: высокий тон для шагов во время вдоха и низкий тон во время выдоха. Назначенные соотношения LRC были получены в результате контрольного визита без инструкций по дыханию. Мы обнаружили значительное увеличение LRC с 26,3 ± 10,7% до 69,9 ± 20,0% прогона при использовании инструкции по применению во время субмаксимального бега на открытом воздухе. К ограничениям, отмеченным в отношении протокола и приложения, относятся требование обширного ознакомления, ограниченный размер выборки и постоянное звуковое обучение. Следовательно, была разработана новая версия этого приложения, чтобы улучшить пользовательский опыт и обеспечить более широкое тестирование и экспериментирование в полевых условиях. Это приложение называется RunRhythm , так как его предназначение — помочь бегунам найти и поддерживать ритм во время бега. В дальнейшем оно будет называться приложением.
Цель этого отчета — представить новый цифровой инструмент и методологический подход, который позволяет интуитивно понятным и готовым к работе руководством LRC для научных исследований с участием опытных или начинающих бегунов. Приложение представляет собой приложение исследовательского уровня, проходящее бета-тестирование для устройств Android. Основными функциями приложения являются обнаружение SR и наведение LRC. При обнаружении бега создаются звуки дыхания в соответствии с выбранными настройками в пользовательском интерфейсе. Приложение вычисляет SR по акселерометру телефона с помощью одного из двух алгоритмов: либо заводского алгоритма SR, реализованного производителем устройства, либо пользовательского алгоритма SR, созданного производителем приложения. Оба алгоритма генерируют постоянный поток SR в реальном времени, который затем сглаживается на скользящей средней в соответствии с адаптивным окном. Размер окна является динамическим, чтобы сбалансировать реактивность и сглаживание выбросов. В результате получается постоянно обновляемое значение СТО в реальном времени.
Поскольку приложение рассчитывает SR по движению устройства, размещение телефона на корпусе имеет первостепенное значение. Большинство стандартных алгоритмов SR не зависят от положения и, следовательно, могут быть размещены на любой части тела во время бега для получения точных значений SR. Реализованный здесь пользовательский алгоритм также ведет себя соответствующим образом. Тем не менее, плотное расположение ближе к центру масс может улучшить стабильность обнаружения SR и, как следствие, качество звука, производимого приложением. Пилотные испытания показывают, что размещения с одномерными колебаниями (т.е. вертикально вверх и вниз, например, в нагрудном кармане или поясном рюкзаке) могут работать лучше, чем при двухмерном движении (т.е. при раскачивании, например, в набедренном кармане или нарукавной повязке).
Данные SR подаются на встроенный звуковой движок (см. Таблицу материалов). Пошаговые звуки воспроизводятся только в том случае, если система обнаруживает SR > 0. Когда SR превышает заданное пороговое значение (определенное в настройках серверной части [раздел протокола 3.6]; т.е. 120), приложение понимает, что пользователь бежит, и запускает запуск звуков дыхания. Затем это текущее значение SR используется для установки темпа шага и звуков дыхания до тех пор, пока сохраняется «бегущее» значение SR. Когда SR > порогового значения, генерируемые звуки по умолчанию соответствуют темпу SR. Исключение составляют случаи, когда изменяется настройка бэкенда "темп звука" (определяется в настройках бэкенда [раздел протокола 3.5]). Например, при выбранном верхнем пределе 180, даже если бегун начнет бежать с более высоким SR 185, темп звука не будет превышать 180. Когда они снижают SR до 175, звуки снижаются до 175, постоянно корректируясь в пределах заданных пределов. Как описано в протокольном шаге 3.5, эти ползунки позволяют пользователю или исследователю устанавливать ограничения на минимальный и максимальный темп звука (уд/мин). Приложение позволяет выбирать различные соотношения LRC (шаги:дыхание) до или изменять их во время пробежки. Количество шагов за фазу вдоха может быть изменено от 2 до 9; Т.е. соотношение 2:3 отражает 2 шага на вдох и 3 шага на выдох.
Различные «звуковые ландшафты» были разработаны для того, чтобы обеспечить приятное звуковое впечатление для большего числа бегунов с различными музыкальными вкусами на основе отзывов пользователей и ранних лабораторныхэкспериментов. Они имеют различные звуки, сопоставленные со скоростью шага в реальном времени, инструктированными фазами дыхания и фоновым окружающим шумом. Звуки шагов — это простые удары, которые воспроизводятся в темпе каждого удара ногой (т. е. вправо и влево). Звуки дыхания объединяют несколько звуковых элементов и воспроизводятся в гораздо более медленном темпе в зависимости от выбранного соотношения LRC. Доступные саундскейпы племенные: органические и инструментальные с резкими переходами дыхания и ступенчатыми звуками; успокаивающий: легкий и вдохновленный океаном с плавными переходами и ступенчатыми звуками; энергетический: электронный и драйвовый с резкими переходами и шаговыми звуками; Минималистичный: простой и плавный, только со звуками дыхания (без звуков шагов).
