Spieractivatiepatronen tijdens fitness oefeningen op de Carving Pro Maastricht University: Pieter Oomen (MSc) Hans Savelberg (PhD) December, 2010
Inleiding De Carving Pro is een fitnessapparaat waarmee een volledige laterale beweging wordt gemaakt. Door verschillende houdingen aan te nemen zouden verschillende spiergroepen in meer of minder mate getraind kunnen worden. Het doel van dit onderzoek is te bepalen welke spiergroepen door de Carving Pro getraind worden, tijdens welke fase van de beweging een bepaalde spiergroep geactiveerd wordt en of de verschillende uitgangsposities daadwerkelijk een variërend beroep op spiergroepen doen. ElectroMyoGrafie (EMG) is een manier om de activiteit van spieren te meten. Wanneer spieren door zenuwen geprikkeld worden om kracht te leveren, gaat er een zwakke, elektrische stroom over spiercellen lopen. De grootte van deze elektrische stroom is afhankelijk van de hoeveelheid spiermassa die aangesproken wordt en daarmee een maat voor de kracht die die spier levert. Met behulp van electrodestickers die op de huid geplakt worden kan de elektrische activiteit van een spier gemeten worden. Deze EMG-techniek wordt in dit onderzoek gebruikt om gebruik van verschillende spiergroepen bij de Carving Fitness beweging op de Carving Pro in kaart te brengen. De vragen die beantwoord zullen worden zijn: o Welke spieren zijn op welk moment gedurende de laterale beweging op de Carving Pro actief? o Wat is de invloed op spieractivatie van de verschillende houdingen die op de Carving Pro mogelijk zijn? Methode De spieractiviteit van vier mannelijke, gezonde proefpersonen is gemeten op het Carving Pro fitnesssysteem. Met behulp van oppervlakte elektrodes is de spieractiviteit van 12 verschillende spieren in de romp en in het boven- en onderbeen gemeten. Door middel van het PASAQ data-acquisitiesysteem konden de EMG-data real-time bekeken en opgeslagen worden op een pc. Verdere analyse vond off-line plaats. Voor het bevestigen van de electrodestickers werden de richtlijnen van het SENIAM-protocol gebruikt. De volgende spieren werden gemeten: m. gluteus maximus (GMax), m. gluteus medius (GMed), m. multifidus (Mul), m. obliquus externus (OE), m. vastus medialis (VM), m. rectus femoris (RF), m. tensor fascia latae (TFL), m. biceps femoris (BF), m. gracilis (Gra), m. soleus (Sol), m. gastrocnemius medialis (GasM), and m. tibialis anterior (TA) (bijlage 1). Een referentie-electrode was geplaatst op de tuberositas tibiae.
Elke proefpersoon maakte voorafgaand aan de meting kennis met de Carving Pro en de vijf posities (bijlage 2) die tijdens de metingen moesten worden aangenomen. Vervolgens werden de elektrodes geplaatst en aangesloten op het PASAQ-systeem. De proefpersoon werd gevraagd om in elke positie gedurende één minuut de Carving Fitness uit te voeren. Daarbij werden bewegingsfrequentie en opgelegde belasting tussen de verschillende condities (uitgangshoudingen) gelijk gehouden. De Carving Fitness beweging is een heen-en-weergaande beweging waarbij om en om het rechter en het linker been belast worden. Voor het beoordelen van de spieractiviteit is uitgegaan van de maximale activiteit in de standaard positie (positie 1). Door de maximale waarde van deze positie op 100% te zetten kunnen vergelijkingen worden gemaakt tussen de verschillende uitgangspositie. De drempel van 60% is gekozen om te bepalen of een spier al dan niet actief was. Het moment waarop de EMG-activiteit van een spier boven deze drempel kwam werd beschouwd als het moment dat de spier geactiveerd werd. Het moment waarop de EMG-activiteit weer onder de drempel zakte werd gezien als het afschakelen van de betreffende spier. Door de maximale EMG-waardes tussen de verschillende uitgangshoudingen te vergelijk werden de spierbelastingen tussen de condities geëvalueerd. Resultaten De activatiepatronen voor de verschillende spieren lieten een variatie tussen de verschillende proefpersonen zien. Ondanks deze verschillen zijn er ook duidelijke constanten waar te nemen. In bijlage 3 zijn de spieractivatiepatronen weergegeven. In de linker kolom zijn de activatiepatronen weergegeven voor de beweging van links naar rechts, in de rechter kolom voor de beweging van rechts naar links. In de standaard positie, uitgangspositie 1, lijken de meeste spieren actief te worden rond 40% van de bewegingscyclus, dat is op 80% van de tijdsbalk van de figuren in de linker kolom (bijlage 3). Dit is vlak voordat het rechter been de uiterste stand bereikt. Bij ongeveer 80% van de bewegingscyclus, ongeveer halverwege de teruggaande beweging (figuren in de rechter kolom) worden de meeste spieren weer uitgeschakeld. (Bijlage 3). In de derde, vierde en vijfde uitgangshouding lijken de activatieperiodes wat langer te duren, spieren worden dan eerder gerecruteerd, en blijven ook langer actief. De maximale activiteit lijkt in condities 2, 3, 4 en 5 in een aantal spieren groter te zijn dan in de standaardconditie (tabel 1). In conditie 2 zijn de biceps femoris, en de gluteus maximus en medius bij drie van de vier proefpersonen meer actief dan in conditie 1. In conditie 3 is de maximale activiteit van de multifidus bij drie proefpersonen verhoogd. In uitgangshouding 4 was de activiteit van tensor fascia latae, rectus femoris, multifidus en gluteus maximums bij alle proefpersonen groter dan in uitgangshouding 1. Tibialis anterior, biceps femoris en gluteus medius waren bij 3 van de vier proefpersonen hoger in uitgangshouding dan in uitgangshouding 1.
