Bruk av frivekter, kabelapparat, strikk og maskiner

På alle treningssentere og i idrettssammenheng benyttes i dag en salig blanding av frivekter, kabler med forskjellige typer trinser, elastiske bånd og en rekke styrkeapparater. Mange har en viss formening om hvorfor de benytter et gitt verktøy, mens andre kanskje hermer eller har lært det av noen andre. Denne artikkelen søker å objektivt sett forklare noen grunnleggende forskjeller, og hvordan disse kan påvirke valg av både øvelse og type ekstern belastning.

 

Litt grunnleggende treningslære

Et av de viktigste treningsprinsippene vi har dreier seg om spesifisitet. Det vil enkelt forklart si at vi blir bedre i det vi øver på, fordi kroppen er utrolig tilpasningsdyktig. Samtidig vil kroppen aldri bruke energi på å bli bedre i noe den ikke utsettes for, da det fra et evolusjonært perspektiv ville vært lite hensiktsmessig. Når vi velger øvelse, type ekstern belastning, repetisjonshastighet, pauseintervaller osv, ligger det til grunn at vi ønsker å stimulere til en adaptasjon av organismen. Men hvordan kan type ekstern belastning være avgjørende for spesifisitet? La oss se på noen grunnleggende sannheter innen treningslære og muskelfysiologi, og hvordan en muskel kan ha varierende arbeidsvilkår.

Muskelkurve

Figur 1: Lengde-tensjons-kurve for skjelettmuskulatur

Figur 1 forsøker å vise sammenhengen mellom lengden på muskulaturen og hvor stor aktiv kraft eller passiv tensjon den kan utvikle. Uten å gå inn på sliding-filament-theoryi (godt forklart på f.eks. wikipedia), som er et stort tema i seg selv, tenker man at kraftutviklingen i musklene foregår inne i sarkomerene, der det dannes kryssbroer mellom aktin og myosin filamenter, som så beveger seg i forhold til hverandre. Når muskelen er tilstrekkelig sammentrukket, og det kjennes krampeaktig ut å kontrahere, har sarkomerene blitt så forkortet at aktin-myosin-kryssbroene ikke lenger fungerer godt (Figur 2). Et praktisk eksempel er å bøye håndleddet, og mens du holder den stillingen, prøv å føre tommelen inn mot håndflaten. Likeledes, når muskelen strekkes for langt, kan man tenke seg at ikke alle kryssbroene lenger er intakte, og det blir mindre mulighet for kraftutvikling. Den optimale sarkomerlengden har vist seg å ligge i det snevre intervallet mellom ca 2,2 og 2,35 mikrometer (Ϧm). Den grønne linjen i figur 1 viser at til tross for at potensialet for aktiv muskelkraft avtar med økt lengde over 2,35Ϧm, vil muskelen yte en passiv motstand til et drag, som øker i takt med muskellengden. Dette har tidligere blitt omtalt i artikkelen om tøyning («stiffness»: change in tension per unit change in length), og handler om at strukturer som f.eks. titin, bindevev, fascia og sener følger en lengde-spenningskurve med et elastisk og plastisk område før vevet rives over.

Sarkomerer

Figur 2: Forenklet skjematisk tegning av sarkomerer i forskjellig lengder

I figuren over ser vi altså at myosinhodene har godt grep på aktinfilamentene, og at det er rom for bevegelse ved lengde A. Når sarkomeren overstrekkes (B), mister noen av myosinhodene taket på aktin, og kan ikke hjelpe til med kraftutviklingen. Ved svært forkortet sarkomer (C), ser vi at aktinfilamentene overlapper, at det er lite rom for bevegelse, og at noen av myosinhodene til og med er festet i feil aktinfilament, slik at de kan bidra til forlengelse i stedenfor forkortning.

Poenget med disse figurene er at skjelettmuskulatur har varierende arbeidsforhold avhengig av hvor i bevegelsesbanen man er, som direkte følge av muskelens lengde. Dette vil spille inn på valget av øvelse og type ekstern belastning, men er fortsatt ikke det eneste som er smart å ha med i en grunnleggende øvelsesanalyse.

