Effekten av forskjellige teknikker på ledd- og muskelkrefter i knebøy

The back squat is a widely used exercise for strengthening the lower extremities, yet certain biomechanical aspects remain underexplored. A key challenge in the squat is the "sticking region," where lifters often struggle to complete the movement, though the reasons behind this are not fully understood. Additionally, how barbell load interacts with the sticking region lacks detailed biomechanical analysis. Also, variations in squat technique, such as barbell placement and stance width, are known to influence movement kinematics and kinetics, but their impact on muscle forces and moments is insufficiently studied. Therefore, this PhD aimed to investigate biomechanical limiting factors during the back squat and explore how technical variations affect lower body mechanics. To study this, 23 recreationally trained men performed squats under different conditions, such as variations in both barbell load, stance width, and barbell placement. Both kinematic and kinetic data were collected using markers, force plates, and a three-dimensional motion capture system, while muscle forces and net joint moments, and muscle-specificmoments were estimated using inverse dynamics and static optimization. The results showed a reduced force output during the sticking region. Increasing the barbell load to maximal effort exclusively increased hip extensor forces, particularly the gluteus maximus, whereas vastii forces peaked at submaximal loads (~75% of 1RM). Additionally, a narrow stance squat resulted in deeper knee flexion, greater knee net joint moments, and increased vastii and soleus muscle forces, while barbell placement had minimal impact on lower body mechanics beyond slight differences in hip angle. In conclusion, the sticking region in squats appears to be influenced by a combination of biomechanical factors, including suboptimal internal muscle moment arms and large external net joint moments. Maximal loads may benefit hip extensor development, while submaximal loads with a narrow stance may increase loading demands for the vastii. Finally, barbell placement should be based on individual preference and comfort, as it does not significantly alter lower body kinematics or kinetics.

Virkningene og effektene av biomekaniske faktorer og tekniske variasjoner i knebøy påvirker både kraftutvikling og belastningsfordeling i underekstremitetens muskler. Sticking region, som er den delen i den konsentriske fasen i løftet hvor mange opplever størst utfordring, ser ut til å skyldes en kombinasjon av flere biomekaniske begrensninger. Mer spesifikt påvirkes det av de eksterne momentarmene for hofte- og kneledd, som igjen påvirker nettoleddmomenter for kne og hoften som er på sitt høyeste i sticking regionen samtidig som kraftutviklingen er redusert. Kraftreduksjonen kan trolig til dels tilskrives suboptimale interne momentarmer for den store setemuskelen og de monoartikulære knestrekkerne. I tillegg til en reduksjon av den muskulære potenseringen som oppstår i starten av den konsentriske fasen. Videre indikerer resultatene i doktorgraden at en belastning på vektstangen, opp til 100 % av 1RM, ser ut til å primært øke belastningen på hofteekstensorene, og da spesifikt den store setemuskelen. Derimot ser det ut til at muskelkreftene i kneekstensorene når sitt maksimale ved moderate belastninger, og mer spesifikt rundt 75 % av 1RM. Videre indikerer resultatene i doktorgraden at tekniske endringer i knebøy, som stang- og benplassering kan påvirke både kinematikken og kinetikken noe. Hvor en smale benstilling bidrar til et større kneleddsutslag, høyere nettoleddmomenter i kneleddet, og økt belastning på kneekstensorene og plantarfleksorene. Samtidig indikerer resultatene fra doktorgraden at lav og høy stangplassering gir sammenlignbare biomekaniske effekter når belastningen er lik, med unntak av noe større hoftevinkler ved lav stangplassering i den nedre delen av den konsentriske fasen. Resultatene fra prosjektet antyder at ulike tekniske justeringer kan benyttes målrettet for å optimalisere belastningen på spesifikke muskelgrupper. Maksimale belastninger er fordelaktige for å øke kraftutviklingen i hofteekstensorene, mens submaksimale belastninger kombinert med smal en benstilling ser ut til å øke belastningen på kneekstensorene. Til slutt indikerer resultatene fra doktorgraden at valg av stangplassering bør styres av individets egne preferanser og komfort, da dette ikke ser ut til å ha en betydelig innvirkning på hverken kinematikken eller kinetikken i underekstremitetens ledd eller muskler.

Flere studier viser ulik bruk av muskelaktivering, leddvinkler, og leddmomenter når knebøy utføres med ulik belastning og teknikk. Likevel har de fleste studier kalkulert leddmomentene ved bruk av inverse dynamics, som er en måte som tar bevegelsen for å kalkulere det minimale leddmomentet som trengs for å strekke ut leddene. Denne metoden neglisjerer muskelmomentene og dermed hvordan krefter fra muskel bidrar til å strekke ut leddene. I knebøy vil hamstringen prøve å bøye kneet samtidig som den retter ut hofta, dette kalles for en kokontraksjon av muskelen. Dette vil trolig gjøre knemomentet større enn en inverse dynamics analyse klarer å avdekke, noe som gjør at knestrekkerne må jobbe hardere. En annen metode som kan benyttes for å kalkulere de indre muskelmomentene og avdekke eventuelle kokontraksjoner som oppstår er forward dynamics. Denne metoden innehar beregninger av hva som skjer på innsiden av musklene som jobber over leddet. Derfor vil hensikten med prosjektet være å samle data ved å utføre tredimensjonelle analyser av folk som utfører knebøy. Disse datene vil benyttes til å utføre muskelmodelleringer for å se hvordan ulik vektbelastning, fotplassering, stangplassering og dybde kan påvirke muskelmomentene. Prosjektet har i hovedsak tre sentrale FoU-utfordringer: 1. Utføre reliable og valide beregniner av muskelmomentene. Derfor vil prosjektet bruke et analysesystem som kalles for Anybody. Dette systemet har i flere studier vist seg å ta hensyn til kokontraksjoner over hofte- og kneleddet. 2. Datainnsamlinger vil i hovedsak bli gjennomført i Levanger på en kohort bestående av mosjonister som trener på treningssenter. Derfor vil ikke generaliserbarheten nødvendigvis gjelde andre kohorter som styrkeløftere, eldre, o.l. 3. Siden prosjektet benytter komplekse analyseprogrammer, vil prosjektet være nøye med standardiserte utførelse av knebøy-teknikk. Derfor vil prosjektet ha som målsetning å ha høy indre validitet for å kontrollere konfunderende variabler.