Examensarbete, 15 hp Fysioterapeutprogrammet 180 hp
Ht 2020
BELASTAD KNÄBÖJ:
Skillnader i muskelaktivering mellan utförande i fri bana och Smith-maskin samt mellan personer
med olika anteversionsvinklar
Anastasia Johansson & Emil Eriksson
Fysioterapeutprogrammet 180 hp Titel svenska:
Belastad knäböj: Skillnader i muskelaktivering mellan utförande i fri bana och Smith-maskin samt mellan personer med olika anteversionsvinklar
År: 2020
Titel engelska:
The loaded barbell squat: Muscle activation with the barbell in a free compared to a fixed vertical movement path and in individuals with different hip anteversion angles
Författare:
Anastasia Johansson Gnejsvägen 1 90740 Umeå Emil Eriksson
Norra Ersmarksgatan 48 90344 Umeå
Handledare:
Ulrika Aasa, Docent vid Institutionen för samhällsmedicin och rehabilitering, Umeå universitet
Felicia Svensson leg. Fysioterapeut, Trollhättan Nyckelord:
Smith-maskin, Elektromyografi(EMG), mm. quadriceps, mm. hamstrings, m. gluteus maximus Extern medverkan: Ja Pågående projekt: Ja
Sammanfattning:
Syfte:
Att undersöka om det finns skillnader i muskelaktivering i lår- och sätesmuskulatur under belastad knäböj då den utförs med fri skivstång på axlarna respektive i Smith-maskin. Ett andra syfte var att undersöka om anteversionsvinklar kan påverka muskelaktiveringen.
Metod:
Sexton deltagare utförde fem repetitioner av belastade (motsvarande 100% kroppsvikt) knäböj i två omgångar. En omgång i Smith-maskin och en i en fri bana. Tiden för varje knäböj standardiserades till fyra sekunder. Likaså standardiserades djup och fotposition. Ordningen mellan de två olika konditionerna slumpades. Muskelaktiviteten mättes genom att studiepersonerna bar shorts med insydda elektroder som mätte elektromyografisk aktivitet. Craig’s test användes före utförandet för att mäta anteversionsvinklarna hos deltagarna.
Resultat:
När knäböjen utfördes i en Smith-maskin var det en lägre muskelaktivitet i mm. quadriceps jämfört med utförande i en fri bana. Tydligast var skillnaden under knäböjens första tre sekunder. Under andra och tredje sekunden var det även lägre aktivitet i hamstrings. Det var ingen skillnad i aktivitet mellan konditioner i m. gluteus maximus eller mellan studiedeltagare med femoral retroversion och neutral höftledsvinkel i någon av konditionerna.
Slutsats:
Resultaten indikerar att unga vältränade individer har en högre aktivitet i mm. Quadriceps under utförande av en belastad knäböj då den utförs i en fri bana jämfört med Smith-maskin. Även mm.
hamstrings tycks aktiveras mer men endast i knäledens mest flekterade läge. Inga slutsatser kunde dras gällande skillnader mellan personer med femoral anteversion och femoral retroversion. Mer forskning behövs i området gällande anteversionsvinklar och dess påverkan på muskelaktivitet.
Introduktion
Knäböj, eller squats som övningen också kallas utifrån den engelska benämningen, är en vanlig övning i styrketräningshallar. Denna klassiska övning aktiverar främst muskler på framsida lår (m. quadriceps) och säte (m. gluteus maximus), men också muskler på lårets baksida (hamstrings) är aktiva under övningen. Övningen kan anses vara “funktionell” då den både inbegriper koncentrisk och excentrisk aktivering under såväl flekterande som extenderande delmoment, såsom det gör i flertalet dagliga aktiviteter och inom olika sporter (1). Övningen anses också vara relativt säker; studier har t.ex. kunnat visa att om den utförs korrekt är den inte skadlig mot lederna utan kan istället t.ex. öka
knäkontrollen (2). Knäböj används därmed ofta som rörelsekontrollerande träning inom både knä- och höftrehabilitering och som ren styrketräningsövning för att öka
muskelstyrkan kring lederna. Man kan träna knäböj med en fri stång, med hantlar och i en Smith-maskin där stången glider upp- och ned i en ställning.
Ett knäböj kan anpassas utifrån målet med att göra övningen. Ett sådant mål skulle kunna vara att bli starkare och då kan man öka belastningen (vikten) på stången i syfte att öka muskelaktiveringen. Det har dock diskuterats om och hur andra faktorer kopplade till utförandet kan påverka muskelaktiveringsgrad. Bland annat går åsikterna isär gällande om och hur muskelaktivering ändras då knäböjen utförs med stången fritt på axlarna (i
“fri” rörelsebana) jämfört med utförandet i en kontrollerad bana då den sker i en så kallad Smith-maskin. I en Smith-maskin tillåts rörelser endast ske i vertikalplanet. Fördelen med att utföra knäböj i en fri rörelsebana tros vara att man har en högre grad av rekrytering av rörelsekontrollerande “stabiliserande” muskulatur då övningen “känns”
instabil. Att den känns stabilare då den utförs i kontrollerad rörelsebana är skälet till att nybörjare ofta blivit rekommenderade att utföra sina knäböj i en Smith-maskin (3).
Det finns i dagsläget endast några få studier som belyser likheter och skillnader i muskelaktivering då knäböjen utförs på olika sätt eller med olika förutsättningar. En studie från 2009 mätte aktivering i ben- och sätesmuskler då knäböjen utfördes i en Smith-maskin jämfört med utförande i en fri rörelsebana. Resultaten visade lägre muskelaktivering i musklerna på lårets baksida (m. biceps femoris), lårets framsida (vastus medialis i quadricepsgruppen) och underbenets muskler (m. gastrocnemius) då man utförde övningen i en Smith-maskin (4). Noteras bör att man i denna studie inte standardiserade utförandet eller belastningen mellan de två testomgångerna. Att standardisera utförande borde vara viktigt eftersom flera faktorer, tex. avstånd mellan fötterna och rotationsgrad i lårbenet (femur), setts påverka muskelaktiveringsgrad (5, 6).
