sammenligning av emg målinger med og uten bruk av …€¦ · 5 sesjon 1: 1rm test første gang...

Sammenligning av EMG målinger med og uten bruk av treningsredskapet Gripper

Oppdragsforskning for Actiweight AS

Utført av

Norges Idrettshøgskole

2016

Ansvarlig:

Tron Krosshaug, PhD, førsteamanuensis ved seksjon for idrettsmedisin ved Norges idrettshøgskole.

1

Innholdsfortegnelse Bakgrunn ................................................................................................................................................. 2

Metode .................................................................................................................................................... 2

Studiedesign og forsøkspersoner ........................................................................................................ 2

Testede muskler .................................................................................................................................. 3

Øvelsesutvalg og utførelse .................................................................................................................. 4

Sesjon 1: 1RM test ............................................................................................................................... 5

Sesjon 2: EMG-målinger på 70% av 1RM ............................................................................................ 6

Elektromyografi (EMG) .................................................................................................................... 6

Plassering av Gripper ..................................................................................................................... 10

Randomisering ............................................................................................................................... 10

Instruksjoner .................................................................................................................................. 10

Resultater .............................................................................................................................................. 11

Benkpress .......................................................................................................................................... 11

Nedtrekk ............................................................................................................................................ 12

Bicepscurl .......................................................................................................................................... 13

Diskusjon ............................................................................................................................................... 14

Styrker og svakheter .......................................................................................................................... 14

Konklusjon ............................................................................................................................................. 14

2

Bakgrunn Norges Idrettshøgskole har på oppdrag for firmaet Actiweight AS utført et forskningsprosjekt med

den hensikt å finne ut om en prototyp av treningsredskapet Gripper kan gi større muskelaktivering

når det benyttes under utførelse av styrketrening. Norges Idrettshøgskole har stått fritt til å utføre

forskningen på den måte vi har funnet hensiktsmessig. Actiweight AS har ikke på noen måte forsøkt å

påvirke resultatet av forskningen.

Metode

Studiedesign og forsøkspersoner Hensikten med prosjektet var å sammenligne muskelaktivering med og uten bruk av Gripper. Gripper

er et håndtak med fjærbelastning som ble plassert utenpå stang i benkpress, håndtak i nedtrekk og

manual i bicepscurl. Ti mannlige forsøkspersoner ble rekruttert blant Norges Idrettshøgskoles

studenter. Vi håndplukket personer som demonstrerte god styrketreningsteknikk og med minst 4 års

treningserfaring. Dette ble gjort for å sikre at de i størst mulig grad skulle kunne utføre hver

repetisjon konsekvent som mulig og for at det skulle være sannsynlig at en målt forskjell skulle

skyldes bruk av Gripper.

Tabell 1 Alder, høyde, vekt og treningserfaring for forsøkspersonene. N=10 forsøkspersoner.

Alder (år)

Høyde (cm)

Vekt (kg)

Treningserfaring (år)

Gjennomsnitt 25,5 181,8 85,9 7,5

Standardavvik 2,1 7,4 8,3 3,4

Hver forsøksperson ble innkalt til testing to ganger. Ved første sesjon ble forsøkspersonens

maksimale styrke målt. Ved andre sesjon ble forsøkspersonen testet på 70% av belastningen som ble

funnet i første sesjon. Forsøkspersonen ble da testet i øvelsene benkpress, nedtrekk med smalt grep,

og bicepscurl med manualer. Øvelsene ble utført med og uten bruk av Gripper. Vi benyttet

elektromyografi (EMG). For å sikre at rekkefølgen ved bruk av Gripper skulle påvirke resultatet ble

det utført en randomisering av om forsøkspersonen skulle starte med eller uten Gripper.

3

Testede muskler Følgende muskler ble undersøkt:

Figur 1. Underarmens fleksjonsmuskler

Underarmens fleksjonsmuskler har som oppgave å bøye håndleddet.

Figur 2. Underarmens klemmemuskler.

Underarmens klemmemuskler har som oppgave å lukke hånden, gripe og klemme.

Figur 3. Anterior deltoideus.

Anterior deltoideus, ofte kalt fremre skuldermuskel eller fremre deltamuskel, har som oppgave å

løfte armen fremover og oppover. Den er aktiv i øvelser som benkpress, skulderpress og lignende.

4

Figur 4. Biceps

Biceps primære funksjon er å bøye underarmen. Muskelen er svært aktiv i treningsøvelser som

bicepscurl og trekkøvelser som nedtrekk, roing og lignende.

Figur 5. Triceps.

Triceps primære funksjon er å strekke ut underarmen. Muskelen er svært aktiv i treningsøvelser som

benkpress, pushdown og lignende.

Øvelsesutvalg og utførelse Øvelsene som ble brukt under testene var benkpress, nedtrekk med smalt, nøytralt grep og

bicepscurl.

Benkpress ble utført med selvvalgt grepsbredde, normal hastighet og uten sprett på brystkassen.

Rumpa måtte ha kontakt med benken gjennom hele løftet.

Nedtrekk ble utført med smalt, nøytralt grep og med minimal grad av bakoverlening i overkroppen.

For et godkjent løft var det påkrevet at håndtak eller hånd måtte berøre brystkassen. Bicepscurl ble

utført med manualer, med forsøkspersonen sittende på scottcurl benk. Her var kriteriet for godkjent

løft en albuefleksjon på minimum 160 grader albuefleksjon. I tillegg krevde vi at det skulle være

minimalt med bevegelse av overarmen.

5

Sesjon 1: 1RM test Første gang forsøkspersonene ble testet var målet kun å finne ut hvor mye de maksimalt kunne løfte

én gang i hver av de aktuelle testøvelsene, dvs. en såkalt 1RM (one repetion maximum) test. Hver av

utøverne estimerte selv hvor mye de trodde de ville kunne løfte i hver av øvelsene. Basert på dette

laget vi et tilpasset oppvarmingsprogram for hver av utøverne.

Tabell 2. Oppvarmingsprogram, med belastning regnet ut basert på hva de tror deres 1RM vil bli.

Benkpress % av estimert 1RM Kun stang uten vekter

40% 60% 75% 85% 95% 100% estimert 1RM

>100% >100%

Nedtrekk % av estimert 1RM 40% 60% 75% 85% 95% 100% estimert 1RM

>100% >100%

Bicepscurl % av estimert 1RM 50% 75% 90% 100% estimert 1RM

>100% >100%

Antall repetisjoner per serie 6 3 2 1 1 1 1 1

Antall minutter pause før hver serie

1 1 1 3 3 3 3 3

Tabell 3. Resultatene av 1RM testen.

1RM Benkpress (kg)

1RM Nedtrekk (kg)

1RM Bicepscurl (kg)

Forsøksperson 1 120 125 22

Forsøksperson 2 147,5 125 22




Forsøksperson 6 105 87,5 18





Gjennomsnitt ved 1RM 123,55 105,75 19,2

6

Sesjon 2: EMG-målinger på 70% av 1RM

Elektromyografi (EMG)

Utstyr og databehandling

For å måle muskelaktivering ble det anvendt elektromyografi, heretter kalt EMG. Det ble brukt to

sensorer fra Biomekanikk AS, FCC ID QOQWT12, modell NG-01. Hver av disse enhetene kunne måle

aktivitet i to muskler hver. Signal fra hver av de to sensorene ble overført via blåtann til hver sin

Samsung SM-T310. For å motta og behandle signalene var disse utstyrt med programvaren

Lommelab fra Biomekanikk AS. Utstyret har en et måleområde på 2-5000 μVpp. Samplerate for EMG-

signalet er 1kHz. Det ble anvendt en forsterkning på 220. Vi benyttet Lommelabbens analyseverktøy

for å prosessere EMG-signalet. Bevegelseshastighet ble satt til medium. Signalet ble likerettet ved

bruk av RMS (root mean square). Deretter behandles det med et digitalt lavpassfilter av typen

Hammond 50 taps, og et digitalt høypassfilter av typen 4. ordens Chebychew.

For hver forsøksperson ble det anvendt data fra en serie med Gripper og en serie uten Gripper for

hver av øvelsene. I hver serie ble det gjort 6 repetisjoner. Da siste repetisjon kan ha et endret

bevegelsesmønster fordi forsøkspersonen forbereder seg på å legge stangen/håndtaket/manualen

tilbake, ble det ikke anvendt data fra den siste repetisjonen. For musklene biceps og anterior

deltoideus og triceps ble data hentet direkte fra nettbrett ved å notere peakverdiene for de fem

første repetisjonene. Det ble så regnet ut et gjennomsnitt av disse.

I øvelsen nedtrekk var det imidlertid ikke systematiske peaker for muskelen triceps. Av den grunn

analyserte vi for denne muskelen gjennomsnittet av hele signalet fra første til og med femte

repetisjon (se nærmere beskrivelse nedenfor).

Figur 6. Eksempel på signal fra overarm og skulder i øvelsen benkpress. Blått viser anterior deltoideus,

Rødt viser triceps.

7

For underarmsmusklene er det ikke nødvendigvis slik at det oppstår peaker som følger øvelsens

repetisjoner. Her ble det i stedet funnet start på førsterepetisjon og slutt på femte repetisjon ved å

inspisere video og målinger fra innebygget aksiometer i EMG måleutstyret. Deretter ble målingene

eksportert til en datamaskin, hvor det i Microsoft Excel ble regnet ut et gjennomsnitt av hele signalet

fra første til og med femte repetisjon. Det samme gjaldt for triceps i øvelsen nedtrekk.

Figur 7. Eksempel på signal fra underarm i øvelsen benkpress. Blått viser signal fra fleksjonsmuskler

og rødt viser signal fra klemmemuskler.

Tabell 4. Muskler som ble målt de 3 øvelsene.

Underarmens fleksjonsmuskler

Underarmens klemmemuskler

Anterior deltoideus

Biceps Triceps

Benkpress

Nedtrekk

Bicepscurl

8

Plassering av elektroder

Figur 8. Elektrodeplassering på anterior deltoideus, biceps, underarm, og triceps.

Vi benyttet prosedyrene beskrevet nedenfor til å plassere EMG-elektrodene. I tillegg utførte vi visuell

inspeksjon og funksjonstester (f.eks. klemming og håndleddsfleksjon) for å forsikre oss om at

elektrodene målte musklene/muskelfunksjonen vi var interessert i. Noe anatomisk ulikhet mellom

forsøkspersonene tilsa at dette var nødvendig.

Plassering av elektroder på triceps

Forsøkspersonen satt med armen rett ut til siden, albuen bøyd 90 grader og håndflaten vendt ned.

Elektrodene ble plassert midt mellom acromions posterior crista og olecranon, to fingerbredder

medialt i forhold til denne linjen.

Plassering av elektroder på biceps

Elektrodene ble plassert på biceps lange hode. Forsøkspersonen satt på en stol og holdt armen bøyd

90 grader med dorsalsiden av underarmen i en vannrett nedad rotert posisjon. Elektrodene ble

plassert på en linje mellom medial acromion og fossa cubit i en avstand av 1/3 fra fossa cubit.

Plassering av elektroder på anterior deltoideus

Forsøkspersonen satt med armen hengende nedover med nøytral skulderrotasjon. Elektrodene ble

plassert to fingerbredder distalt og anterior i forhold til acromion.

Plassering av elektroder på underarm

Elektrodene ble plassert på linje mellom humeral medial epicondyle og distal radius, med

underarmen i en supinert posisjon. Første elektrode ble plassert 0,375% av avstanden mellom

epicondylus medialis og distal ulna. Neste elektrode ble plassert mer distalt på samme linje. Neste

sett elektroder på underarm ble plassert tre fingerbredder proksimalt og to fingerbredder medialt for

det første settet.

