Hva er best, frivekter eller maskiner?

Studie analysert: Haugen et. al. 2023 Effect of free-weight vs. machine-based strength training on maximal strength, hypertrophy and jump performance – a systematic review and meta-analysis¹

Nøkkelpunkter

• For muskelvekst ser det ikke ut til at det har noe å si.
• Det samme gjelder styrke.
• Driver du med idretter eller annet som krever styrke i spesifike øvelser (knebøy i styrkeløft) så bør du trene dette.

Introduksjon

Det har lenge vært sagt blant kroppsbyggere at frivekter gir bedre resultater en maskiner når det kommer til trening. En av utsagnene har blant annet vært at frivekter skiller ut med veksthormon og testosteron enn det maskiner gjør. Dette er forsåvidt støttet i vitenskapen^2,3. Men er akutte utskillelser av hormoner det samme som langtidsresultater? Det skal vi se nærmere på. Videre er det også argumentert for at frivekter gir økt muskelaktivering. Det er også støttet i vitenskapen^4,5. Det er dog lite evidens for at muskelaktivering kan predikere muskelvekst over en lengre periode^6,7. På den andre siden kan man argumentere for maskiner da relativt like maskin- og frivektsøvelser har vært i favør maskiner når det kommer til hvor tungt du kan løfte^4,8. Dette kan muligens forklares ved at kroppen prioritere stabilitet over kraftproduksjon. Det gjør at når stabiliteten i øvelsen (frivekter) går ned så går også kraftproduksjonen ned^9,10. Men igjen så ser det grad utmattelse som styrer muskelveksten og ikke antall kg på stangen. Det må være relativt til nivå og man har sett muskelvekst over et bredt spekter av vekt^11,13.

Hovedfunn

Hovedfunnene var det var ingen forskjell i muskelvekst mellom frivekter og maskiner. Videre var det heller ingen forskjell i spentmålinger og styrke. Vi fant videre at spesifisitetsprinsippet påvirker. Skal du bli sterk i maskiner så bør du trene maskiner. Skal du bli sterk med frivekter bør du trene med frivekter. For overkroppsstyrke var det størst effekt med maskiner. Ingen forskjell i underkroppen. I en trent populasjon var det ingen forskjell, men for en utrent gruppe var det en trend mot maskiner.