Krafthastighet

Figur 3: Kraft-hastighets-kurve

I denne figuren ser vi helt enkelt illustrert at jo raskere muskelen trekker seg sammen, jo mindre kraft vil den utvikle. Definisjonen av power er kraft/tid, dvs evnen til å utvikle størst mulig kraft på minst mulig tid, slik som man gjør når man akselererer på fotballbanen, hopper i basket eller skal kaste noe. Vi skal ikke gå spesielt dypt inn i trening av power i denne artikkelen, men det nevnes fordi det f.eks finnes trinser til kabelapparater som lar en øve på å utvikle power, uten at vekten smeller tilbake – f.eks. at man kan gjøre et «håndballkast», og så stopper kabelen opp og bremser den eksentriske fasen, for å skåne skulderleddet. Det er også naturlig at vi utvikler mest power i området rundt sarkomerenes optimale lengde, slik at å trene på spensthopp med frivekter mellom huksitting og parallell har lite for seg.

Det siste vi skal se på er hvordan muskler kan endre kraftarm, eller til og med funksjon, i forskjellige deler av bevegelsen.

Muskelfunksjon og kraftarm

Figur 4: Illustrasjon av endringen av mekaniske forhold for hhv deltoideus og biceps brachii under abduksjon i skulderleddet og fleksjon i albueleddet

I det øverste eksemplet i figur 4 ser vi hvordan deltoideus har svært dårlige arbeidsvilkår når armen henger slapt ned. I starten av bevegelsen er supraspinatus mye viktigere for abduksjon (ikke tegnet inn), mens deltoideus får en tiltakende større rolle. Det er både fordi kraftarmen til deltoideus ikke er nevneverdig i utgangsstillingen, men også fordi at jo mer vi abduserer i skulderleddet, jo fler muskelfibre havner på «riktig side» av omdreiningspunktet, som her sitter ca midt i den konvekse delen av leddparet (caput humeri). Nederst i bevegelsen vil fremre og bakre del av deltoideus hovedsaklig kunne flektere og ekstendere i skulderleddet; Jo høyere armen går over vannrett, jo bedre kan disse muskelfibrene bidra til abduksjon. Det blir altså åpenbart at arbeidsforholdene for abduksjon blir bedre jo lengre ut i bevegelsesbanen vi befinner oss, og at en øvelse som skal treffe deltoideus godt, ikke burde være tyngst i begynnelsen

I det andre eksempelet i figur 4 ser vi illustrert hvordan kraftarmen til biceps brachii endrer seg under fleksjon. Helt nederst i bevegelsen ligger senen leddnært (nær fleksjonsaksen), mens jo nærmere normalvinkel underarmen kommer, jo lengre kraftarm får biceps brachii å jobbe med. Dersom personen hadde fortsatt bevegelsen lenger opp ville kraftarmen blitt kortet inn igjen. Som vi skal se senere, er dette et smart evolusjonært design ift loddlinjen fra massesenteret når vi benytter frivekter. Et annet godt eksempel som er mye brukt, er piriformis sin funksjon, som i stående stilling er en sterk utadrotator. Når man passerer 90-110 (litteraturen varierer) graders fleksjon i hoften, vil muskelen bli en inadrotator (og svak transversal abduktor).

Vi har hittil etablert at det ikke nødvendigvis er likegyldig hvor i bevegelsen en øvelse er tyngst, at muskler kan endre funksjon eller mekaniske egenskaper underveis, og at til og med hastigheten spiller inn. Så hva har dette, helt konkret, med valg av ekstern belastning å gjøre?

 

Frivekter

Frivekter er den mest grunnleggende formen for ekstern belastning, og er basert på det helt enkle prinsippet at jordens tyngdekraft trekker alt som har masse nedover. En manual vil søke å falle mot bakken med en akselerasjon på ca 9,81m/s, og manualens masse (kilogram) avgjør hvor stor kraft den yter mot oss som holder den igjen (Kraft (Newton) = kg * 9,81m/s). De fleste er relativt komfortable med det faktum at ting med stor masse er tyngre å løfte på enn ting med liten masse, men kanskje viktigere for oss i denne sammenhengen, er at kraften manualen utøver mot hånden vår i en bicepscurl, alltid vil være loddrett (fordi den «faller»). Denne loddlinjen utgjør kanskje den største forskjellen mellom frivekter og kabler, strikker og maskiner, og legger hele grunnlaget for hvordan vi kan gjøre en øvelse tyngre eller lettere gjennom å endre den, eller jukse under bevegelsen.