Gällande avstånd mellan fötterna kunde man visa att aktiveringsgrad i m. gluteus
maximus ökade med ett ökat avstånd mellan fötterna (5). Gällande rotationsgrad i femur har en studie (6) kunnat visa att muskelaktivitet i höftens adduktorer ökade vid aktiv utåtrotation av femur (6).
I träningslokaler har det också diskuterats om individuella faktorer såsom anatomiska förutsättningar kan påverka rörelsesystemet. Det finns en fallstudie (7) som visade att strukturella (anatomiska) variationer i lårbenet skulle kunna vara potentiellt bidragande faktorer till smärtproblematik i nedre extremiteter, i denna fallstudie handlade det om en kronisk smärtproblematik. I en annan studie belystes det att den rapporterade vanligaste höftvinkeln hos vuxna varierade mellan 10–20◦ (8). En tredje studie (9) undersökte vilken påverkan anteversionsvinklar kunde ha på rörelseomfånget i höften. En ökad anteversionsvinkel ansågs här vara en femoral anteversion medans en minskad vinkel avsåg en femoral retroversion. I den studien kom de fram till att en femoral anteversion ledde till ett ökat rörelseomfång under inåtrotation av lårbenet medan rörelseomfånget för utåtrotation av lårbenet minskade. Femoral retroversion visade på motsatt effekt istället; ett ökat rörelseomfång under utåtrotation och ett minskat under inåtrotation (9) Femoral anteversion har även associerats med ökad risk för främre höftledsluxation efter höftartroplastik enligt en studie (10). Enligt fallstudien (7) ansågs det rimligt att anta att höftens anteversionsvinkel påverkar biomekaniska rörelsemönster eftersom den påverkar rörelseomfånget i höftens inåt-och utåtrotation. Under funktionella aktiviteter skulle
kompensatoriska rörelsemönster kunna uppstå p.g.a. begränsningen i höftrörlighet. Det har dock inte studerats om det finns en koppling mellan höftsmärta och
anteversionsvinkel samt om planering av rehabilitering och träning bör påverkas av anteversionsvinklar (7). Något som har studerats om i ämnet anteversionsvinklar var vilken påverkan de kunde ha på den nedre extremitetens biomekanik. En studie (11) hade undersökt hur olika protesplaceringar (större/mindre anteversionsvinklar) kunde
påverka muskelkrafter i höftmuskulaturen. Resultatet av den studien var att placering av protesen i en femoral anteversion hade den största effekten på muskelkraft i höften, jämfört med de andra placeringarna av protesen som undersöktes (11). På grund av resultatet i den studien kan man anta att anteversionsvinklar kan ha en påverkan på även muskelaktivering under knäböj.
En annan studie (12) undersökte istället ifall det fanns ett förhållande mellan en femoral anteversion, ledrörelse och muskelaktivitet i den nedre extremiteten. Resultatet av studien kunde också visa på en koppling mellan en femoral anteversion och en högre muskelaktivitet i m. biceps femoris. En femoral anteversion kunde också leda till en ökad valgisering och en lägre flexionsvinkel i höften, något som, i kombination med den ökade aktiviteten i m. biceps femoris, kunde öka risken för ACL-skada (12). Att en femoral anteversion kunde leda till en ökad valgisering kunde även ses i en ytterligare studie som granskade övningen single leg squat (11). Den studien kunde dock ej se på någon skillnad i muskelaktivitet när de undersökte m. gluteus maximus beroende på vilken grad av anteversion deltagarna hade. Det som de kom fram till i studien var att de krävdes mer forskning för att undersöka om muskelaktivering i höftmuskulatur kunde påverkas av t.ex. anteversionsvinklar.
Syftet med denna kandidatuppsats var att undersöka om det finns skillnader i
muskelaktivering i lår- och sätesmuskulatur under belastade knäböj då den utförs med fri skivstång på axlarna respektive i Smith-maskin. Ett andra syfte var att undersöka om anteversionsvinklar kan påverka muskelaktiveringen.
Material och metod
Design och procedur
Denna kandidatuppsats använde insamlade data från en experimentell studie som utfördes sommaren 2020. Författarna av denna kandidatuppsats var inte med under utformningen av datainsamlingen. Upprepade mätningar gjordes på 16 personer vilka alla gjorde två omgångar (“set”, fem repetitioner i varje) av standardiserade knäböj där belastningen motsvarade studiedeltagarnas kroppsvikt. En omgång utfördes med skivstången liggande på axlarna och en omgång utfördes med skivstången liggandes på axlarna och samtidigt fixerad i en Smith-maskin. Båda omgångarna utfördes på samma dag med minst tre minuters vila emellan. Vilken ordning deltagarna skulle utföra varje omgång randomiserades. Muskelaktivering i mm. quadriceps, mm. hamstrings och m.
gluteus maximus registrerades med hjälp av EMG- byxor. Före övningarna mättes
anteversionsvinklar på samtliga studiedeltagare. Därefter tog de på sig EMG-byxorna och genomförde ett standardiserat uppvärmningsprogram innan datainsamlingen (14).
Studiedeltagare
Deltagarna rekryterades inom 100km från platsen där datainsamlingen skulle ske, detta genom att tränare inom en mängd olika sporter i området kontaktades angående studien.
De atleter som då var intresserade av att delta kunde kontakta ledaren av
datainsamlingen via telefon eller e-mail. Deltagarna var aktiva i sporter där övningen knäböj med skivstång användes för att öka styrka i lår- och glutealmuskulatur. De rekryterades från den sydvästra regionen av Sverige inom 100 km från platsen där datainsamlingen skedde. De inkluderade deltagarna bestod av tio kvinnor (62%) och sex
män (38%). Åldersintervallet var 18–31 år med en medelålder på 23. Deltagarnas
erfarenhet av att träna knäböj varierade mellan 2 och 14 år med ett medelvärde på sex år.
