Hvordan påvirker ulike hoftedominante styrketreningsøvelser muskelkrefter i gluteus maximus?

Nøkkelpunkter

• 14 styrketrente kvinnelige fotballspillere utførte 12-RM splittbøy, ett-bens- rumenske markløft, knebøy og hip trust. EMG-baserte muskelmodelleringer ble utført av den store setemuskelen (gluteus maximus) for å se 1) hvilke øvelser som belastet gluteus maximus mest, og 2) hvor i løftet maksimal muskelkraft ble produsert.
• Splittbøy førte til størst muskelkraft i gluteus maximus etterfulgt av ett-bens rumensk, ett-bens hip-thrust, og ett-bens knebøy. Ett-bens hip thrust førte til størst muskelkraft i gluteus maximus ved nær full hofteekstensjon, mens de andre øvelsene førte til størst muskelkraft ved full hoftefleksjon.
• Siden hip thrust oppnår størst muskelkraft i gluteus maximus ved en ekstenderte hofte ser det ut til majoriteten av sarkomerene i gluteus maximus ikke jobber på den stigende delen av lengdekraftkurven/lengdespenningsforholdet og derfor trolig ikke oppnår aktiv insuffisiens (redusert kraftproduksjon). Dermed er det rimelig å anta at hip thrust oppnår minst like stort mekanisk drag selv om øvelsen har en annen belastningsprofil.
• Siden belastningsprofilene er ulike, men det mekaniske draget er relativt likt vil det å variere mellom en øvelse som oppnår maksimal muskelkraft i forlenget posisjon. Eksempelvis splittbøy, rumensk markløft, eller knebøy sammen med en hip thrust-variant trolig være gunstig om målet er maksimal muskelvekst av gluteus maximus.

Introduksjon

Setemusklene er blant de største og sterkeste musklene som krysser hofteleddet. Setemusklene består av gluteus maximus, gluteus medius, og gluteus minimus. Hovedfunksjonen til gluteus maximus er hofteekstensjon, mens gluteus medius og minimus i hovedsak skaper hofteabduksjon og intern/ekstern rotasjon avhengig av hoftefleksjonsvinkel ². Dermed er setemusklene viktige for å opprettholde normal bevegelighet og kroppslig funksjon i hverdagslige og idrettslige gjøremål. 

Gluteus maximus som er den største av setemusklene deles ofte opp i en øvre og nedre del, hvor den øvre delen ser ut til å bestå av mer type 1-muskelfibre, mens den nedre delen ser ut til å bestå av mer type 2-muskelfibre ³. Mer type 1-fibre i øvre del skyldes trolig funksjonen øvre del har ved å motvirke hofteaddukjson i det daglige sammen med gluteus medius ³. Videre ser gluteus maximus ut til å ha største indre momentarm nær full hofteekstensjon ². Basert på prinsippet om nevromuskulær matching, som hevder at muskler som har en stor indre momentarm vil bli aktivert i større grad fordi de er i en gunstig posisjon til å skape dreiemoment i den aktuelle leddvinkelen ⁴, gir det da mening å utføre øvelser som har stor belastning nær full hofteekstensjon (i.e. hip thrust). På den andre siden har en rekke studier vist at å trene muskulaturen i forlenget posisjon kan være gunstig når målet er muskelvekst ⁵. For trening av gluteus maximus betyr det øvelser som knebøy, rumenske markløft, step-ups, osv. 

Per dags dato finnes det ingen fagfellevurderte studier som sammenligner det å trene eksempelvis hip thrust mot knebøy på muskelvekst i gluteus maximus, med unntak av en studie ⁶, som senere ble nærmest bevist å ha manipulert dataene ⁷. Begrenset med langtidsstudier på muskelvekst i setemuskulaturen skyldes trolig vanskeligheten med å få pålitelige målinger i setemusklene, siden det er en stor muskel som ofte har en del fett rundt seg, noe som gjør det metodisk vanskelig å måle muskelvekst ⁸. I tillegg, når vi ser bort fra EMG-studier  - er det lite mekanistiske studier som direkte sammenligner ulike øvelser sin belastning på setemuskulaturen.