Massesenterets avstand til omdreiningspunktet (f.eks. albueleddet i en bicepscurl) vil til en hver tid avgjøre lastarmen (avstanden målt med en linje som er perpendikulær på loddlinjen), og siden dreiemoment = kraft * arm, har dette store implikasjoner. Det hele er enklere forklart med en figur:

Loddlinjemanual

Figur 5: Albuefleksjon med en frivekt i hånden

I figuren over kan vi se at i utgangsposisjonen (A) henger armen rett ned. Loddlinjen er på linje med omdreiningsaksen, og det er ingen lastarm. Som de fleste har kjent, krever det ikke særlig muskelkraft i albuefleksorene å holde denne stillingen, og forklarer hvorfor vi bærer handleposer med rett arm. Etter hvert som vi flekterer i albuen, vil avstanden fra massesenteret (her forenklet til å være midt i manualen, som om selve underarmen ikke veier noe) til omdreiningsaksen (albueleddet) øke. Siden lastarmen alltid står normalvinklet på loddlinjen er øvelsen objektivt sett tyngst når underarmen er parallell med bakken. Videre (D), kortes lastarmen inn når vi flekterer forbi parallell, og hadde personen fortsatt helt opp, og i tillegg flektert litt i skulderen, ville til slutt loddlinjen fra manualens massesenter gått rett igjennom albueleddet igjen. Her har du antagelig sett andre, eller opplevd selv å hvile under bicepscurl; Fordi lastarmen = 0, og å gange med null er tull, kreves det ingen kraft fra albuefleksorene for å holde posisjonen, kun arbeid over skulderleddet.

Det viktige å ta med seg om frivekter er at loddlinjen (belastningsvektoren™) alltid vil peke rett ned, og at kraften frivekten utøver på den som løfter den vil være tilnærmet lik i alle deler av løftet, så sant man ikke slipper den og tar i mot. For å bruke skuldereksempelet fra figur 4, dersom man gjør en ren sidehev (abduksjon i skulderleddet) med manualer, vil øvelsen bli gradvis tyngre opp mot parallell, og deretter avta. Det vil si at om målet er å trene supraspinatus (som vi husker også er en viktig abduktor), er frivekter et dårlig valg, med mindre man modifiserer øvelsen. Da kan et alternativ være å legge seg sidelengs på en skrå benk, slik at lastarmen blir lengst rundt 30 grader abduksjon i stedet. Fenomenet om loddlinje gjennom omdreiningsakse vil gå igjen i alle de store øvelsene, og forklarer hvorfor det krever minimal kraftutvikling å holde posisjonen øverst i en skulderpress, øverst i en benkpress eller øverst i en knebøy. Så hva er alternativet, om vi vil manipulere lastarmer på en enklere måte? Jo, endre belastningsvektorens retning.

 

Kabelapparater og strikk

Alminnelige kabelapparater er også underlagt gravitasjonens krefter, fordi kabelen ender opp i et vektmagasin, som løftes fra bakken. Belastningen avgjøres av vekten på magasinet, vektarmen fra omdreiningspunkt til vektmagasinet, og utvekslingen i apparatet. For oss er dog det viktigste, som nevnt over, at kabelapparatene lar oss endre belastningsvektoren. I noen apparater er trinsen kun festet nær bakken eller rundt hodehøyde, i andre kan man flytte den fritt langs Y aksen – i tillegg til at man ved bruk av samtlige kan flytte seg i forhold til trinsen. Dette gir utallige muligheter for å modifisere øvelser ift lengde-tensjons-kurven og endringer i musklers mekaniske egenskaper i løpet av en bevegelse. Det er ikke vanskelig å skjønne hvorfor kabelapparater, gjerne også med trinser som kan endre belastning i konsentriske og eksentriske faser spesifikt, er et viktig verktøy i f.eks spesifikk rehabilitering eller i idrettssammenheng.

Kabel

Figur 6: Illustrasjon av en albuefleksjon med ekstern motstand fra kabel. A, B og C har trinsen festet på samme sted foran seg, mens D, E og F har trinsen festet litt bak seg. På bilde G tar personen et skritt framover.

I figur 6 kan vi tydelig se at trinsens posisjon er utslagsgivende for bevegelsen. De samme biomekaniske reglene gjelder for kabel som med frivekt, men kabelen erstatter altså loddlinjen. Det betyr at C og D er de tyngste delene av de to respektive bildeseriene, fordi lastarmen står perpendikulært på belastningsvektoren (kabelen). A viser en nøytral posisjon, der det faktisk ville krevd krefter fra antagonist (triceps brachii) for å gå til anatomisk utgangsstilling. Deretter blir løftet tyngre gjennom bevegelsen (B) til maks motstand (C). For serien under gjelder omtrent det motsatte: Bevegelsen blir tyngre fram til D, der den når sitt tyngste punkt relativt tidlig i bevegelsen. Deretter blir det lettere (E) og lettere (F). Så for illustrasjonens skyld tar personen et skritt framover, og belastningsvektoren krysser omdreiningspunktet (fleksjonsaksen i albuen), og kabelen hjelper nå til med fleksjon i stedet for å gi motstand.