Diskusjon

Gruppen som brukte frivekter økte styrken mer når begge gruppene ble testet i øvelser med frie vekter, og maskin-gruppen tenderte til å øke styrken mer i maskin-øvelser enn fri-vekt gruppen. Dette følger prinsippet om spesifisitet¹⁴. En mulig forklaring på hvorfor de spesifikke styrkeanalysene bare viste en statistisk signifikant forskjell når begge gruppene testet styrken med frivekter, kan være kompleksiteten av øvelsene. Frivekter involverer flere frihetsgrader sammenlignet med maskiner¹⁵, derfor kan overføringen fra frivekter til maskin klassifiseres som en overgang fra den mest komplekse oppgaven til den minst komplekse oppgaven, noe som potensielt kan være en enklere overføring sammenlignet med den motsatte veien. Imidlertid viste sensitivitetsanalysen at fjerning av en studie¹⁶ resulterte i en fordel for maskinbasert styrketrening i sammenligning av direkte effektstørrelse. Dette kan antyde at færre grader av frihet kan gi de bedre resultater, men en studie av Rutherford & Jones¹⁷ fant den største relative økningen i leg-extension for gruppen som hadde flest frihetsgrader. En mulig forklaring på dette kan være læringseffekten, derfor kan studier med lengre varighet eller tilvenning gi en bedre forklaring. Spesifisiteten til styrkeendringene antyder at «vanlige folk» som bare ønsker å bli sterkere, kan basere valget sitt på personlige preferanser, da frivekter og maskiner resulterte i samme relative økning i styrke. Imidlertid bør idrettsutøvere i idretter som styrkeløft, vektløfting og andre idretter med spesifikke krav til øvelser prioritere disse øvelsene i treningen sin. Vi observerte ingen forskjeller i endringer i maksimal styrke mellom frivekter og maskinbasert styrketrening når det ble vurdert med øvelser som tilsvarer de respektive treningene. Men sensitivitetsanalyse viste at fjerning av Augustsson et al¹⁶ justerte resultatene til fordel for maskinbasert styrketrening. Maskingruppen i den studien opplevde en liten fremgang (2,2%) sammenlignet med både frivekt (30,8%) og også sammenlignet med maskingruppen i andre studier (15,8–42,2%). De små endringene i styrke etter maskinbasert trening i Augustsson et al¹⁶ kan muligens forklares av utstyret som ble brukt. De trente med isoinertielle øvelser, men var den eneste studien som målte styrke i en isokinetisk kneekstensormaskin og brukte enkeltleddbevegelse i maskingruppen. Den isokinetiske kneekstensoren skiller seg fra en normal kneekstensor og normale maskiner på grunn av en bevegelse med konstant hastighet og fjerning av strekk-kortnings-syklusen. Overføringen fra isoinertisk maskinbasert trening til målinger av maksimal styrke i isokinetisk testing¹⁶, og den relative korte varigheten av intervensjonen (6 uker)¹⁶, kunne ha begrenset effektstørrelsen på maskinbaserte styrkeendringer i Augustsson et al¹⁶. På den annen side kan forskjellene mellom modaliteter også skyldes ulike krav til stabilitet. I tråd med økte krav til stabilitet, begynner hjernen å fokusere mer på stabilitet på bekostning av kraftproduksjon^18,19. Direkte styrkeanalysene viste en forskjell mellom frivekter og maskinbasert styrketrening for overkroppen til fordel for maskiner, mens det ikke ble påvist noen forskjell for underkroppen. En mulig forklaring på mangelen på forskjell i underkroppen kan være overføringen fra dagliglivet til knebøyøvelsen. Knebøy er ganske lik mange av våre daglige aktiviteter som å reise seg opp og sitte ned. Dette gjenspeiler Woodworth & Thorndike²⁰ sin teori om identiske elementer som bygger på likhet i prosessering og utførelse. Vi utførte en subanalyse for treningsstatus med direkte styrkedata. Det var en jevn fordeling mellom trente og utrente utøvere. Vi fant ingen forskjell mellom modaliteter for trente eller utrente. 

Videre fant vi ingen forskjell i hypertrofi mellom frievekter og maskiner. Begge treningsgruppene fikk lignende muskelvekst under studieperiodene som varte i gjennomsnitt ni uker. De inkluderte studiene brukte varierende metoder for måling av muskelmasse (muskeltykkelse med ultrasonografi, omkrets av lemmer og bryst, hudfold og bod pod-målinger for estimering av kroppssammensetning og fettfri masse, bod pod og ultrasonografi i kombinasjon med bod pod). Disse metodene varierer betydelig i evnen til å oppdage endringer over tid, og usikkerheten rundt omkrets og hudfold for estimering av muskelmasse fremhever behovet for flere studier med direkte måling av hypertrofi. På grunn av mangfoldet i målinger av muskelmasse og det begrensede antallet inkluderte studier, bør man være forsiktig med tolkningen av resultatene.

Basert på studier som viser mer myoelektrisk aktivitet i synergistmuskler med frie vektøvelser enn maskinbasert styrketrening, kan man spekulere i om frie vekter kunne føre til mer total muskelvekst på grunn av økt aktivering av synergistene. Denne metaanalysen kunne imidlertid ikke bekrefte disse spekulasjonene, med like gevinster i fettfrimasse i de fem studiene som inkluderte målinger av kroppssammensetning. I motsetning til spekulasjonene om gevinster i total muskelmasse, kan graden av svikt i de viktigste muskelgruppene med frivektøvelser være begrenset av svikt i mindre synergistmuskler og manglende evne til å utføre øvelsene med riktig teknikk. Derfor kan det spekuleres i om maskiner kan trene de viktigste muskelgruppene nærmere svikt og dermed gi noe mer gevinst i hovedmusklene i øvelsen. Veksten av muskler synes imidlertid å være lik selv med store variasjoner i belastning (> 30% av 1RM) hvis den utføres nær utmattelse²¹. For eksempel fant Mitchell og kolleger²² at 30% og 80% av en-repetisjons maksimum (1 RM) knebøy gir lik muskelvekst. Å trene nær nok til svikt i utførelsen av øvelsen er mulig med begge modalitetene, men maskinbasert styrketrening kan potensielt isolere bestemte muskelgrupper lettere enn frivekt trening. For eksempel kan muskulaturen lang ryggsøylen potensielt begrense ytelsen i en frontknebøy og en stående stangskulderpress. Dette kan føre til at andre muskler enn målmusklene (dvs. quadriceps, gluteus og fremre deltoid) blir begrensningsfaktoren.