Nylig kom det ut en studie som sammenlignet og rangerte muskelkrefter i gluteus maximus fra høy til lav i ett-bens-knebøy, splittbøy, ett-bens rumenske markløft, og ett-bens hip thrust ved 12-RM hos 14 rekreasjonelt styrketrente kvinnelige fotballspillere ¹. Derfor vil denne artikkelen bli gjennomgått i månedens utgave av AFPT+. 

Hovedfunn

Splittbøy etterfulgt av ett-bens rumenske markløft, ett-bens hip thrust, og ett-bens knebøy førte til størst muskelkraft i gluteus maximus (Tabell 1).

Tabell 1. Viser øvelser og % av maksimal muskelkraft oppnådd i gluteus maximus for ulike hoftedominante øvelser.
 

1. Splittbøy, ett-bens rumenske markløft, ett-bens knebøy nådde maksimal muskelkraft ved maksimal hoftefleksjon. Mens hip thrust nådde maksimal muskelkraft nært full hofteekstensjon. 

Diskusjon

Hovedfunnene i studien var at split-bøy førte til størst muskelkraft i gluteus maximus etterfulgt av ett-bens rumenske markløft, ett-bens hip-thrust og ett-bens knebøy. Alle øvelser utenom hip thrust oppnådde maksimal muskelkraft i gluteus maximus ved maksimal hoftefleksjon. Det vil si der muskelen var i en forlenget posisjon. 

Interessant nok var toppene i muskelkraft for de tre øvelsene som belastet muskelen i forlenget posisjon innenfor 3 % av hverandre, som betyr at øvelsene hadde tilnærmet lik belastningsprofil på gluteus maximus. Selv om øvelsene ble utført på ett ben tror jeg ikke det har så mye å si for belastningsprofilen og jeg tror vi kan forvente lignende resultater om øvelsene utføres med to ben. Dette fordi det har blitt observert at den ytre belastningen på hoften er størst i nederste delen av løftet på øvelser som knebøy ⁹. Dermed er det nærliggende å tro gluteus maximus må skape like store (om ikke større) muskelkrefter ved dypere hoftefleksjonsvinkler for å motvirke den ytre belastingen. 

Selv om det kan virke logisk at øvelsene fører til ulike belastningsprofiler på hvor setemuskulaturen skaper størst muskelkraft er dette til min kjennskap den første studien som rapporterer dette i de respektive øvelsene. Hvor mye en muskel bidrar til å rette ut et ledd kan påvirkes av mange faktorer. Vi har i hovedsak 3 hofteekstensorer. 1) Gluteus maximus, 2) hamstring, og 3) adduktor magnus. Det er blant mange fagpersoner (meg selv inkludert) vært en nesten sannhet de siste 1-2 årene at setemuskulaturen skaper lite kraft i dype hoftefleksjonsvinkler. Dette mye grunnet en ikke-fagfellevurert muskelmodellering som ble utført av Vigotsky & Bryanton ¹⁰ i 2017, som viste at adduktor magnus var den viktigste hofteekstensoren i øvelsen knebøy. Dette mye grunnet adduktor magnus sin enorme hoftemomentarm ved dype hoftefleksjoner ¹¹. I tillegg er det rapportert at gluteus maximus har en liten indre momentarm ved dyp hoftefleksjon. Dermed basert på prinsippet om nevromuskulær matching, som hevder at de musklene med størst indre momentarm er de som blir aktivert mest ⁴ har det i fagmiljøet vært antatt at gluteus maximus i liten grad skaper muskelkraft i dype hoftefleksjonsvinkler ⁹. 

Derfor sår studien tvil om at prinsippet for nevromuskulær matching gjelder gluteus maximus, ved at den viser at setemuskulaturen tross liten indre momentarm, skaper maksimal kraft ved full hoftefleksjon for 3 av 4 øvelser analysert.
 

