KINEETTINEN ANALYYSI RÄJÄHTÄVÄSTÄ PENKKIPUNNERRUKSESTA VETOKUMEILLA SEKÄ ILMAN

KINEETTINEN ANALYYSI RÄJÄHTÄVÄSTÄ PENKKIPUNNERRUKSESTA VETOKUMEILLA SEKÄ ILMAN Juha Hulmi Johdatus omatoimiseen tutkimustyöhön BME.208 Kevät 2003 Liikuntabiologian laitos Jyväskylän yliopisto Työn ohjaaja: Janne Avela

1 TIIVISTELMÄ Juha Hulmi, 2003. Kineettinen analyysi räjähtävästä penkkipunnerruksesta vetokumeilla sekä ilman. Biomekaniikka. Johdatus omatoimiseen tutkimustyöhön. Jyväskylän yliopisto, liikuntabiologian laitos. 56s. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, miten vetokumit vaikuttavat räjähtävän penkkipunnerrussuorituksen voimantuottoon sekä lihasten aktiivisuuksiin ja lisäksi tutkia, millainen on isometrinen voimantuotto ja lihasten aktiivisuus eri nivelkulmilla. Koehenkilöinä tutkimuksessa oli yhdeksän 24,3 ± 1,7 -vuotiasta voimaharjoittelua harrastanutta miestä. Mittaukset alkoivat erillisen harjoituskerran ja lämmittelyjen jälkeen isometrisillä penkkipunnerrusnostoilla eri nivelkulmilla (90, 110, 130 ja 150 ). Näiden jälkeen haettiin yhden toiston maksimi (1RM), jonka perusteella laskettiin kuormat seuraavana suoritettaviin räjähtäviin nostoihin. Räjähtävät nostot suoritettiin ensin tavallisesti ja sitten vetokumeilla. Jokaisella kuormalla (45, 60 ja 75 % 1RM) tehtiin kaksi maksimaalista suoritusta minuutin palautuksella. Kaikki suoritusjärjestykset oli satunnaistettu sekä isometrisissä että dynaamisissa suorituksissa. Pintaelektrodit asetettiin triceps- ja biceps brachiihin sekä pectoralis majoriin. Kyynärniveleen asetettiin elektroninen goniometri. Voimantuottoa arvioitiin penkin alle asetetun voimalevyn avulla. Vetokumit, jotka oli kiinnitetty lattialle, lisäsivät noin 30 kiloa kuormaa rinnalta yläasentoon. Penkkipunnerrussuoritukset tehtiin kaikki smith-laitteessa jalat ilmassa ja 0,5-1 sekunnin pysäytys vaadittiin rinnalla. EMG ja voima analysoitiin kaikille koehenkilöille neljällä eri kulma-alueella: 90-100, 110-120, 130-140 ja 150-160. Lisäksi yhden edustavan koehenkilön nostoista tehtiin tarkempi kuvaileva analyysi, joka sisälsi voiman ja EMG:n lisäksi kulmanopeuden. Isometrinen voimantuotto lisääntyi nivelkulman suurentuessa kaikilla nivelkulmilla tilastollisesti merkitsevästi. Dynaamisissa räjähtävissä suorituksissa voimantuotto oli 45 ja 60 %:n kuormilla nostoissa vetokumeilla merkitsevästi suurempaa verrattuna nostoihin ilman vetokumeja 110-120, 130-140 ja 150-160 asteen kulma-alueilla (p < 0,001), mutta ei 90-100 asteen kulma-alueella. Sen sijaan 75 %:n kuormalla voimantuotto oli kaikilla kulma-alueilla vetokuminostoissa suurempaa (p < 0,01). Triceps brachiin EMG-aktiivisuus oli kaikilla kuormilla ja kulma-alueilla suurempaa vetokuminostoissa tavallisiin nostoihin verrattuna. 60 ja 75 %:n kuormilla tricepsin aktiivisuus oli merkitsevästi suurempaa vetokuminostoissa tavallisiin nostoihin verrattuna kulma-alueella 110-120 (p < 0,05) ja 75 %:n kuormalla lisäksi kulma-alueella 150-160 (p < 0,01). Pectoralis majorin aktiivisuus oli suurempaa vetokuminostoissa kaikilla kuormilla 130-140 ja 150-160 asteen kulma-alueilla, tilastollisesti merkitsevästi kuitenkin vain 75 %:n kuormalla. EMG-voima -suhteissa ainoa tilastollisesti merkitsevä ero oli triceps brachiilla 75 %:n kuormalla 150-160 asteen kulma-alueella, jossa EMG-voima -suhde oli vetokuminostoissa suurempi (p < 0,05) verrattuna nostoihin ilman vetokumeja. 60 %:n kuormalla vetokuminostossa kulmanopeus saavutti maksiminsa (noin 360 /s ) noin 685 ms (kyynärnivelkulma 170 ) ja tavallisessa nostossa (450 /s) 574 ms (168 ) konsentrisen vaiheen alusta. Isometrisissä suorituksissa voimantuotto suurentui melko lineaarisesti nivelkulman lisääntyessä. Dynaamisissa suorituksissa agonistilihasten tricepsin ja pectoraliksen aktiivisuudet sekä voimantuotto olivat selvästi suurempia suurimmilla nivelkulmilla nostoissa vetokumeilla tavallisiin nostoihin verrattuna. Voimantuottoero kahden nostomuodon välillä suurimmalla nivelkulma-alueella oli suurempaa kuin pelkkä kumien aiheuttama lisävastus ja lisäksi agonistilihasten EMG-voima -suhde oli myös suurimmalla nivelkulma-alueella suurempi vetokuminostoissa tavallisiin nostoihin verrattuna. Tästä syystä erot kahden nostomuodon välillä eivät johtuneet pelkästään vetokuminostojen suuremmasta kuormasta noston lopussa. Biceps brachiin aktiivisuus oli kaikilla kuormilla nostoissa ilman vetokumeja suurinta suurimmalla nivelkulma-alueella. Tällöin biceps oletettavasti toimii antagonistina jarruttamassa liikettä ja suojaa näin kyynärniveltä vaurioilta. Voimantuoton lasku alkoi vetokumeja käytettäessä huomattavasti suuremmalla nivelkulmalla verrattuna tavallisiin nostoihin. Vastaavasti vetokuminostoissa kulmanopeuden lasku siirtyi ajallisesti selvästi myöhäisemmäksi ja maksimikulmanopeus oli selvästi pienempi tavallisiin nostoihin verrattuna. Avainsanat: penkkipunnerrus, vetokumit, EMG, lihasaktiivisuus, voima, nopeusvoima, kulmanopeus, EMG-voima -suhde, muuttuva vastus, antagonistiaktivaatio, kyynärnivelkulma

