Identification, structuring, prioritisation and estimation of influencing factors on athletic performance capacity are most important problems of performance diagnosis in exercise and training. Characteristics like strength, speed, endurance and coordination especially depend on muscle activity and activation respectively. Surface electromyography provides many important and useful applications to determine muscular function. To analyse the spectral density of EMG signals Fourier transforms are commonly used. The prerequisite of this transform is that the analysed signal is stationary. Generally, this can not be assumed for the electromyograms of muscle contractions of human movement. Using two dimensional frequency-time analyses (Fast Fourier transforms) a second problem is the range of the sliding window: If the range is large the time resolution is poor, if the range is small the time resolution is high but the computed spectral density is poor. The time-variant spectral analysis is able to react on structural changes of the non-stationary signal. This condition is fulfilled by an autoregressive moving average model (ARMA model) with time variant parameters: The parameters are changed by an adaptive estimation procedure at every sample point in a manner minimizing the error of the model (see Schack et. al., 1995a,b). The aim of this thesis is to use the time-variant spectral analysis on several sports exercises to verify that there are correlations between the athletic performance capacity and the spectral density of the EMG. In detail the process of technique training, strength training and fatigue are discussed. There are three longitudinal analysis: Archery (high-level-athletes) is used for technique, because it is a very precise movement that can be repeated very often without showing any fatigue and the performance can be quantified by the score. Maximal and explosive isometric voluntary contraction (sports students) was analysed before, intermittent, and two times after dynamic strength training. Fatigue during swim bench exercise was investigated on female elite swimmers. The results suggest that time-variant spectral analysis is a useful method to analyse spectral density of surface EMG signal in several sports exercises. There are an increase of the highest frequency band and a greater structure in time-dependent spectra of selected muscles during maximal and explosive isometric voluntary contraction after dynamic strength training. There seems to be an individual higher decline of median frequency by a greater mechanical output power of swimmers` arms. No systematic characteristics were found in process of technique training, exemplarily shown for archery. A further part of this thesis are models of recruitment and rate coding organization in motor unit pools. The aim of this part is to present a tool to identify and quantify effects of intramuscular coordination on muscle performance. As an approximation of a dynamic system recurrent fuzzy techniques in combination with PT2-Elements are used. The results of two exemplary motor unit pools show differences in Maximum Value Capacity (MVC) above 10% after randomised time-variant changes in coordination of motor units. That suggests the exist of an optimal behaviour of motor unit coordination. Sportliche Leistungsfähigkeit - insbesondere deren Komponenten Kraft, Schnelligkeit, Ausdauer und Koordination - sind untrennbar verbunden mit der Aktivität bzw. Aktivierung von bewegungs- und somit leistungsrelevanter Skelettmuskulatur. Ein verbreitetes biomechanisches Verfahren zu deren Beurteilung ist die Oberflächenelektromyografie (EMG), bei der Erregungs- und Kontraktionszustände erfasst werden. Zu den quantitativen Analysen von EMG-Signalen gehört die Abschätzung des Frequenzgehaltes. Herkömmliche Verfahren (z.B. FFT) setzen voraus, dass zumindest innerhalb eines gleitenden Zeitfensters Stationarität vorliegt. Biologische Signale zeichnen sich jedoch dadurch aus, dass sie Veränderungen in der Zeit unterliegen. Die zeitvariante oder auch adaptive dynamische Spektralanalyse stellt ein dynamisches Verfahren dar, das Mitte der 90er Jahre für die Auswertung nichtstationärer biologischer Signale, entwickelt wurde. Das Verfahren basiert auf der parametrischen Berechnung des Leistungsspektrums aus den Parametern eines kontinuierlich angepassten ARMA-Modells (Auto Regressive Moving Average). Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, mit Hilfe der zeitvarianten Spektralanalyse verschiedene sportwissenschaftliche Problemstellungen zu bearbeiten und mögliche Zusammenhänge zwischen der Charakteristik des Spektrums und dem Leistungsniveau bzw. dem Trainingszustand aufzuzeigen. Es werden Fragen zum Trainingsprozess im Techniktraining, im Krafttraining sowie zu Ermüdungsprozessen bearbeitet. Weiterhin werden Modellentwicklungen und Simulationsergebnisse vorgestellt, die das Entladungsverhalten von motorischen Einheiten (ME) nachbilden, um Fragen zur intramuskulären Koordination bearbeiten zu können. Die wesentlichen Ergebnisse und Erkenntnisse dieser Arbeit lassen sich wie folgt zusammenfassen: Bei verschiedenen Fragestellungen spiegelt sich sportliche Leistungsfähigkeit bzw. sportliche Leistung im zeitabhängigen Frequenzverhalten von EMG-Signalen wider. Durch Maximalkraft- bzw. Explosivkrafttraining konnten u.a. Signalleistungen in höheren Frequenzbändern sowie eine größere Strukturiertheit in den Zeit-Frequenz-Spektren identifiziert werden. Bei Kraftausdauerbelastungen leistungssportlich orientierter Schwimmerinnen deutet vieles darauf hin, dass ein individuell deutlicheres Absinken der Frequenzen im EMG-Signal einherzugehen scheint mit größerer Ermüdung infolge größerer erbrachter mechanischer Leistung. Im Techniktraining von Willkürbewegungen (exemplarisch untersucht an der Auflösung des Kräftegleichgewichtes beim Lösen des Pfeils im olympischen Bogenschießen auf hohem Leistungsniveau) zeigte das untersuchte Subsystem Muskel bei äußerst stabiler Bewegungskoordination ein hohes Maß an Variabilität im zeitlichen Frequenzverhalten ohne direkten Bezug zur sportlichen Leistungsfähigkeit. Die Modellentwicklungen liefern einen Ansatz, mit Hilfe von Proportional-Elementen mit Verzögerung II. Ordnung (PT2-Elementen) aus der Regelungs-technik und deren Ansteuerung über Fuzzy-Systeme das isometrische Kraft-Zeit-Verhalten von verschiedenen ME-Populationen bezogen auf konstante und variable Sollwerte nachzubilden. Für zwei ME-Populationen konnte exemplarisch gezeigt werden, dass zufällige Veränderungen im zeitlichen Zusammenspiel der ME zu Unterschieden im Maximalkraftverhalten des gesamten ME-Pools in einer Größenordnung von über 10% führen. Das deutet darauf hin, dass es für ein gezieltes Kraft-Zeit-Verhalten optimale Impulsfolgenmuster im Sinne eines koordinierten Zusammenspiels der ME gibt.
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