Av de inkluderade deltagarna var fyra aktiva inom handboll, tre inom fotboll, en inom simning och åtta inom friidrott t.ex. löpning.
Inklusionskriterier
- Deltagaren hade använt knäböj som en del av sin styrketräning det senaste året.
- Deltagaren hade varit frisk och fri från skador och smärta i rygg, bäcken eller ben i minst tre månader.
- Deltagaren kunde förstå skriftliga eller muntliga instruktioner på svenska eller engelska.
Exklusionskriterier
- Smärta under knäböj eller smärta under testet.
Undersökningsmått
Craig´s test för mätning av höftledernas anteversionsvinklar
För att undersöka studiedeltagarnas anteversionsvinklar användes Craig’s test (15) och som mätinstrument en handhållen goniometer (DanMicGlobal). Testet genomfördes med studiedeltagaren liggande på mage med 90° knäflexion på den sida som testades och helt rakt ben på andra sidan. Vid genomförande av testet palperade testledaren trochanter major på den sida som testades och roterade samtidigt höftleden utåt och inåt genom att föra underbenet inåt respektive utåt. Under den passiva rotationen stabiliserades lårbenet samtidigt och testledaren identifierade positionen där trochanter major var mest
framträdande. Trochanter major skulle vid detta tillfälle då vara parallell med britsen och lårbenshuvudet ansågs då vara placerat i mitten av acetabulum. I denna position mättes vinkeln mellan fotens startposition och positionen där foten befann sig med goniometern (14). Hos vuxna är vinkeln vanligtvis 8–15° inåtrotation och det kallas då att man har en normal anteversion (15). Om vinkeln är >15° anses detta vara ett tecken på ökad
anteversionsvinkel och det kallas då att man har en femoral anteversion. Om vinkeln är
<8° anses detta vara ett tecken på femoral retroversion (15).
Testet har visat sig ha en hög intrareliabilitet och måttlig interreliabilitet vid
goniometermätning med laserstråle som vägledning (16). En handhållen goniometer som i föreliggande studie anses ha god validitet vid jämförelse av resultat med “golden
standard” röntgenfotografering (17).
Mått på muskelaktivitet under knäböj
Muskelaktivering i lår- och sätesmuskler under knäböj kan mätas med bland annat elektromyografi (EMG). Med EMG registreras den elektriska aktiviteten i musklerna genom små elektroder inbyggda i plattor som fästs på huden. Var elektroderna placeras på huden beror på vilka muskler som undersöks. Det finns även kläder med insydda elektroder som kan samla information om muskelaktivitet. Det finns en tidigare studie som visat att dessa byxor kan mäta EMG på ett reliabelt sätt (18).
För att mäta muskelaktivitet i mm. quadriceps, mm. hamstrings och m. gluteus maximus användes EMG-byxorna MBody3 (Myontec Ltd, Kuopio, Finland) (Figur 2). Det var just dessa muskelgrupper som byxorna var utformade för att mäta. Byxorna har elektroder och ledningar integrerat i tyget. Elektroderna är insydda i den invändiga ytan av byxorna och består av syntetiskt icke-ledande garn som är ihopvävt med ett ledande garn som består av fibrer som innehåller silverfibrer. Silverfibrerna har vanligtvis ett elektriskt
motstånd på 10 Ω / 10 cm, i torra elektroder. Ledningarna är anslutna till en
elektronikmodul som innehåller signalförstärkare och A / D-omvandlare för varje kanal, mikroprocessor med inbyggd programvara, dataminne och gränssnitt till en dator och en trådlös sändarmottagare för att möjliggöra lagring av signaler och övervakning online med en dator (18). EMG-byxorna har visat sig överensstämma med traditionella elektroder gällande EMG-signalernas amplitud (18). Både EMG-byxorna och de
traditionella EMG-elektroderna har god inter-, och intrareliabilitet samt repeterbarhet.
Det finns även ett förhållande mellan muskelstyrka och EMG mätningar (18).
Muskelaktiveringsförhållandet vänster-höger i dagliga aktiviteter har också testats vara tillförlitligt hos friska individer (19). Textilelektroderna som används i EMG-byxorna är en valid metod för att bedöma muskelaktivitet (18). Ytterligare en studie har sett att tekniken med användning av textilelektroder har visat sig vara reliabel att använda i studier på människor (20). En dator med installerad mjukvara (Muscle Monitor av Myontec LTD) användes för analys av EMG-signalerna.
Figur 2. Foto på ett par EMG-shorts Mbody 3, Myontec LTD, Kuopio, Finland. Front visar elektroderna för mm. quadriceps och back visar elektroderna för mm. hamstrings och m. Gluteus maximus. Bilderna är tagna ifrån Myontec Ltd.
Genomförande av knäböj
Uppvärmning
Innan mätning av muskelaktivitet under knäböj fick deltagarna värma upp.
Uppvärmningen bestod av femton minuters cykling på 60 rpm, motstånd valt av deltagaren. Deltagarna fick tid till ytterligare uppvärmning om det behövdes. De informerades om att de fick stretcha eller göra ytterligare övningar som de vanligtvis brukade göra innan de tränade med viktade knäböj. Deltagarna utförde sedan en uppsättning av tio repetitioner med en tom skivstång som vägde 20 kg i en fri
rörelsebana. Då gjordes även inställning av knäböjens djup och bredd mellan fötterna.
Efter uppvärmningen utfördes en kontrollmätning för att försäkra att elektroderna hade kontakt, detta skedde sittandes. De utfördes sedan två till tre uppsättningar med tre repetitioner av lätta viktade knäböj i en fri rörelsebana, vikterna valda av deltagaren själv med minst en minuts vila mellan uppsättningarna.
Knäböj med skivstång
Samtliga studiedeltagare genomförde viktade knäböj med en vikt som representerade 100% av deras egen kroppsvikt. En av de två omgångarna utfördes med en skivstång vilandes på lyftarens axlar utan support (Figur 3) den andra omgången utfördes med en skivstång fixerad i en Smith-maskin (Figur 4). Smith-maskinen är en stabil kuggstång som stödjer upp skivstången, leder skivstången i en vertikal rörelse och stabiliserar skivstången. Under både förhållandena var skivstången (modell Eleiko) placerad högt upp på axlarna, på toppen av m. trapezius, just nedanför C7-kotans spinalutskott.
Skivstången för den fria rörelsebanan vägde 20 kg och skivstången i Smith-maskinen vägde 15 kg. Viktplattor sattes på de två skivstängerna för att nå den önskade
belastningen.
Deltagarna ombads använda samma teknik som de vanligtvis använde vid knäböj. De blev instruerade att utföra knäböj med fötterna placerade axelbrett. Mellanrummet mellan fötterna; distansen mellan de båda fötternas mediala del av calcaneus och mediala del av den första metatarsalfalangens led, mättes före utförandet av knäböjen med måttband för att säkerställa samma fotposition under de två omgångarna. För att säkerställa att
knäböjen nådde adekvat djup, 90° flexion i knäleden, fästes ett tunt ej-viktbärande gummiband över ett par säkerhetsarmar (Figur 3). När deltagarna nuddade
gummibanden med sätet hade de nått ett tillräckligt djup.
Tempot sattes till en två sekunders excentrisk fas (ner), en två sekunders koncentrisk fas (upp) och en två sekunder statisk fas på toppen. För att säkerhetsställa ett korrekt tempo användes en metronom som var inställd på 60 rpm. Vid behov användes också verbalt stöd som “ner”, “upp” eller “håll” för att hjälpa deltagarna hålla rätt tempo. Knäböjen filmades från sidan med en mobilkamera för att, vid ett ev. behov kunna säkerställa djupet. Deltagarnas kodnummer användes för att randomisera vilken av de två
omgångarna studiedeltagaren skulle börja med. Deltagare som randomiserats till att få ett udda kodnummer började med knäböj i Smith-maskin (Figur 4) De med ett jämnt
nummer började med fri rörelsebana(Figur 3). Kvinnorna fick ett kodnummer med två siffror och männen fick ett kodnummer med tre siffror.
Figur 3. Ställning med en fri skivstång med ett tunt gummiband uppspänt runt ställningens säkerhetsarmar (fri rörelsebana).
Figur 4. Smith-maskin, skivstång fastsatt i rälsar som bara tillåter vertikal rörelse av skivstången (kontrollerad rörelsebana).
Etiskt godkännande
Deltagarna fick skriva på samtycke innan studiestart. I samtycket fanns information om risker och syfte med undersökningen. Deltagarna fick när som helst avbryta medverkan.
Datan skickades till författarna av denna studie kodad och fanns förvarat på lösenordskyddade datorer.
I november 2019 skickades en ansökan om etiskt godkännande till Svenska etiska granskningsmyndigheten. Studien godkändes i januari 2020 (Dnr 2019–05986).
Databearbetning och statistisk analys
Mjukvaran i datorn som var kopplad till EMG-byxorna tog fram information om
medelvärdet för muskelaktivering under hela knäböjen (både excentrisk och koncentrisk fas) för repetition nr 2–4 samt under varje sekund av den fyra sekunder (excentrisk fas sekund 1 och 2 samt koncentrisk fas sekund 3 och 4) långa knäböjen för repetition nr 2-4.
Repetition 1 och 5 uteslöts ur beräkningarna för att undvika eventuellt felaktigt resultat på grund av exempelvis balansproblematik i första benböjet eller uttröttning. De numeriska värdena överfördes till Jamovi 1.2.2. Även resultat av Craig’s test för vänster och höger ben överfördes till statistikfiler i Jamovi. Deskriptiv statistisk analys inbegrep beräkning av medelvärde och standarddeviation samt median för de kontinuerliga variablerna muskelaktivitet i mm. quadriceps, muskelaktivitet i m. gluteus maximus respektive muskelaktivitet i mm. hamstrings under hela knäböjen. Muskelaktiviteten under varje sekund av knäböjen under det att den genomfördes i en fri rörelsebana och i en Smith-maskin inkluderades också i analysen. Muskelaktiviteten mättes i mikrovolt.
Levene’s test användes för att granska ifall variablerna var normalfördelade och var signifikant i två av testerna, vilket kan tyda på att i dessa tester var variablerna inte normalfördelade. Beroende (“parat”) t-test användes för att undersöka om det förelåg några skillnader i muskelaktivering mellan de båda betingelserna (fri bana vs. Smith- maskin) för någon av variablerna. Oberoende (”oparat”) t-test användes sedan för att undersöka huruvida skillnader i aktivering hade uppmätts mellan studiedeltagare med en femoral retroversion (minskade anteversionsvinklar) och de med mer neutrala vinklar i höftlederna. Då endast en studiedeltagare hade en femoral anteversion, och endast i ena benet, gick det ej att jämföra mellan personer med femoral anteversion och femoral retroversion.
Resultat
Deskriptiva analyser
Totalt 16 deltagare (tio kvinnor och sex män) inkluderades i studien. En deltagares resultat ströks från analyserna då personen var den enda deltagaren med en femoral anteversion och endast i en av höftlederna. Tabell 1. visar ålder, längd, vikt och BMI för studiedeltagarna som inkluderades i analyserna. Figur 1. visar sedan vilka
anteversionsvinklar deltagarna hade i vardera höftled och vilken kombination av anteversionsvinklar som var vanligast i denna grupp av deltagare.
Tabell 1. Deskriptiv analys av studiedeltagarnas (9 kvinnor, 6 män) ålder, längd, vikt och BMI.
N Medelvärde Median Min Max
Ålder (år) 15 22 21 18 31
Längd (cm) 15 174 172 165 184
Vikt(kg) 15 68 67 60 90
BMI(kg/m2) 15 22 22 18 27
Figur 5. Figuren visar procentuell andel av studiedeltagare (N=15) som vid användning av Craig’s test bedömdes ha höftleder som hade en femoral retroversion och andelen som bedömdes ha neutral höft (vinkel mellan 8–15°). Endast en person hade en femoral anteversion och uteslöts då från analysen. RR=Femoral Retroversion i båda höftlederna.