Sarkomerer som er den minste funksjonelle enheten av muskelcelle. Proteintrådene aktin og myosin ligger inne i sarkomerene, noe som fører til kryssbrosyklus og sammentrekning av muskelen. Dette igjen fører til at muskelen kontraherer og drar i senen, som fører til fleksjon eller ekstensjon av ledd. Når det trenes styrke er flere av mekanosensorene som oppdager det mekaniske draget, og igjen aktiverer signalveier som fører til muskelvekst lokalisert i sarkomeren ¹². Det mekaniske draget kan du se på som kraften sarkomerene opplever. Sarkomerene kan oppleve en aktiv eller passiv kraft, som du ser på figur 1. Det passive kraften kan du tenke på som strekk-kraften, mens det aktive kraften i lengdekraftkurven er når muskelen skaper aktiv kraft via kryssbrosyklusen av proteinfilamentene aktin og myosin (Figur 1). For at en muskel skal kunne oppnå strekk-mediert muskelvekst ser det ut til at sarkomerlengden må bli så strukket at den jobber på den synkende delen av lengdekraftkurven (Figur 1). Motsatt for at en muskel skal oppnå aktiv insuffisiens og få redusert kraftproduksjon ser det ut til at sarkomerene må jobbe på den stigende av lengdekraftforholdet. 

Figur 1. Viser kraftlengde i en sarkomer innad i en muskelcelle. Passiv kraft kommer fra viskoelastiske komponenter som titin. På den stigende delen er aktin og myosin overlappet (Det vil si at sarkomerlengden er mindre enn 1,7 μm). Platå regionen er der man er sterkest fordi aktin og myosin har optimal overlapp (2-2,2 μm). I den synkende reduseres overlappet av aktin og myosin. Når den når 3,6 μm er det ingen overlapp og all kraft kommer fra passive komponenter. Figur hentet og oversatt fra Brughelli & Cronin ¹³.

Dermed siden hip thrust førte til maksimal muskelkraft ved maksimal hofteekstensjon tyder funnene fra studien at gluteus maximus ikke jobber på den stigende delen av kraftlengdekurven for majoriteten av sarkomerene, men heller platåregionen. Dermed ser det ut til at motstandsprofilen i en hip thrust (tyngst på toppen) ¹⁴,  ser ut til å være tilpasset styrkeprofilen på gluteus maximus fordi: 1) man oppnår maksimal muskelkraft i gluteus maximus nær full hofteekstensjon i hip thrust, 2) gluteus maximus har størst indre momentarm rundt full hofteekstensjon. Dette betyr sammen at gluteus maximus trolig er den muskelen som er mest aktivert og trolig opplever mest mekanisk drag i en hip thrust. 

En viktig ting å merke seg er at i realiteten kan vi dele opp kraftlengdekurven i kraftlengdekurve for: 1) sarkomer, og 2) muskel (Figur 2) ¹³. Kraftlengdekurven til muskelen (Figur 2b) er ganske lik som sarkomeren (Figur 2), men ofte litt rundere. På kortere muskellengder er alle muskelkreftene skapt av kryssbrosyklusen (sammentrekning av aktin og myosin), mens på lengre lengder er mesteparten av kraften skapt av passive komponenter, som blant annet titin innad i sarkomeren og de viskoelastiske egenskapene til sener. Likevel er kraftlengdekurve på muskelen mer komplekst, fordi hele muskler består av ulike fibertyper (type 1, type 2a, og type 2x), pennasjonsvinkel på muskelfibrene, sarkomerer som når ulike deler av kraftlengdeforholdet ved ulike vinkler. Dette betyr at ulike fibre vil ha ulike optimale lengder for kraftutvikling, som gjør kurven rundere og gjør platåregionen litt større som du kan se på figur 2b. Ved muskelmodelleringer tar man utgangspunkt i kraftlengdeforholdet i en muskel, og ikke sarkomer. Og modelleringer baseres på at sarkomerer og muskler har et lineært forhold mellom kraft og lengde ¹⁵, noe som nødvendigvis ikke trenger å stemme siden det ser ut til å være et variabelt forhold mellom sarkomerantall og fasikkellengde i en muskel ¹⁶. Selv om studien analysert tar utgangspunkt i kraftlengdeforhold til muskel, er det nærliggende å tro at flesteparten av sarkomerene jobber i platå-regionen og den synkende delen i kraftlengdeforholdet. Dette fordi at aktiv muskelkraft skapes ved kryssbrosyklusen, som igjen skjer i sarkomeren.

 

Figur 2. A viser kraftlengdeforholdet innad i en sarkomer. B viser kraftlengdeforholdet i en muskel. Figur hentet og oversatt fra Brughelli & Cronin ¹³.