En maskins evne til å isolere en bestemt muskel- eller muskelgruppe kan være ønskelig for kroppsbyggere eller idrettsutøvere som har som mål å øke muskelstørrelse og styrke i spesifikke muskelgrupper, eller spesifikk ledd- eller muskelrehabilitering etter skade. Våre resultater samsvarer med den tidligere metaanalysen utført av Heidel²³. Den nevnte metaanalysen inkluderte tre studier mens vi inkluderte to flere studier. Ingen av disse studiene endret den nåværende oppfatningen av frievekter versus maskinbasert styrketrening når det gjelder utvikling av muskelhypertrofi.

Oppsummert kan total muskelvekst være lik, men forskjellig i omfang av regional muskelvekst med frie vekter og maskinbaserte øvelser. Et eksempel på slike respons er studien fra Costa²⁴, som fant samme total muskelvekst mellom en gruppe som utførte de samme øvelsene i hver treningsøkt og en gruppe som varierte øvelsene. Men den regionale veksten var annerledes. Gruppen som varierte øvelsene opplevde en betydelig økning på alle steder, dvs. proximale, midtre og distale deler av muskelen. Gruppen som ikke varierte øvelsene opplevde en betydelig økning på de fleste, men ikke alle deler av muskelen. Dette kan indikere at forskjellige deler av musklene responderer på forskjellige øvelser. I tillegg er det observert forskjellig regional hypertrofi med frivekter vs. maskinbasert styrketrening^25,28. Forskjellige typer knebøy har vist forskjellig type muskelvekst i quadriceps. For eksempel ser det ikke ut til at stangknebøy induserer hypertrofi av rectus femoris-muskelen^25-27. En sannsynlig forklaring er at rectus femoris krysser både kne- og hofteleddet, og bidrar derfor ikke mye under samtidig kne- og hoftekstensjon. Dessuten blir den ikke strukket under spenning, noe som anses som en viktig stimulus for muskelvekst^29,30. I motsetning ser det ut til at leg extension for beina induserer robust hypertrofi i rectus femoris^26,31. Sannsynligvis fordi muskelens lengde ikke endres over hoften. En studie av Zabaleta-Korta et al³¹ fant gunstig muskelvekst i alle tre deler av rectus femoris for benkpressgruppen. På den annen side fant Earp²⁶ ingen betydelig økning i noen del av rectus femoris når deltakerne trente med stangknebøy. Dessuten så Earp²⁶ en betydelig økning i alle deler av vastus lateralis-muskelen, mens Zabaleta-Korta³¹ ikke nådde en betydelig økning i vastus lateralis for benkpressgruppen. Basert på disse studiene kan en forskjell i lokal hypertrofi oppstå mellom frie vekter og maskiner, både på grunn av graden av stabilitet i øvelsesmodaliteten, men også en rekke faktorer som påvirker muskelvekststimuli i øvelsesvalg, som den spesifikke biomekanikken til øvelsen, tilgjengelig ROM og motstandskurve. Likevel bør en direkte sammenligning av regional muskelvekst utføres for å undersøke potensielle avvik i frie vekter og maskinbasert trening per se. Basert på den nåværende kunnskapsbasen, kan man spekulere i om kombinasjonen av frie vekter og maskiner ville være det optimale valget for å maksimere total muskelvekst.

