Motorinen koordinaatio ja sen yhteys juoksunaikaiseen reisilihasten yhteisaktivaatioon alakouluikäisillä lapsilla

Abstract

Kansallisten tutkimusten mukaan lapset liikkuvat entistä vähemmän ja vain kolmannes lapsista liikkuu kansainvälisten suositusten mukaisesti. Vaikka suositukset täyttyisivätkin, lapset ovat suurimman osan päivästään paikallaan tai liikkuvat erittäin kevyesti. Monipuolinen liikunta ja erilaisten taitojen harjoittaminen mahdollistavat motoristen perustaitojen kattavan kehittymisen. Motorisissa taidoissa ja motorisessa koordinaatiossa on havaittu heikentymistä vuosikymmenten aikana muun muassa lisääntyneen ylipainon johdosta. Koaktivaatiota eli pää- ja vastavaikuttajalihasten yhteisaktivaatiota esiintyy niveltä ympäröivissä lihaksissa usein niveltä vakauttavana tekijänä. Koaktivaatiossa on havaittu yhteyksiä fyysisen aktiivisuuden määrään esimerkiksi hypyissä ja pyöräilyssä. Tutkimuksia juoksunaikaisista koaktivaatioista on tehty varsin vähän etenkin lapsilla. Tämän tutkielman tarkoituksena oli tutkia motorisen koordinaation ja juoksunaikaisen reisilihasten koaktivaation yhteyksiä 1., 3. ja 5. luokkalaisilla lapsilla. Motorisen koordinaation ja koaktivaation yhteyksien lisäksi tarkasteltiin koaktivaation yhteyksiä ikään sekä juoksun koordinaatiomallin kehittymistä askelten toistettavuuden kautta.

Tutkimukseen osallistui yhteensä 35 vapaaehtoista tutkittavaa, joista 21 oli tyttöjä ja 14 poikia iältään 7 – 11- vuotiaita. Juoksumittaukset toteutettiin 200 metrin sisäjuoksuradalla Hipposhallissa lapsen omavalintaisella juoksunopeudella. Juoksun aikaisen lihasaktiivisuuden mittaamiseen käytettiin elektromyografiaa (EMG) ja kiihtyvyyden mittaamiseen vyötärölle kiinnitettävää kiihtyvyysanturia. Käytössä olleet EMG-shortsit mittasivat etu- ja takareiden lihasryhmien aktiivisuutta shortseihin kiinnitetyillä tekstiilielektrodeilla. Kiihtyvyyden avulla EMG- datasta tunnistettiin askelparit kustomoidulla Matlab laskentakoodilla. Koaktivaation kynnysarvona käytettiin kävelyn EMG-arvoja ja lihaksen todettiin olevan aktiivisena kynnysarvon ylittäessään. Lopullinen koaktivaatio ilmoitettiin prosenttiosuutena askelsyklistä, lihasparien ollessa yhtäaikaisesti aktiivisena. Motorista koordinaatiota mitattiin Körperkoordinationstest für Kinder (KTK)-testistöllä, joka koostui takaperin tasapainoilusta, esteen yli kinkkauksesta, sivuttaishyppelystä ja sivuttaissiirtymisestä. KTK-testistö on kansainvälisesti laajalti käytetty menetelmä motorisen koordinaation mittaamisessa ja sen validiteetti sekä reliabiliteetti on osoitettu hyväksi. Mittaukset toteutettiin osana Jyväskylän yliopiston CHIPASE-projektia, jonka aikana tutkittaville suoritettiin myös muita mittauksia.

Tutkimus osoitti, että suurella osalla (70,6 %) lapsista oli normaalit motoriset koordinaationtaidot. Tilastollisesti merkitseviä eroja löytyi 3. ja 5. luokkalaisten KTK-tulosten välillä (p = 0,048). Koaktivaation ja motorisen koordinaation välillä havaittiin positiivinen yhteys, mutta hypoteesin ja aiempien tutkimusten vastaisesti heikon motorisen koordinaation todettiin korreloivan alhaiseen koaktivaatioprosenttiin (rs = 0,611; n = 13; p = 0,026). Myös aikaisempien tutkimustulosten vastaisesti 5. luokkalaisilla lapsilla havaittiin koaktivaatiota (70 % askelsyklistä) keskimäärin enemmän, kuin 3. ja 1. luokkalaisilla (alle 60 %). Juoksuaskeleet olivat 3. ja 5. luokkalaisilla keskimäärin yhtä toistettavia. EMG-signaaleja tarkasteltaessa huomattiin, että 5. ja 3. luokkalaisilla lapsilla oli keskimäärin vähemmän vaihtelevuutta EMG-signaalissa verrattuna 1. luokkalaisiin.

Tuloksista voidaan päätellä, että ikään suhteutettu motorisen koordinaation kompetenssi kasvaa iän myötä. Myös juoksun koordinaatiomalli vakiintuu kehityksen myötä ja tämä näkyy EMG-signaalissa selkeämpänä lihasaktiivisuusmallina. Koaktivaation ja motorisen koordinaation välillä havaittiin yhteys, mutta se oli ristiriidassa aiempiin tutkimustuloksiin. Aihetta tulisi tutkia lisää esimerkiksi tarkemmalla pinta elektromyografialla. Kuitenkin aiheen tutkiminen on haasteellista lasten EMG-aktiivisuuden suuren vaihtelun takia.

According to previous studies, elementary school children are less active and only one third of the children achieves international physical activity (PA) recommendations. Although the physical activity recommendations are achieved, children are usually inactive or the intensity of PA is very light during the day. Versatile skill exercises are needed while developing motor skill capacity. Motor skills and motor coordination skills in children have been decreasing in previous decades and one of the reasons for that is increased obesity. Coactivation occurs when agonist and antagonist muscles are activated at the same time. Previous studies suggest that physical activity level correlates to muscle coactivation in jumping and cycling. In children, coactivation during running has not been extensively studied. The aim of this study was to examine correlation between motor coordination, age and coactivation in elementary school aged children. Also, coordination model of running was examined based on gait cycle repeatability.

Together 35 voluntary subjects, involving 21 girls and 14 boys age 7 – 11 years participated to the study. Running test was performed on 200-meter indoor track in Hipposhalli. Subjects got to choose their own running speed. While running the muscle activity was measured with electromyography (EMG) and acceleration with acceleration meter placed on subject’s waist. Muscle activity was measured with EMG-shorts that measures muscle activation with textile electrodes. Acceleration was used to identify running pace from the EMG signal with customized Matlab script. EMG from walking was used as threshold in coactivation. When activation level in the muscle increased over threshold, the muscle was activated. Coactivation is reported as percentage of the gait, when muscle pair was activated at the same time. Motor coordination was measured with Körperkoordinationstest für Kinder (KTK). The KTK-test involves walking backwards, hopping for height, jumping sideways and moving sideways. KTK is widely used to measure motor coordination and its validity and reliability have been proven to be good. All measurements were part of ongoing CHIPASE- study in University of Jyväskylä.

The results show that 70,6 % of the subjects had normal motor coordination skills. Significant differences were found between 3rd and 5th graders KTK-test results (p = 0,048). Positive correlation was found between coactivation and motor coordination (rs = 0,611; n = 13; p = 0,026). Although the correlation was opposite to our hypothesis and previous studies. Also 5th graders had more coactivation (approximately 70 % of the gait) than 3rd and 1st graders (under 60 %). Running gait cycle repeatability was approximately the same between 3rd and 5th graders and they had less variability in the EMG signals than 1st graders.

As conclusion we can assume that motor coordination competence increases with age. Also, coordination model of the running becomes stable with age and that leads to less variability in the EMG signal. There was positive correlation between motor coordination and coactivation, but it was in contradiction with previous studies. More research needs to be done for further conclusions. Although, it is hard to collect good quality EMG data from children, we suggest that coactivation should be studied with surface EMG in the future.