Konklusjon

Splittbøy, ett-bens rumenske markløft og knebøy oppnår maksimal muskelkraft i gluteus maximus ved full hoftefleksjon. Hip thrust oppnår maksimal muskelkraft i gluteus maximus ved full hofteekstensjon. I tillegg, siden hip thrust oppnår maksimal muskelkraft ved en ekstenderte hofte ser det ut til at majoriteten av sarkomerene i gluteus maximus ikke jobber på den stigende delen av kraftlengdeforholdet, og derfor trolig ikke oppnår aktiv insuffisiens. Dermed er det rimelig å anta at hip thrust oppnår omtrent det samme mekanisk draget, som rumenske markløft, knebøy, o.l., selv om øvelsen har en annen belastningsprofil. 

Praktisk betydning

Siden belastningsprofilene er ulike, men det mekaniske draget/muskelkreftene er relativt likt vil det å variere mellom en øvelse som oppnår maksimal muskelelkraft i forlenget posisjon. Eksempelvis splittbøy, rumensk markløft, eller knebøy sammen med en hip thrust-variant trolig være gunstig om målet er maksimal muskelvekst av gluteus maximus.

Referanseliste

1. Collings TJ, Bourne MN, Barrett RS, et al. Gluteal Muscle Forces during Hip-Focused Injury Prevention and Rehabilitation Exercises. Medicine and Science in Sports and Exercise. 2023;55(4):650-660. 

2. Neumann D. Kinesiology of the hip: a focus on muscular actions. Journal of Orthopaedic Sports Physical Therapy. 2010;40(2):82-94. 

3. McAndrew D, Gorelick M, Brown J. Muscles within muscles: a mechanomyographic analysis of muscle segment contractile properties within human gluteus maximus. Journal of musculoskeletal research. 2006;10(01):23-35. 

4. Hudson AL, Gandevia SC, Butler JE. A principle of neuromechanical matching for motor unit recruitment in human movement. Exercise and Sport Sciences Reviews. 2019;47(3):157-168. 

5. Wolf M, Androulakis-Korakakis P, Fisher J, Schoenfeld B, Steele J. Partial vs full range of motion resistance training: A systematic review and meta-analysis. International Journal of Strength and Conditioning. 2023;3(1)

6. Barbalho M, Coswig V, Souza D, Serrao JC, Campos MH, Gentil P. Back squat vs. hip thrust resistance-training programs in well-trained women. International journal of sports medicine. 2020;41(05):306-310. 

7. Vigotsky A, Nuckols G, Heathers J, Krieger J, Schoenfeld B, Steele J. Improbable data patterns in the work of Barbalho et al. SportRxiv. 2020;

8. Abe T, Loenneke JP, Thiebaud RS. Morphological and functional relationships with ultrasound measured muscle thickness of the lower extremity: a brief review. Ultrasound. 2015;23(3):166-173. 

9. van den Tillaar R, Kristiansen EL, Larsen S. Is the Occurrence of the Sticking Region in Maximum Smith Machine Squats the Result of Diminishing Potentiation and Co-Contraction of the Prime Movers among Recreationally Resistance Trained Males? International Journal of Environmental Research Public Health. 2021;18(3):1366. 

10. Vigotsky A, Bryanton M. Relative muscle contributions to net joint moments in the Barbell back squat. 2016:

11. Németh G, Ohlsén H. In vivo moment arm lengths for hip extensor muscles at different angles of hip flexion. Journal of biomechanics. 1985;18(2):129-140. 

12. Schoenfeld BJ. The mechanisms of muscle hypertrophy and their application to resistance training. The Journal of Strength & Conditioning Research. 2010;24(10):2857-2872. 

13. Brughelli M, Cronin J. Altering the length-tension relationship with eccentric exercise: implications for performance and injury. Sports Medicine. 2007;37:807-826. 

14. Brazil A, Needham L, Palmer JL, Bezodis IN. A comprehensive biomechanical analysis of the barbell hip thrust. Plos one. 2021;16(3):e0249307. 

15. Murray WM, Buchanan TS, Delp SL. The isometric functional capacity of muscles that cross the elbow. Journal of biomechanics. 2000;33(8):943-952. 

16. Lichtwark G, Farris D, Chen X, Hodges P, Sanchez G, Delp S. The variable relationship between sarcomere number and fascicle length when measured in vivo in human lower limb muscle. Journal of Science and Medicine in Sport. 2017;20:56.