NN=Neutral i båda höftlederna. RN=Femoral Retroversion vänster höft och neutral i höger höft. NR=Neutral vänster höft och femoral retroversion i höger höft.
Jämförande analyser
Tabell 2 visar muskelaktivitet i mm. quadriceps, mm. hamstrings och m. gluteus maximus under knäböj med stången i fri rörelsebana och då den utförs i Smith-maskin. Ingen skillnad observerades mellan betingelserna för m. gluteus maximus eller mm. hamstrings, men mm. quadriceps aktiverades i högre grad då knäböjen utfördes i en fri rörelsebana.
Tabell 2. Resultat (Medelvärde (i mikrovolt) och standarddeviation [sd]) för muskelaktivitet under hela knäböjen i muskelgrupperna mm. quadriceps, mm.
hamstrings och m. gluteus maximus då den utförs i fri rörelsebana och i Smith- maskin(n=15).
Fri Bana
Medelvärde±sd Smith maskin
Medelvärde±sd p1
Quadriceps dx (µV) 102±31 88±21 0.028
Quadriceps sin (µV) 102±39 87±31 0.003
Hamstrings dx (µV) 30±9 27±7 0.060
Hamstrings sin (µV) 34±7 31±11 0.192
Glut Max. dx (µV) 29±11 29±11 0.646
Glut. Max. sin (µV) 34±13 34±16 0.974
1Parat t-test användes för att analysera om det var signifikant olika aktiveringsgrad mellan de två betingelserna.
Tabell 3 visar muskelaktivitet under knäböjens fyra olika delar (sekunder) i
muskelgrupperna mm. quadriceps, mm. hamstrings och m. gluteus maximus då den utförs i fri rörelsebana och i Smith-maskin. Under det tre första sekunderna var det en
ökad muskelaktivitet i mm. Quadriceps vid utförande i fri bana jämfört med en Smith- maskin. Det var också en högre muskelaktivitet i mm. hamstrings under andra och tredje sekunden. Ingen skillnad observerades, varken i hela, eller i delar av knäböjen, avseende m. gluteus maximus.
Tabell 3. Resultat (Medelvärde (i mikrovolt) och standarddeviation [sd]) för
muskelaktivitet under knäböjens olika fyra olika faser [i sekunder]) i muskelgrupperna mm. quadriceps, mm.hamstrings och m. gluteus maximus då den utförs i fri rörelsebana och i Smith-maskin(n=15).
Fri bana
Medelvärde±sd Smith-maskin
Medelvärde±sd p1
Quadriceps dx sek 1 (µV) 62±17 55±21 0.052
Quadriceps sin sek 1 (µV) 60±22 53±24 0.016
Quadriceps dx sek 2 (µV) 171±58 150±41 0.040
Quadriceps sin sek 2 (µV) 174±80 151±73 0.017
Quadriceps dx sek 3 (µV) 136±58 112±43 0.031
Quadriceps sin sek 3 (µV) 134±53 109±39 0.007
Quadriceps dx sek 4(µV) 40±17 36±10 0.399
Quadriceps sin sek 4(µV) 39±15 34±11 0.145
Hamstrings dx sek 1 (µV) 20±4 20±5 0.840
Hamstrings sin sek 1(µV) 26±10 25±14 0.439
Hamstrings dx sek 2 (µV) 34±10 31±11 0.071
Hamstrings sin sek 2 (µV) 37±8 33±6 0.020
Hamstrings dx sek 3 (µV) 38±13 33±10 0.013
Hamstrings sin sek 3 (µV) 42±10 36±11 0.046
Hamstrings dx sek 4 (µV) 26±14 22±12 0.324
Hamstrings sin sek 4 (µV) 31±10 30±21 0.841
Glut. Max. dx sek 1 (µV) 18±10 19±10 0.652
Glut. Max. sin sek 1 (µV) 22±13 22±12 0.913
Glut Max. dx sek 2 (µV) 25±9 26±9 0.830
Glut Max. sin sek 2 (µV) 29±12 28±10 0.603
Glut Max. dx sek 3 (µV) 39±14 37±13 0.620
Glut Max. sin sek 3 (µV) 45±23 44±23 0.895
Glut Max. dx sek 4 (µV) 34±21 33±19 0.465
Glut Max. sin sek 4 (µV) 40±22 42±29 0.657
1Parat t-test användes för att analysera om det var signifikant olika muskelaktivering mellan de två betingelserna.
Tabell 4 och 5 visar på muskelaktivitet under hela knäböjen beroende på vilka
anteversionsvinklar deltagarna hade. Varken i vänster (Tabell 4) eller i höger (Tabell 5) höft var det någon skillnad i muskelaktivering mellan studiedeltagarna med femoral retroversion och dem med neutral/normal anteversionsvinkel.
Tabell 4. Resultat (Medelvärde (i mikrovolt) och standarddeviation [sd]) för muskelaktivitet under hela knäböjen) i muskelgrupperna mm. quadriceps, mm.
hamstrings och m. gluteus maximus beroende på om deltagarna hade en femoral retroversion(n=7) eller en neutral anteversionsvinkel(n=8) i vänster höft.
Retroversion
medelvärde±sd Neutral
Medelvärde±sd p1
Quadriceps dx Fri (µV) 90±28 113±32 0.17
Quadriceps dx Smith (µV) 78±16 98±22 0.08
Quadriceps sin Fri (µV) 94±51 110±25 0.45
Quadriceps sin Smith (µV) 80±41 92±20 0.49
Hamstrings dx Fri (µV) 31±10 28±8 0.56
Hamstrings dx Smith (µV) 28±6 25±9 0.41
Hamstrings sin Fri (µV) 35±7 33±8 0.68
Hamstrings sin Smith (µV) 33±12 29±10 0.49
Glut Max. dx Fri (µV) 32±12 27±11 0.42
Glut Max. dx Smith (µV) 33±10 25±12 0.21
Glut Max. sin Fri (µV) 33±8 35±17 0.73
Glut Max. sin Smith (µV) 34±12 34±21 0.95
1 Oberoende t-test användes för att undersöka ifall det fanns en signifikant skillnad i muskelaktivitet mellan de två grupperna.