Nøyaktig det samme gjelder for bruk av strikk, ettersom den også kan festes hvor som helst, og vi kan bevege oss i forhold til ankerpunktet. Forskjellen er at en strikk er svært strekkbar, og vi utnytter egenskapen stiffness, som er definert som en endring i tensjon, per enhet endring i lengde. Strikken er i tillegg svært elastisk, og gjenoppretter dermed sin opprinnelige form når det eksterne stresset fjernes. I tillegg til å kunne manipulere hvor i bevegelsen lastarmen er lengst, kan vi altså også sørge for at motstanden øker jevnt gjennom. Strikker kan naturligvis også legges til «normale» øvelser, som å feste strikker rundt markløftstangen og den andre enden enten under føttene eller i en pullupbar over deg. Da vil strikken enten gi økende motstand eller en jevnt avtagende hjelp mot toppen av løftet.

 

Maskiner

Maskiner virker å ha rykte på seg for å være enklere og tryggere å bruke, i bytte mot at de er mindre effektive. Vi skal ikke gå dypt inn fordeler og ulemper, men det kan trekkes frem to faktorer som skiller maskiner fra de øvrige måtene å trene på når det gjelder å isolere eller være spesifikk i en bevegelse:

  1. Maskiner kan lages slik at de begrenser frihetsgrader (mulige bevegelsesutslag). Det vil si at f.eks høy roing/reverse pec dec i maskin vil la de fleste «isolere» bakside skulder og intrascapulær muskulatur bedre enn om det gjøres med kabel/frivekter. Fordi maskinen enten fysisk blokkerer deg fra å senke albuene, eller at armene i så fall ville sklidd av puten, vil vi ikke kunne koble inn latissimus i lik grad, noe som faller naturlig å gjøre dersom man ikke har tilstrekkelig øvelsesforståelse og motorisk kontroll. Andre eksempler er nedtrekk med ryggstøtte eller maskiner med belte.
  2. I tradisjonelle apparater er det brukt kabler, og siden både frihetsgradene begrenses, og apparatet er laget for én type bevegelse, kan trinsene skreddersys. Det innebærer at en del «moderne» maskiner slynger kabelen rundt trinser som ikke er perfekte sirkler. På denne måten kan kabelen få en kortere eller lengre vei å gå i forskjellige deler av bevegelsen, og utvekslingen/motstanden kan tilpasses muskelfysiologien vår (lengde-tensjons-kurven, kraftarm, endring av muskelfunksjon). For å bruke bicepscurl atter en gang, vil det for eksempel si at en maskinutgave av den vil kunne gi størst motstand rundt midten, men fortsatt kunne gi tilpasset motstand øverst og nederst, fordi vi ikke flytter på noen loddlinje. Det går også an å spesialtilpasse apparater, slik som helvetesmaskinen på Olympiatoppen, der en vektstang er koblet via kabler til et vektmagasin, slik at utøvere kan gjøre markløft, knebøy og benkpress med varierende motstand i den konsentriske og eksentriske fasen.

Konklusjon

Det er utenfor denne artikkelens omfang å gi anbefalinger for valg av ekstern belastning for forskjellige typer bevegelser, men vi har sett at det er noen vesentlige forskjeller mellom dem. En grunnleggende innføring i noen viktige muskelfysiologiske og mekaniske prinsipper la grunnlaget for å forstå hvorfor kraftutviklingen vår kan variere stort gjennom en øvelse. Den viktigste karakteristikken til frivekter er at de alltid forholder seg til gravitasjonen med en loddlinje, og dermed stiller krav til at utøveren må endre sin utgangsstilling om en motstandskurve skal modifiseres. For kabelapparater har vi luksusen av å kunne stille inn en trinse omtrent hvor vi vil, med forskjellige typer trinser som kan gi økt eller redusert motstand i forskjellige deler av bevegelsen. Det lar oss bestemme belastningsvektoren temmelig nøyaktig, og med god kunnskap om kroppen kan vi være ganske så spesifikke i hva vi trener på eller rehabiliterer. Strikk har samme muligheter mht ankerpunkt for en belastningsvektor, men vil være underlagt materiales grunnleggende egenskaper som stiffness og elastisitet. Til slutt så vi at apparater både kan begrense frihetsgrader og gi en skreddersydd belastningskurve gjennom en gitt bevegelse, noe som gjør det enklere for de fleste å være spesifikk.

 

Skrevet av Øystein Andersen

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s