Oppvarming og belastning

Hver forsøksperson skulle løfte 70% av belastningen de klarte på den tidligere 1RM testen.

9

Tabell 5. Gjennomsnittlig belastning som ble benyttet ved målingene ved sesjon 2.

Benkpress Nedtrekk Bicepscurl

Gjennomsnitt ved 70% av 1RM 86,5 74 13,4

Resultatet av 1RM testen ble brukt for å laget et standardisert oppvarmingsprogram tilpasset den

belastningen hver enkelt utøver skulle bruke under testen.

Tabell 6. Belastning (prosent av 1RM) og antall repetisjoner for bruk under oppvarming.

Oppvarmingsserier Målinger med eller uten Gripper

40 % 60 % 70 % 70 %

Benkpress belastning i % av 1RM Kun stang

40 % 60 % 70 % 70 %

Nedtrekk belastning i % av 1RM 40 % 60 % 70 % 70 %

bicepscurl belastning i % av 1RM 40 % 60 % 70 % 70 %

Antall repetisjoner per serie 10 6 6 6 6

Antall minutter pause før hver serie

1 1 3 3

Maximum Voluntary Contraction (MVC) test

EMG-signalet ved Maximum Voluntary Contraction, heretter kalt MVC, ble målt for de aktuelle

musklene. Størrelsen på signalet fra EMG målingene vil variere fra person til person på grunn av

variasjon i hudens fuktighet, fettprosent og elektrodenes plassering. Ved en MVC måling isolerer vi

det største signalet forsøkspersonen klarer å produsere for den aktuelle muskelen. Vi oppgir EMG-

målingene i benkpress, nedtrekk og bicepscurl i prosent av forsøkspersonens MVC-målinger. Dette

gjør det mulig å sammenligne EMG-målingene mellom ulike forsøkspersoner. Et annet ord for dette

er normalisering.

Vi målte MVC for de relevante musklene etter seriene på 70% av 1RM. MVC ble målt ved at

forsøkspersonen med maksimal innsats kontrahere muskelen i 5 sekunder mot en motstand som var

for tung til at det ville kunne oppstå bevegelse.

MVC for underarmens klemmemuskler ble målt ved at forsøkspersonen stod med 90 grader i albuen

og klemte rundt en stang hvor Gripper var festet. MVC for underarmens fleksorer ble målt ved at

forsøkspersonen la underarmen mot en treningsbenk. Forsøkspersonen forsøkte deretter å flektere

hånden mens en av testpersonalet holdt imot. MVC for biceps ble målt ved at forsøkspersonen stod

med 90 grader i albuen og forsøkte å utføre en bicepscurl med en belastning så stor at stangen ikke

kunne rikkes. MVC for triceps ble målt ved at forsøkspersonen stod med 90 grader i albuen og holdt

rundt en stang festet i et stativ. Forsøkspersonen forsøkte så å presse nedover (tilsvarende øvelsen

pushdown), der stangen ikke lot seg rikke. MVC for anterior deltoideus ble målt ved at

forsøkspersonen satt på en benk med nær vertikal ryggstø i et stativ og forsøkte å utføre en

skulderpress/militærpress med for stor belastning til at stangen lot seg rikke. For to av

forsøkspersonene kunne vi ikke bruke en av målingene. Det er derfor i resultatene oppgitt antall

forsøkspersoner som utgjør beregningsgrunnlaget, for eksempel n=9, eller n=10.

10

Plassering av Gripper

Gripper ble plassert der utøveren normalt ville plassert hånden. Gripper ble plassert med den

bøyelige delen på fingersiden. Den ble orientert med hengslingen på lillefingersiden og den andre

enden på pekefingersiden.

Figur 9 a,b,c. Gripper festet til stang i benkpress, håndtak i nedtrekk og manual.