Функция закадрового голоса добавляет простые голосовые подсказки, соответствующие передовым результатам исследований в области ознакомления с LRC. Он предоставляет серию инструкций в начале забега, а затем каждые 5 минут после этого. Во-первых, в нем указывается выбранный коэффициент LRC. Затем он указывает предполагаемую фазу дыхания синхронно со звуковыми сигналами для первых трех дыхательных циклов. Затем он напоминает пользователю: «Найди свой темп и шагай в такт». Для каждой пробежки интегрирована анкета до и после пробежки, чтобы добавить данные о субъективных ощущениях к каждой пробежке. По шкале субъективной жизнеспособности34 задается один пункт, касающийся самочувствия бегуна от 0 до 10. Оценка по шкале усталости от 0 до 10 просит пользователя оценить свое текущее состояние усталости. Наконец, шкала от 0 до 10 оценивает степень одышки, испытываемой в настоящее время. Все эти весы задаются до и после каждого прогона. Только после пробежки пользователю предлагается оценить свои впечатления от интенсивности пробежки (т.е. легкие, средние, высокие, интервалы). Пользователи могут изменять коэффициент LRC и временность во время прогона с помощью экранного интерфейса или управления в наушниках. Это может помочь пользователям почувствовать свободу действий во время бега и позволяет исследовать личную пригодность. Кроме того, может потребоваться быстрое изменение соотношения в ответ на беговые события (например, подъемы, усталость). Этот протокол включает в себя описание того, как работать с приложением, и последующие рекомендации по его использованию в рамках протоколов исследований различных типов (т. е. в помещении, на открытом воздухе, интервенционных, перекрестных).
Это исследование получило этическое одобрение Комитета по этике Зальцбургского университета (регистрационный номер: GZ 13/2021), и участники дали свое информированное согласие.
1. Начало работы с RunRhythm
Рисунок 1: Руководство по приложению. RunRhythm предоставляет вводное руководство при первом открытии, включая подробную информацию о опорно-дыхательной связи, анимацию, показывающую, как работает приложение, и советы по использованию. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
2. Базовый функционал
Рисунок 2: Основной интерфейс приложения. (A) Соотношение двигательно-дыхательной связи может быть изменено в пользовательском интерфейсе с помощью спиннеров в диапазоне от 2 до 9. Каждое значение представляет собой количество шагов за фазу вдоха; Т.е. 2:3 представляет собой 2 шага на вдох: 3 шага на выдох. Иконка замка может быть использована для фиксации разницы соотношений; Т.е. при фиксации на уровне 2:3 сдвиг «вверх» изменяет соотношение на 3:4 (сохраняя разницу на 1 шаг больше на выдох). (B) Выбор звукового ландшафта позволяет пользователю выбрать один из четырех предопределенных звуковых слоев: племенной, успокаивающий, электронный и минимальный. (C) Переключение темпоральности позволяет пользователю выбрать одну из трех предопределенных настроек частоты наведения: полная, средняя и выкл. (D) Переключение закадрового голоса позволяет пользователю включать или выключать голосовые подсказки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3: Анкеты до и после опросников. Идентичные анкеты представляются в начале и в конце каждого заезда. На них необходимо ответить, чтобы начать или закончить забег. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
3. Настройки бэкенда
ПРИМЕЧАНИЕ: Ключевые параметры, влияющие на функциональность приложения, можно изменить, нажав на три точки в правом верхнем углу главного интерфейса. Значения по умолчанию отражают рекомендуемые значения, но могут быть изменены. Этот экран (рисунок 4) содержит следующие настройки:
Рисунок 4: Настройки бэкенда. Настройки серверной части включают автоматическую паузу, переключатель для определения шагов и коды идентификаторов. (A) Настройки пороговых значений темпа звука позволяют точно выбирать пороговые значения скорости шага, которые ограничивают создаваемый темп звукового руководства. Например, выбор нижнего порога 155 и верхнего порога 180 гарантирует, что звуковое руководство не будет отклоняться от интервала [155, 180], независимо от фактического обнаруженного SR. Значение по умолчанию — [0, 200]. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
4. Запуск с приложением
Рисунок 5: Интерфейс входа и после прогона. (A) Во время прогона доступен упрощенный интерфейс, который позволяет пользователю изменять ключевые параметры, включая соотношение двигательно-дыхательной связи и темпоральность. Он также отображает текущий темп бега и скорость шага. (B) После пробежки на экране сводки отображаются ключевые показатели, включая общую дистанцию, средний темп и среднюю скорость шага. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
5. Исследуйте с помощью приложения
ПРИМЕЧАНИЕ: Вышеуказанные функциональные возможности были разработаны для обеспечения максимального удобства работы пользователей и проведения научных исследований LRC в различных контекстах. Приведенные ниже шаги описывают, как интегрировать приложение в исследование, начиная с первоначального ознакомления с ним и заканчивая журналами приложения после его выполнения. Эти методы исследования были рассмотрены и одобрены для экспериментов на людях комитетом по этике Парижского университета Лодрон в Зальцбурге (EK-GZ 29/2023).
Рисунок 6: Ознакомление исследователя. В контексте исследований рекомендуется ознакомление с основным исследователем для обеспечения концептуального понимания локомоторно-респираторной связи и правильного использования приложения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Это приложение является второй итерацией этого приложения, разработанной с целью поддержки LRC и предоставления звукового опыта. Были проведены многочисленные пилотные исследования и одна публикация в журнале, подтверждающие его эффективность и подтверждающие поло?...
Эта методология представляет собой один из первых научно обоснованных и готовых к работе цифровых инструментов для обучения бегунов работе с ЦУР. Первые результаты показывают, что он эффективен не только для быстрого обучения и соблюдения ЦУР, но также может быть изу...
Ульф Йенсен работал в компании Adidas AG. Остальные авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Эта работа была поддержана Федеральным министерством Австрии по вопросам климата, окружающей среды, энергетики, мобильности, инноваций и технологий по контракту No 2021$$-$$0.641.557 и федеральной землей Зальцбург в рамках исследовательской программы COMET-Competence Centers for Excellent Technologies - в рамках проекта Digital Motion in Sports, Fitness and Well-being (DiMo; Договор No 872574).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Android smartphone | Samsung or Google | Minimum Android 8.0 required for application functionality | |
FMOD engine | Firelight Technologies Pty Ltd | Sound engine | |
Hexoskin smart shirt | Carré Technologies | Wearable sensor shirt | |
RunRhythm application for Android | adidas GmbH and abios GmbH |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены