Sykevälivaihtelun skaalautumisominaisuuksien hyödyntäminen urheiluanalytiikassa
Kuisma, Joonas (2020)
2020
Tekniikan ja luonnontieteiden kandidaattiohjelma - Degree Programme in Engineering and Natural Sciences, BSc (Tech)
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2020-05-25
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202005175414
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202005175414
Tiivistelmä
Ihmisen sydämen peräkkäisten lyöntien välinen aika vaihtelee monimutkaisella tavalla. Se sisältää sekä satunnaisuutta että erilaisia itseisriippuvuuksia kuten niin sanottuja lyhyen ja pitkän kantaman korrelaatioita. Ilmiöstä käytetään nimitystä sykevälivaihtelu. Sitä on tutkittu enimmäkseen levossa käyttämällä tavanomaisia aikasarja-analyysimenetelmiä. Fyysisen rasituksen kuten urheilusuorituksen aikana sykevälivaihtelu vähenee ja lyönnistä-lyöntiin- eli RRI-aikasarjoista tulee erittäin epästationäärisiä. Epästationäärisyydellä tarkoitetaan, että aikasarjan tilastolliset ominaisuudet kuten keskiarvo, varianssi ja autokorrelaatiofunktio muuttuvat ajan suhteen. Tuore dynaaminen lähestymistapa mahdollistaa näiden rasituksessa syntyneiden aikasarjojen korrelaatioiden tutkimisen.
Työssä perehdytään sykevälivaihteluun ja sen analysoinnissa käytettyihin laskennallisiin menetelmiin. Menetelmistä tarkemmin esitellään uusi dynaaminen trendit poistava fluktuaatioanalyysi (DDFA, Dynamical Detrended Fluctuation Analysis). Menetelmällä tutkitaan aikasarjassa esiintyvien korrelaatioiden riippuvuutta skaalasta eli mittakaavasta ajan funktiona. Työn tavoite on tutkia näitä sykevälivaihtelun skaalautumisominaisuuksien muutoksia erityisesti juoksuharjoitusten ja -kilpailuiden aikana. Lisäksi pohditaan ilmiön taustoja.
Työ jakaantuu kahteen osaan. Kirjallisuustutkimusosassa perehdytään kuormittavuuden arviointi- ja seurantamenetelmiin urheilussa ja selvitetään sydämen sähköistä toimintaa sekä sykevälivaihtelua ilmiönä. Lisäksi perehdytään erilaisiin sykevälivaihtelun analysoinnissa yleisesti käytettyihin menetelmiin. Lyhyt kokeellinen osuus keskittyy juoksuharjoitusten analysointiin. Työhön valittu aineisto koostuu omista itsesuoritetuista juoksuharjoitteista. Työssä perehdytään erityisesti kovatehoisiin suorituksiin, joten mukaan valittiin muutama edustava harjoitus ja kilpailu. Niiden aikainen syke tallennettiin tavallisella urheilukellolla. Suoritusten RRI-aikasarjat analysoitiin DDFA-menetelmällä.
Tuloksissa havaitaan aikaisempien tutkimusten mukaiset voimakkaat rasituksenaikaiset skaalautumisominaisuuksien muutokset sykevälivaihtelussa. Kovassa rasituksessa tietyn intensiteetin jälkeen vaihtelun huomataan olevan antikorreloitunutta. Ilmiön fysiologista syytä pohditaan, mutta jatkotutkimuksia tarvitaan sen selittämiseksi ja ymmärtämiseksi. Joka tapauksessa muutokset sykevälivaihtelun skaalautumisominaisuuksissa tapahtuvat nopeasti ja systemaattiselta vaikuttavalla tavalla, mikä voisi mahdollistaa uusien ja aikaisempaa tarkempien reaaliaikaisten kuormituksen seuranta- ja mittausmenetelmien kehittämisen urheilukäyttöön.
Työssä perehdytään sykevälivaihteluun ja sen analysoinnissa käytettyihin laskennallisiin menetelmiin. Menetelmistä tarkemmin esitellään uusi dynaaminen trendit poistava fluktuaatioanalyysi (DDFA, Dynamical Detrended Fluctuation Analysis). Menetelmällä tutkitaan aikasarjassa esiintyvien korrelaatioiden riippuvuutta skaalasta eli mittakaavasta ajan funktiona. Työn tavoite on tutkia näitä sykevälivaihtelun skaalautumisominaisuuksien muutoksia erityisesti juoksuharjoitusten ja -kilpailuiden aikana. Lisäksi pohditaan ilmiön taustoja.
Työ jakaantuu kahteen osaan. Kirjallisuustutkimusosassa perehdytään kuormittavuuden arviointi- ja seurantamenetelmiin urheilussa ja selvitetään sydämen sähköistä toimintaa sekä sykevälivaihtelua ilmiönä. Lisäksi perehdytään erilaisiin sykevälivaihtelun analysoinnissa yleisesti käytettyihin menetelmiin. Lyhyt kokeellinen osuus keskittyy juoksuharjoitusten analysointiin. Työhön valittu aineisto koostuu omista itsesuoritetuista juoksuharjoitteista. Työssä perehdytään erityisesti kovatehoisiin suorituksiin, joten mukaan valittiin muutama edustava harjoitus ja kilpailu. Niiden aikainen syke tallennettiin tavallisella urheilukellolla. Suoritusten RRI-aikasarjat analysoitiin DDFA-menetelmällä.
Tuloksissa havaitaan aikaisempien tutkimusten mukaiset voimakkaat rasituksenaikaiset skaalautumisominaisuuksien muutokset sykevälivaihtelussa. Kovassa rasituksessa tietyn intensiteetin jälkeen vaihtelun huomataan olevan antikorreloitunutta. Ilmiön fysiologista syytä pohditaan, mutta jatkotutkimuksia tarvitaan sen selittämiseksi ja ymmärtämiseksi. Joka tapauksessa muutokset sykevälivaihtelun skaalautumisominaisuuksissa tapahtuvat nopeasti ja systemaattiselta vaikuttavalla tavalla, mikä voisi mahdollistaa uusien ja aikaisempaa tarkempien reaaliaikaisten kuormituksen seuranta- ja mittausmenetelmien kehittämisen urheilukäyttöön.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8324]