Randomisering

For å unngå at resultatet skulle være preget av om forsøkspersonene brukte Gripper først eller sist,

ble det gjort slik at det for hver forsøksperson var tilfeldig om de brukte Gripper først eller sist. Det

ble sørget for at det var like mange forsøkspersoner som startet med Gripper ved første serie og så

løftet uten Gripper ved neste serie, som det var forsøkspersoner som startet uten Gripper og så

brukte Gripper ved neste serie.

Tabell 7. Tabellen viser om forsøkspersonen utførte første serie på 70% av 1RM med eller uten

Gripper.

Benkpress Nedtrekk Bicepscurl

Forsøksperson 1 med med med

Forsøksperson 2 uten uten uten

Forsøksperson 3 med uten med

Forsøksperson 4 uten med uten




Forsøksperson 8 med med uten


Forsøksperson 10 uten uten med

Instruksjoner

Ved utførelse av øvelse uten Gripper ble utøverne bedt om å utføre øvelsen på vanlig måte. Ved

utførelse av øvelse med Gripper ble utøverne bedt om å klemme hardt med begge hender gjennom

hele øvelsen.

C

)

B A

11

Resultater

Benkpress

Figur 10. Relativ muskelaktivering i benkpress med Gripper sammenlignet med utførelse av samme

øvelse uten Gripper. Søylene angir gjennomsnitt ± SD.

Tabell 8 Muskler som er målt, antall forsøkspersoner og relativ muskelaktivering med og uten Gripper

i øvelsen benkpress. P < 0,05 angir en statistisk signifikant forskjell.

Benkpress

n Relativ muskelaktivering

uten Gripper (% av MVC)

Relativ muskelaktivering

med Gripper (% av MVC)

Absolutt forskjell

(prosentpoeng)

Relativ forskjell

(%)

p

Triceps 9 78,77 82,07 3,3 4,2 P=0,19

Anterior deltoideus 10 72,27 81,53 9,26 12,8 P<0,05

Underarmsfleksorer 9 16,60 15,56 -1,04 -6,3 P=0,62

Underarms klemmemuskler

10 51,53 74,25 22,72 44,1 P<0,05

I benkpress ser vi en signifikant økning i muskelaktivitet på anterior deltoideus på 12,8% ved bruk av

Gripper. Vi ser også en signifikant økning i muskelaktivitet i underarmens klemmemuskler på 44,1%

ved bruk av Gripper.

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

Anterior deltoideus Triceps Underarmsfleksorer Klemmemuskler

Rel

ativ

mu

skel

akti

veri

ng

Benkpress

med Gripper uten Gripper

12

Nedtrekk

Figur 11) Relativ muskelaktivering i nedtrekk med Gripper sammenlignet med utførelse av samme


Tabell 9. Muskler som er målt, antall forsøkspersoner og relativ muskelaktivering med og uten

Gripper i øvelsen nedtrekk. P < 0,05 angir en statistisk signifikant forskjell.

Nedtrekk n Relativ

Muskelaktivering uten Gripper (% av MVC)

Relativ Muskelaktivering


Absolutt forskjell

(prosentpoeng)

Relativ forskjell

(%)

p

Biceps 10 107,65 110,01 2,36 2,2 P=0,52

Triceps 9 16,77 20,38 3,61 21,5 P<0,05

Underarmsfleksorer 9 20,98 24,69 3,71 2,9 P=0,07


10 76,44 109,52 33,08 43,9 P<0,001

I nedtrekk ser vi en signifikant økning i muskelaktivitet på 21,5% i triceps. Vi ser også en

høysignifikant økning på 43,9% i underarmens klemmemuskler.

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

140,00

160,00

180,00

Biceps Triceps Underarms fleksorer Klemmemuskler

Rel

ativ

mu

skel

akti

veri

ng

Nedtrekk


13

Bicepscurl

Figur 12) Relativ muskelaktivering i bicepscurl med Gripper sammenlignet med utførelse av samme


Tabell 10 Muskler som er målt, antall forsøkspersoner og relativ muskelaktivering med og uten

Gripper i øvelsen bicepscurl. P < 0,05 angir en statistisk signifikant forskjell.