2 SISÄLTÖ TIIVISTELMÄ 1 JOHDANTO...4 2 LUURANKOLIHAKSEN VOIMANTUOTTOON VAIKUTTAVIA TEKIJÖITÄ5 2.1 Lihaksen voimantuottotavat...5 2.2 Voima-lihaspituus -riippuvuus...5 2.3 Voima-nivelkulma -riippuvuus...7 2.4 Voima-aika -riippuvuus...8 2.5 Voima-nopeus -riippuvuus...9 3 NOPEUSVOIMAHARJOITTELU PENKKIPUNNERRUKSESSA...11 3.1 Nopeusvoimatyyppisessä penkkipunnerruksessa käytettävät kuormat...11 3.2 Hidastumisvaihe lähestyttäessä nivelen ääriasentoa...12 4 PENKKIPUNNERRUKSEN BIOMEKANIIKKA...14 4.1 Penkkipunnerruksessa tärkeimmät käytettävät lihakset eri nostovaiheissa14 4.2 Penkkipunnerruksen kinematiikka...16 4.3 Penkkipunnerruksen kinetiikka...17 5 VOIMA KÄSITTEESTÄ JA MUUTTUVAN VASTUKSEN KÄYTÖSTÄ VOIMAHARJOITTELUSSA...19 5.1 Voima ja liikemäärä...19 5.2 Muuttuvan vastuksen tarpeellisuus ja käyttö voimaharjoittelussa...20 5.3 Elastisten kumien toiminnasta...22 6 TUTKIMUSONGELMAT...23 7 MENETELMÄT...24 7.1 Koehenkilöt...24 7.2 Protokolla...24 7.3 Mittaukset...25 7.4 Analyysit...28 7.4 Tilastolliset analyysit...29