Konklusjon

Valget mellom frivekter og maskiner er i hovedsak opp til individet. Generelt vil mest sannsynlig en kombinasjon av begge være det beste både for resultater og motivasjon.

Referanseliste

 

1. Haugen ME, Vårvik FT, Larsen S, Haugen AS, van den Tillaar R, Bjørnsen T. Effect of free-weight vs. machine-based strength training on maximal strength, hypertrophy and jump performance – a systematic review and meta-analysis. BMC Sports Sci Med Rehabil. 2023;15(1):103. doi:10.1186/s13102-023-00713-4

2. McCall GE, Byrnes WC, Fleck SJ, Dickinson A, Kraemer WJ. Acute and chronic hormonal responses to resistance training designed to promote muscle hypertrophy. Can J Appl Physiol. 1999;24(1):96-107. doi:10.1139/h99-009

3. Kraemer WJ, Marchitelli L, Gordon SE, et al. Hormonal and growth factor responses to heavy resistance exercise protocols. J Appl Physiol. 1990;69(4):1442-1450. doi:10.1152/jappl.1990.69.4.1442

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. doi:10.1519/JSC.0b013e3181b1b181

5. van den Tillaar R, Andersen V, Saeterbakken AH. Comparison of muscle activation and kinematics during free-weight back squats with different loads. PLoS One. 2019;14(5):1-13. doi:10.1371/journal.pone.0217044

6. Vigotsky AD, Halperin I, Trajano GS, Vieira TM. Longing for a Longitudinal Proxy_ Acutely Measured Surface EMG Amplitude is not a Validated Predictor of Muscle Hypertrophy. Sport Med. 2022;52(2):193-199. doi:10.1007/s40279-021-01619-2

7. Vigotsky AD, Halperin I, Lehman GJ, Trajano GS, Vieira TM. Interpreting signal amplitudes in surface electromyography studies in sport and rehabilitation sciences. Front Physiol. 2018;8(JAN). doi:10.3389/fphys.2017.00985

8. Cotterman ML, Darby LA, Skelly WA. Comparison of muscle force production using the Smith machine and free weights for bench press and squat exercises. J Strength Cond Res. 2005;19(1):169-176. doi:10.1519/14433.1

9. Anderson K, Behm DG. Trunk muscle activity increases with unstable squat movements. Can J Appl Physiol. 2005;30(1):33-45. doi:10.1139/h05-103

10. Behm D, Colado JC. The effectiveness of resistance training using unstable surfaces and devices for rehabilitation. Int J Sports Phys Ther. 2012;7(2):226-241. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22530196%0Ahttp://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=PMC3325639

11. Grgic J, Schoenfeld BJ, Orazem J, Sabol F. Effects of resistance training performed to repetition failure or non-failure on muscular strength and hypertrophy: A systematic review and meta-analysis. J Sport Heal Sci. 2022;11(2):202-211. doi:10.1016/j.jshs.2021.01.007

12. Schoenfeld BJ, Grgic J, Van Every DW, Plotkin DL. Loading Recommendations for Muscle Strength, Hypertrophy, and Local Endurance: A Re-Examination of the Repetition Continuum. Sports. 2021;9(2). doi:10.3390/sports9020032

13. Grgic J, Grgic I, Pickering C, Schoenfeld BJ, Bishop DJ, Pedisic Z. Wake up and smell the coffee: caffeine supplementation and exercise performance-an umbrella review of 21 published meta-analyses. Br J Sport Med. 2020;54:681-688. doi:10.1136/bjsports-2018-100278

14. Mattocks KT, Buckner SL, Jessee MB, Dankel SJ, Mouser JG, Loenneke JP. Practicing the Test Produces Strength Equivalent to Higher Volume Training. Vol 49.; 2017. doi:10.1249/MSS.0000000000001300