Bicepscurl

n Relativ Muskelaktivering

uten Gripper (% av MVC)

Relativ Muskelaktivering


Absolutt forskjell

(prosentpoeng

Relativ forskjell

(%)

p

Biceps 10 146,67 162,23 15,56 10,6 P<0,05

Underarmsfleksorer 9 26,89 23,85 -3,04 -11,3 P<0,05


10 37,78 68,60 30,82 81,6 P<0,001

I øvelsen nedtrekk ser vi en signifikant økning på 10,6% i biceps muskelaktivitet. Vi ser også en

høysignifikant økning i muskelaktivitet på 81,6% i underarmens klemmemuskler.

I underarmens fleksorer ser vi ved øvelsen nedtrekk en signifikant reduksjon i muskelaktivitet på

minus 11,3%.

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

Biceps Underarmsfleksorer Klemmemuskler

Rel

ativ

mu

skel

akti

veri

ng

Bicepscurl


14

Diskusjon Gripper ga en økning i muskelaktivitet for viktige muskler i flere av øvelsene. Som forventet fant vi

økt aktivering av klemmemusklene.

I benkpress er anterior deltoideus sentral for skulderleddet, og vi målte for denne muskelen en

relativ økning i aktiviteten på 12,8% ved bruk av Gripper.

I Bicepscurl er aktiveringen av biceps svært viktig. Vi ser at aktiveringen økte fra 146,67% av MVC til

162,23% av MVC ved bruk av Gripper. Dette utgjør en relativ økning på 10,6%.

I nedtrekk er fant vi i triceps en økning fra 17,77% av MVC til 20,38% av MVC ved bruk av Gripper.

Dette er en relativ økning på 21,5%, men det er verdt å merke seg at aktiveringen i denne muskelen i

utgangspunktet er forholdsvis lav.

Ved bruk av Gripper ser vi en relativ aktivitetsøkning på 44,1% i underarmens klemmemuskler i

øvelsen benkpress, en relativ økning på 43,9%, i øvelsen nedtrekk og en relativ økning på 81,6% i

øvelsen bicepscurl.

I Underarmens fleksorer fant vi en relativ reduksjon på 11% i aktiviteten ved øvelsen bicepscurl. Det

er verdt å merke seg at aktiviteten i underarmens fleksorer er forholdsvis lav, slik at reduksjonen kun

utgjør ca. 3 prosentpoeng.

Styrker og svakheter 1RM resultatene viser at forsøkspersonene var godt trente. Det var i liten grad nødvendig å korrigere

teknikken til forsøkspersonene. Det var ikke mulig for oss å subjektivt se forskjell på utførelsen med

og uten Gripper, hvilket innebærer at forskjellene vi fant mest sannsynlig skyldes Gripper sin virkning

og ikke endring i utførelse. Vi har imidlertid ikke gjort noen forsøk på å kvantifisere leddbevegelser i

denne studien.

Overflate-EMG på underarm er forbundet med usikkerhet på grunn av crosstalk, da det er mange

muskler som ligger tett. Vi er derfor ikke i stand til å måle muskelaktivering i enkeltmuskler.

Imidlertid utførte vi omfattende funksjonstesting i forbindelse med påsetting av elektroder slik at vi

kunne verifisere at elektrodene målte funksjonen vi ønsket

EMG-aktivering i en muskel indikerer muskelens relative aktiveringsgrad, men det er ikke mulig å

direkte utlede hvilken kraft muskelen genererer. Det er også usikkert i hvilken grad en eventuell

økning i EMG-amplitude vil gi en økt treningseffekt over tid.

Konklusjon Bruk av Gripper gav en økning i muskelaktiviteten for viktige muskler i flere av øvelsene, og en økt

aktivering av klemmemuskler i underarm.

sammenligning av emg målinger med og uten bruk av …€¦ · 5 sesjon 1: 1rm test første gang...

Documents