Gracilis, biceps femoris, tensor fascia latae, multifidus en gluteus maximus waren bij alle proefpersonen in houding 5 meer actief dan in positie 1. EMG-waarden van rectus femoris waren bij 3 proefpersonen hoger in positie 5 dan in 1. Tabel 1 Het onderstaande overzicht laat zien bij hoeveel proefpersonen een bepaalde spier bij uitgangsposities 2, 3, 4, en 5 meer actief was dan in uitgangspositie 1, de standaardsituatie. Positie 2 Positie 3 Positie 4 Positie 5 TA 2 2 3 3 GasM 1 0 2 1 SOL 1 2 2 1 GRA 1 2 2 4 BF 3 2 3 4 TFL 1 2 4 4 RF 2 2 4 3 VM 1 1 2 1 OE 1 1 1 2 Mul 2 3 4 4 Gmed 3 1 3 2 Gmax 3 2 4 4 Totaal 21 20 34 33 Discussie en Conclusies Het doel van deze studie was te onderzoeken welke spieren op welk moment tijdens de Carving Fitness beweging actief zijn, en of bepaalde uitgangshoudingen op de Carving Pro de spieren meer belasten en trainen dan andere uitgangsposities. De Carving Pro lijkt alle onderzochte beenspieren te belasten en daarmee te trainen. In de studie werden de kuit-, been-, rug- en bilspieren onderzocht. In de vierde en vijfde uitgangshouding waarin de beweging met losse handen uitgevoerd werd worden de beenspieren meer belast dan in de andere condities. Ook de multifidus, een rugspier wordt in deze uitgangsposities meer belast. Ook conditie twee en drie (squathouding) lijken beenspieren wat meer te belasten dan de uitgangspositie.
Bijlage 1: spieren met locaties en functies. m. tibialis anterior (voorste scheenbeenspier) Functie: dorsale flexie van het spronggewricht m. gastrocnemius medialis (mediale kuitspier) Functie: plantaire flexie m. soleus (scholspier) Functie: plantaire flexie m. gracilis (slanke dijspier) Functie: adductor van het bovenbeen, buiger van het heup en kniegewricht m. biceps femoris (tweehoofdige dijbeenspier) = onderdeel van de hamstrings Functie: kniebuiger en buitenwaarts draaier van de knie (rood+groen) m. tensor fascia latea (spanner van peesblad van bovenbeen) Functie: buiger, abductor en binnenwaarts draaier van het bovenbeen m. rectus femoris (rechte dijspier) = onderdeel van de quadriceps Functie: kniestrekker en buiger heupgewricht m. vastus medialis (mediale brede dijspier) = onderdeel van de quadriceps Functie: kniestrekker (geel) m. obliques externus (buitenste schuine buikspier) Functie: zijwaarts draaien en zijwaarts buigen van de romp m. multifidus Functie: eenzijdig: segmentale flexie en rotatie, tweezijdig: strekking rug m. gluteus medius (middelste bilspier) Functie: geheel: abductor van het bovenbeen, voor: buiger en naar binnen draaier (roze), achter: strekker en naar buiten draaier m. gluteus maximus (grote bilspier) Functie: strekken en naar buiten draaien van het heupgewricht
Bijlage 2: De verschillende posities op de Carving Pro. Houding Figuur Omschrijving 1. Handen hoog op handgreep voorovergebogen, naar voren leunend. 2. Door de knieën en voorovergebogen met handen laag op handgreep. 3. Squathouding, door de knieën zakken. 4. Handen op de rug, daardoor veel coördinatie vereist. 5. Armen schuin indraaien t.o.v. het onder lichaam.
Bijlage 3: Resultaten - Enkele voorbeelden