Tabell 5. Resultat (Medelvärde (i mikrovolt) och standarddeviation [sd]) för muskelaktivitet under hela knäböjen) i muskelgrupperna mm. quadriceps, mm.
hamstrings och m. gluteus maximus beroende på om deltagarna hade en femoral retroversion(n=8) eller en neutral anteversionsvinkel(n=7) i höger höft.
Retroversion
medelvärde±sd Neutral
Medelvärde±sd p1
Quadriceps dx Fri (µV) 91±27 115±34 0.16
Quadriceps dx Smith (µV) 84±25 94±17 0.40
Quadriceps sin Fri (µV) 103±48 101±28 0.89
Quadriceps sin Smith (µV) 92±40 80±18 0.47
Hamstrings dx Fri (µV) 30±10 29±9 0.74
Hamstrings dx Smith (µV) 27±4 27±10 0.972
Hamstrings sin Fri (µV) 32±6 36±8 0.33
Hamstrings sin Smith (µV) 28±4 35±14 0.172
Glut Max. dx Fri (µV) 30±12 28±12 0.69
Glut Max. dx Smith (µV) 31±11 26±12 0.39
Glut Max. sin Fri (µV) 33±13 35±15 0.64
Glut Max. sin Smith (µV) 31±12 37±21 0.49
1 Oberoende t-test användes för att undersöka ifall det fanns en signifikant skillnad i muskelaktivitet mellan de två grupperna.
2 Levene’s test resulterade i ett signifikant värde, vilket kan tyda på att variablerna inte var normalfördelade.
Diskussion
Vid knäböj där belastningen motsvarade den egna kroppsvikten var den genomsnittliga muskelaktiviteten i mm. quadriceps högre då den utfördes i en fri-rörelsebana jämfört med utförande i Smith-maskin då den genomfördes med samma djup och fotbredd. Det var dock ingen skillnad i muskelaktivitet i hamstrings eller m. gluteus maximus. När varje sekund av knäböjen analyserades var det i de första tre sekunderna av knäböjen som det gick att se en högre muskelaktivitet i mm. quadriceps då den genomfördes i en fri rörelsebana. Det visade sig även att då knäleden är som mest böjd (excentriska och koncentriska delen) aktiveras även mm. hamstrings mer i fri rörelsebana än då man genomför en knäböj i en Smith-maskin. För m. gluteus maximus kunde det inte ses någon skillnad vare sig knäböjen utfördes i en fri eller kontrollerad bana.
Även tidigare studier har kunnat se denna skillnad i muskelaktivitet beroende på ifall knäböjen utfördes i en fri bana eller i en Smith-maskin. I studien av Schwanbeck et al. (4) fann man en ökad aktivitet i bl.a. mm. quadriceps och mm. hamstrings, mer specifikt i m.
vastus medialis och m. biceps femoris. En anledning till detta, som även nämns i
Schwanbeck’s studie, kan vara att den ökade aktiveringen av m. vastus medialis leder till en ökad aktivering på m. biceps femoris för att bibehålla kontrollen av knäleden. Att m.
vastus medialis aktiveras mer när övningen utförs i en fri bana kan i sin tur bero på att kraven på ledkontroll ökas när övningen utförs i en mer instabil miljö. Detta leder till en högre aktivitet i m. vastus medialis då den muskeln är till för att kontrollera knäledens position (4). I denna kandidatuppsats var det en fri bana som var den mer instabila miljön jämfört med den mer stabila miljön alltså i en Smith-maskin. En annan studie av Behm et al. (21) har också kunnat visa på en högre muskelaktivitet i knäextensorerna och deras antagonister när deras deltagare utförde knäextensioner sittandes på en
medicinboll(instabil miljö) jämfört med sittandes på bänk eller stol. Detta
överensstämmer även med något som kunde ses i denna studie. Nämligen angående i vilka sekunder av knäböjen denna studie kunde tyda på skillnader i muskelaktivitet. De sekunder där knäleden befann sig i en ostabil position var de sekunder där skillnaderna i muskelaktivitet kunde ses. I första sekunden är det primärt mm. quadriceps som arbetar excentriskt och när knäböjen då utförs i en fri bana kräver det mer av de muskler som kontrollerar knäledens position. Av musklerna i mm. quadriceps är det just m. vastus medialis som står för den uppgiften, därav den högre aktiviteten i den fria banan jämfört med Smith-maskin. Sedan var den andra och tredje sekunden den delen av knäböjen där mm. quadriceps går från ett excentriskt arbete till ett koncentriskt arbete och är även här som knäleden blir som mest flekterad. Här kopplas mm. hamstrings in mer för att bibehålla kontrollen av knäleden, genom att jobba excentriskt emot mm. quadriceps kraftutveckling. Till sist var skillnaden i muskelaktivitet minst i just den sista sekunden mellan de två betingelserna, fri bana mot Smith-maskin. Skälet till detta kan vara att när knät är/går mot full extension blir det också som mest “stabilt” på grund av de passiva strukturer kring knät som hjälper till att stadga upp leden. Detta minskar på kraven från musklerna som kontrollerar just knäledens position, oavsett ifall knäböjen utförs i en Smith-maskin eller i en fri bana, därav ses ingen skillnad i muskelaktivitet i denna sekund.
Noteras bör att det även finns studier som motsäger resultatet med olika aktiveringsgrad.
