Sammenligning av EMG målinger med og uten bruk av treningsredskapet Gripper

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.

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 1

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. 2

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. 3

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. 4

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 Bicepscurl % av estimert 1RM 50% 75% 90% 100% estimert 1RM >100% >100% >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 3 155 110 20 Forsøksperson 4 115 95 18 Forsøksperson 5 100 100 18 Forsøksperson 6 105 87,5 18 Forsøksperson 7 105 100 16 Forsøksperson 8 128 110 18 Forsøksperson 9 155 110 22 Forsøksperson 10 105 95 18 Gjennomsnitt ved 1RM 123,55 105,75 19,2 5

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 EMGsignalet 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. 6

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 7

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. 8

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 40 % 60 % 70 % 70 % stang 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 EMGmålingene 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. 9

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. A B C 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 5 med uten med Forsøksperson 6 med uten med Forsøksperson 7 uten med uten Forsøksperson 8 med med uten Forsøksperson 9 uten 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. 10

Relativ muskelaktivering Resultater Benkpress Benkpress 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 Anterior deltoideus Triceps Underarmsfleksorer Klemmemuskler med Gripper uten Gripper 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 Relativ Absolutt Relativ p muskelaktivering uten Gripper (% av MVC) muskelaktivering med Gripper (% av MVC) forskjell (prosentpoeng) forskjell (%) 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. 11

Relativ muskelaktivering Nedtrekk Nedtrekk 180,00 160,00 140,00 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 Biceps Triceps Underarms fleksorer Klemmemuskler med Gripper uten Gripper Figur 11) Relativ muskelaktivering i nedtrekk med Gripper sammenlignet med utførelse av samme øvelse uten Gripper. Søylene angir gjennomsnitt ± SD. 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 Relativ Absolutt Relativ p Muskelaktivering uten Gripper (% av MVC) Muskelaktivering med Gripper (% av MVC) forskjell (prosentpoeng) forskjell (%) 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 Underarms klemmemuskler 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. 12

Relativ muskelaktivering Bicepscurl Bicepscurl 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 Biceps Underarmsfleksorer Klemmemuskler med Gripper uten Gripper Figur 12) Relativ muskelaktivering i bicepscurl med Gripper sammenlignet med utførelse av samme øvelse uten Gripper. Søylene angir gjennomsnitt ± SD. 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. n Relativ Muskelaktivering uten Gripper (% av MVC) Bicepscurl Relativ Muskelaktivering med Gripper (% av MVC) Absolutt forskjell (prosentpoeng Relativ forskjell (%) 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 Underarms klemmemuskler 10 37,78 68,60 30,82 81,6 P<0,001 p 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%. 13

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. 14