15. Bernstein N. The Co-Ordination and Regulation of Movements. Pergamong Press Ltd.; 1967.

16. Augustsson J, Esko A, Thomeé R, Svantesson U. Weight training of the thigh muscles using closed vs. Open kinetic chain exercises: A comparison of performance enhancement. J Orthop Sports Phys Ther. 1998;27(1):3-8. doi:10.2519/jospt.1998.27.1.3

17. Rutherford OM, Jones DA. The role of learning and coordination in strength training. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 1986;55(1):100-105. doi:10.1007/BF00422902

18. Anderson K, Behm DG. The impact of instability resistance training on balance and stability. Sport Med. 2005;35(1):43-53. doi:10.2165/00007256-200535010-00004

19. Behm DG, Anderson KG. The role of instability with resistance training. J Strength Cond Res. 2006;20(3):716-722. doi:10.1519/R-18475.1

20. Woodworth RS, Thorndike EL. The influence of improvement in one mental function upon the efficiency of other functions. In: Psychological Issues: Selected Papers of Robert S. Woodworth, Professor of Psychology, Columbia University. Columbia University Press; 2011:335-369. doi:10.1037/13498-022

21. Morton RW, Oikawa SY, Wavell CG, et al. Neither load nor systemic hormones determine resistance training-mediated hypertrophy or strength gains in resistance-trained young men. J Appl Physiol. 2016;121(1):129-138. doi:10.1152/japplphysiol.00154.2016

22. Mitchell CJ, Churchward-Venne TA, West DWD, et al. Resistance exercise load does not determine training-mediated hypertrophic gains in young men. J Appl Physiol. 2012;113(1):71-77. doi:10.1152/japplphysiol.00307.2012

23. Heidel KA, Novak ZJ, Dankel SJ. Machines and free weight exercises: a systematic review and meta-analysis comparing changes in muscle size, strength, and power. J Sports Med Phys Fitness. Published online October 2021. doi:10.23736/S0022-4707.21.12929-9

24. Costa BD de V, Kassiano W, Nunes JP, et al. Does Performing Different Resistance Exercises for the Same Muscle Group Induce Non-homogeneous Hypertrophy? Int J Sports Med. 2021;42(09):803-811. doi:10.1055/a-1308-3674

25. Kubo K, Ikebukuro T, Yata H. Effects of squat training with different depths on lower limb muscle volumes. Eur J Appl Physiol. 2019;119(9):1933-1942. doi:10.1007/s00421-019-04181-y

26. Earp JE, Newton RU, Cormie P, Blazevich AJ. Inhomogeneous quadriceps femoris hypertrophy in response to strength and power training. Med Sci Sports Exerc. 2015;47(11):2389-2397. doi:10.1249/MSS.0000000000000669

27. Fonseca RM, Roschel H, Tricoli V, et al. Changes in Exercises Are More Effective Than in Loading Schemes to Improve Muscle Strength. J Strength Cond Res. 2014;28(11):3085-3092. doi:10.1519/JSC.0000000000000539

28. Ema R, Wakahara T, Miyamoto N, Kanehisa H, Kawakami Y. Inhomogeneous architectural changes of the quadriceps femoris induced by resistance training. Eur J Appl Physiol. 2013;113(11):2691-2703. doi:10.1007/s00421-013-2700-1

29. Oranchuk DJ, Storey AG, Nelson AR, Cronin JB. Isometric training and long-term adaptations: Effects of muscle length, intensity, and intent: A systematic review. Scand J Med Sci Sport. 2019;29(4):484-503. doi:10.1111/sms.13375

30. Pallarés JG, Hernández-Belmonte A, Martínez-Cava A, Vetrovsky T, Steffl M, Courel-Ibáñez J. Effects of range of motion on resistance training adaptations: A systematic review and meta-analysis. Scand J Med Sci Sport. 2021;31(10):1866-1881. doi:10.1111/sms.14006

31. Zabaleta-Korta A, Fernández-Peña E, Santos-Concejero J. Regional Hypertrophy, the Inhomogeneous Muscle Growth: A Systematic Review. Strength Cond J. 2020;42(5):94-101. doi:10.1519/ssc.0000000000000574