En sådan studie är den av Andersson och Behms (22) i vilken de inte fann någon skillnad i muskelaktivitet i m. biceps femoris eller i m. vastus lateralis när de jämförde knäböj i Smith-maskin med en fri bana. Detta skulle dock kunna förklaras med att Anderssons och Behms studie (22) mätte aktiviteten i m. biceps femoris och m. vastus lateralis som
enskilda muskler och inte tillsammans med övriga muskler i muskelgruppen, vilket skiljer sig från denna kandidatuppsats där mm. Quadriceps och mm. Hamstrings
muskelaktivitet just mättes som muskelgrupper. Ett annat skäl skulle kunna vara att just m. vastus lateralis räknas som en global rörelsemuskel vilket betyder att muskelns uppgift primärt är att skapa rörelseenergi, inte kontroll av knäledens neutralläge under flexions
och extensionsrörelser. Ytterliggare en skillnad mellan deras studie och resultaten i denna kandidatuppsats är att i Anderssons och Behms studie använde de sig av vikt på
submaximal nivå (0–60% av deltagarnas kroppsvikt) för deltagarna vid emedan föreliggande studie använde högre belastning på stången (22).
Denna studie fann inga indikationer på att muskelaktiveringsgrad under knäböj skiljer sig åt mellan personer med femoral retroversion och personer med en mer neutral
anteversionsvinkel. Skälet till att vi inte kunde jämföra skillnaden mellan personer med en ökad anteversionsvinkel och dem med en minskad anteversionsvinkel var att endast en person hade en uppmätt ökad anteversionsvinkel. Vi vet därför fortfarande inte om en ökad anteversionsvinkel påverkar muskelaktivitet under knäböj. Gällande tidigare studier som belyst betydelsen av anteversionsvinklar och muskelaktivitet finns det i nuläget begränsat med studier. De flesta studier inom forskningsområdet har funnit att
anteversionsvinklar skulle kunna påverka t.ex. rörelseomfång i nedre extremiteten. Dock har få specifikt undersökt ifall just muskelaktiviteten påverkas. Därför är det även svårt att göra kopplingar till vad som styrker samt går emot resultatet av denna
kandidatuppsats angående just hur olika grader av anteversion skulle kunna påverka muskelaktivitet i nedre extremitet. En studie (13) som undersökte hur femoral
anteversion påverkade inåtrotation av femur under enbensknäböj fann inga indikationer på att muskelaktiveringsgraden i m. gluteus maximus påverkades av studiedeltagarnas anteversionsvinklar (13). En skillnad mellan denna kandidatuppsats och ovanstående studie var metoden. I denna kandidatuppsats undersöktes eventuella skillnader mellan studiedeltagare med en femoral retroversion och de med neutrala anteversionsvinklar emedan studien om enbensknäböj granskade femoral anteversion ihop med andra positioner i nedre extremitet som bäckentippning och knäledsvinklar samt fotvalvsmått och hur dessa faktorer kunde påverka kontrollen av knäleden under ett enbensknäböj (13).
En annan studie (12) i ämnet hade dock kommit fram till ett annat resultat. Resultatet av den studien var att en femoral anteversion i höften kan leda till en högre muskelaktivitet i m. biceps femoris. Syftet med denna studie var att undersöka förhållandet mellan femoral anteversion, ledrörelse och muskelaktivitet i nedre extremiteten, för att undersöka om de kan vara en riskfaktor till en skada på främre korsbandet (ACL). Deras resultat var också att en femoral anteversion kan leda till bl.a. en högre muskelaktivitet i m. biceps femoris som, i kombination med en ökad valgisering och lägre flexionsvinkel i höften, i sin tur kan öka risken för ACL-skada (12). I denna kandidatuppsats undersöktes deltagare med en femoral retroversion med de deltagare som hade en neutral anteversionvinkel. Samtidigt i ovanstående studie (12) undersöktes deltagare med femoral anteversion med de deltagare som hade en femoral retroversion vilket kan vara en orsak till att resultatet skiljer sig åt emellan studierna.
Metoddiskussion
Vid datainsamling gjordes Craig´s test på samtliga deltagare (n=16) för att undersöka om försökspersonerna hade en femoral retroversion, femoral anteversion eller en neutral höftledsvinkel. Vid planering av studien planerade projektgruppen jämföra grad av muskelaktivitet i de olika muskelgrupperna hos personer med femoral retroversion och femoral anteversion. Efter genomförande av deskriptiv analys konstaterades att det endast fanns en deltagare med femoral anteversion och då endast på vänster sida. Därför valdes det att deltagaren med en femoral anteversion skulle exkluderas från analysen och istället jämföra de deltagare med en femoral retroversion med de som hade en neutral anteversionsvinkel, vilket är skälet till n=15 i analyserna. Detta kan också ha lett till att resultaten av analysen gällande anteversionsvinklar inte gav några signifikanta resultat och att det skulle ha krävts deltagare med en femoral anteversion för att kunna jämföra med deltagarna som hade en femoral retroversion. Det här hade i sin tur kunnat visa effekten anteversionsvinklar skulle kunnat ha på musklerna i den nedre extremiteten på ett bättre, mer tydligt sätt. Därför bör ett mål för framtida studier inom ämnet vara att
fokusera på att rekrytera deltagare på vardera sidan av spektrat, de med en femoral retroversion och de med en femoral anteversion.
Ursprungligen var även tanken att det skulle vara fler studiedeltagare med i
datainsamlingen. Detta var dock inte möjligt p.g.a. COVID-19 pandemin som bröt ut några veckor innan den första planerade datainsamlingen skulle äga rum. Detta gjorde även att datainsamlingen blev uppskjuten från våren till senare under sommaren.
När det gäller insamling av EMG-signaler med ytliga elektroder har det ifrågasatts ifall man mäter på samma ställe av muskeln under hela rörelsen. Med EMG-byxor har det visat sig vara reliabelt att elektroderna tar upp signaler från samma område under hela rörelsen (20).
Etiskt ställningstagande
Det finns alltid risker med belastade övningar men eftersom testet var övervakat av utbildad personal och deltagarna följde inklusionskriterier och exklusionskriterier så minimerades riskerna. Deltagarna fick även skriva på samtycke för att delta i studien samt användning av foto, vilket är en viktig del i en etisk prövning.
Klinisk tillämpning och framtida forskning
Att veta hur muskelaktiviteten skiljer sig mellan olika sätt att utföra en övning är något som kan vara viktigt att veta t.ex. vid träning eller rehabilitering för patienter. Det är nödvändig kunskap för att kunna individanpassa träningen/rehab utifrån patientens mål och vad hen klarar av. Ifall man t.ex. vill belasta mer av mm. quadriceps kan det vara av värde att utföra knäböjen i en fri bana istället för i en Smith-maskin. Detta inkluderar musklerna som är av en “stabiliserande” karaktär t.ex. m. vastus medialis. Vill man istället fokusera på att träna m. gluteus maximus spelar det mindre roll om man väljer att träna i en fri bana eller i en Smith-maskin.
Gällande framtida forskning angående hur anteversionsvinklar kan påverka
muskelaktivitet och i sin tur rehabilitering och träning behövs det säkerhetsställas att det inkluderas deltagare med både en femoral anteversion och retroversion.
Slutsats
Resultaten indikerar att unga vältränade individer har en högre aktivitet i mm.
Quadriceps under utförande av en belastad knäböj då den utförs i en fri bana jämfört med Smith-maskin. Även mm. hamstrings tycks aktiveras mer men endast i knäledens mest flekterade läge. Inga slutsatser kunde dras gällande skillnader mellan personer med femoral anteversion och femoral retroversion.
Referenser:
1. Clark DR, Lambert MI, Hunter AM. Muscle activation in the loaded free barbell squat: a brief review. J Strength Cond Res. 2012;26(4):1169-1178.
2. Escamilla, R. F. Knee biomechanics of the dynamic squat exercise. Med. Sci.
Sports Exerc. 2001;33(1): s. 127–141.
3. Haff, G. Roundtable discussion: Machines versus free weights. Strength Cond J, 2000;22:18-30.
4. Schwanbeck S, Chilibeck PD, Binsted G. A comparison of free weight squat to Smith machine squat using electromyography. J Strength Cond Res.
2009;23(9):2588-2591.
5. Paoli A, Marcolin G, Petrone N. The effect of stance width on the
electromyographical activity of eight superficial thigh muscles during back squat with different bar loads. J Strength Cond Res. 2009;23(1): s246-250.
6. Pereira GR, Leporace G, das Virgens Chagas D, Furtado LF, Praxedes J, Batista LA. Influence of hip external rotation on hip adductor and rectus femoris
myoelectric activity during a dynamic parallel squat. J Strenght Cond Res, 2010;
24(10):s 2749-2754.
7. Tansey P. Hip and low back pain in the presence of femoral anteversion. A case report. Man Ther. 2015;20(1):206-211.
8. Bråten, M., Terjesen, T., & Rossvoll, I. Femoral anteversion in normal adults:
ultrasound measurements in 50 men and 50 women. Acta Orthopaedica Scandinavica, 1992;63(1), 29-32.
9. Bedi A, Dolan M, Leunig M, Kelly BT. Static and dynamic mechanical causes of hip pain. Arthroscopy. 2011;27(2):235-251.
10. Di Schino M, Baudart F, Zilber S, Poignard A, Allain J. Anterior dislocation of a total hip replacement. Radiographic and CT-scan assessment. Behavior following conservative management. Orthop Traumatol Surg Res. 2009;95(8):573-578.
11. Myers CA, Laz PJ, Shelburne KB, et al. The impact of hip implant alignment on muscle and joint loading during dynamic activities. Clin Biomech (Bristol, Avon).
2018;53:93-100.
12. Kaneko M, Sakuraba K. Association between Femoral Anteversion and Lower Extremity Posture upon Single-leg Landing: Implications for Anterior Cruciate Ligament Injury. J Phys Ther Sci. 2013;25(10):1213-1217.
13. Nguyen AD, Shultz SJ, Schmitz RJ, Luecht RM, Perrin DH. A preliminary multifactorial approach describing the relationships among lower extremity alignment, hip muscle activation, and lower extremity joint excursion. J Athl Train. 2011;46(3):246-256.
14. Svensson, F. The barbell squat: Muscle activation with the barbell in a free compared to a controlled movement path in elite athletes. Department of Community Medicine and Rehabilitation. (2020)
15. Epomedicine. Femoral Anteversion test (Craig’s test) [Internet]. Epomedicine;
2020 Jun 27 [cited 2020 Nov 18]. Hämtad från:
https://epomedicine.com/clinical-medicine/femoral-anteversion-craigs-test/
16. Tamari K, Tinley P, Briffa K, Breidahl W. Validity and reliability of existing and modified clinical methods of measuring femoral and tibiofibular torsion in healthy subjects: use of different reference axes may improve reliability. Clin Anat.
2005;18(1):46-55.
17. Piriyaprasarth P, Morris ME. Psychometric properties of measurement tools for quantifying knee joint position and movement: A systematic review. Knee.
2007;14(1):2-8.
18. Finni T, Hu M, Kettunen P, Vilavuo T, Cheng S. Measurement of EMG activity with textile electrodes embedded into clothing. Physiological Measurement.
2007;28(11):1405-19.
19. Bengs D, Jeglinsky I, Surakka J, Hellsten T, Ring J, Kettunen J. Reliability of Measuring Lower-Limb-Muscle Electromyography Activity Ratio in Activities of Daily Living With Electrodes Embedded in the Clothing. J Sport Rehabil.
2017;26(4).
20. Scilingo EP, Gemignani A, Paradiso R, Taccini N, Ghelarducci B, De Rossi D.
Performance evaluation of sensing fabrics for monitoring physiological and biomechanical variables. IEEE Trans Inf Technol Biomed. 2005;9(3):345-52.
21. Behm DG, Anderson K, Curnew RS. Muscle force and activation under stable and unstable conditions. J Strength Cond Res. 2002;16(3):416-422.
22. Anderson K, Behm DG. Trunk muscle activity increases with unstable squat movements. Can J Appl Physiol. 2005;30(1):33-45.