3 8 TULOKSET...30 8.1 Isometriset suoritukset...30 8.2 Räjähtävät suoritukset...31 8.3 Kuvailevat analyysit...35 9 POHDINTA...38 9.1 Isometriset suoritukset...38 9.2 Dynaamiset suoritukset...39 9.3 Mahdolliset virhelähteet...44 9.4 Sovellukset harjoitteluun...45 9.5 Johtopäätökset...46 10 LÄHTEET...47 11 LIITE 1. VETOKUMIN VASTUSTAMA VOIMA...53 LIITE 2. PECTORALIS MAJORIN EMG-VOIMA SUHDE...53 LIITE 3. VOIMA JA KULMANOPEUS...54 LIITE 4. VOIMA VETOKUMEILLA JA ILMAN...54 LIITE 4. LANKKU- JA LATTIAPUNNERRUS...55 LIITE 5. SMITH-LAITE JA VETOKUMIT...55 LIITE 6. ARVIO NETTOVOIMANTUOTOSTA...56

4 1 JOHDANTO Penkkipunnerrus on viime vuosikymmenen aikana kasvattanut suosiotaan rajusti, ja siitä on tullut oma urheilumuotonsa voimanoston rinnalle. Penkkipunnerruksessa maataan penkillä ja otetaan tanko suorille käsille, josta tanko lasketaan rinnalle ja pysäytetään hetkeksi, jonka jälkeen se nostetaan ylös. Muuttuvaa vastusta vetokumien ja ketjujen avulla on käytetty hyväksi viitisen vuotta voimanostajien harjoittelussa erittäin suurella menestyksellä. Vetokumien ja ketjujen avulla kuormaa voidaan lisätä yläasentoon noin 10-100 kg. Ketjuilla on mahdollista kohdistaa lisäkuorma juuri haluttuun kohtaan nostoa. Voidaan arvioida, että noin 75% penkkipunnerruksen nostovaiheesta tapahtuu kyynärnivelen ojentajalihaksilla erityisesti nostettaessa penkkipaidan kanssa. Penkkipunnerruksessa voimaa tuotetaan tangon painoa enemmän noston alussa sekä noston puolivälin jälkeen. (Elliott ym. 1989; Wilson ym. 1989; Lander ym. 1985). Erityisesti kilpailevilla penkkipaitaa käyttävillä nostajilla noston loppuosan voimantuotto on korostunut. Muuttuvan vastuksen käyttäminen harjoittelussa on suositeltavaa, jotta lihasten maksimaalinen aktivaatio koko liikkeen ajan saavutettaisiin (Kauhanen ym. 1989). Ketjujen ja elastisten kumien käyttöä voimaharjoittelussa on tutkittu hyvin vähän ja huonoilla tutkimusasetelmilla (Ebben & Jensen 2002). Erityisesti nopeusvoimaharjoittelussa on suositeltavaa käyttää lisääntynyttä kuormaa suurille nivelkulmille. Tällöin suoritus voi olla maksimaalinen myös lähellä nivelen ääriasentoa toisin kuin perinteisin keinoin, jolloin selvä kiihdytyksen vähentyminen alkaa jo noin puolivälissä konsentrista vaihetta (Elliott ym. 1989). Erityisesti vetokumien ja ketjujen käyttö vaimentamassa konsentrisen vaiheen lopussa on käytännön kokemusten mukaan erityisen tehokasta penkkipunnertajien nopeusvoimaharjoittelussa, jossa kuormat ovat yleensä 50-60 % maksimista. Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää isometrinen voimantuotto ja lihasaktiivisuudet eri nivelkulmilla, sekä kuvailla miten vetokumit vaikuttavat räjähtävän penkkipunnerrussuorituksen kinetiikkaan ja lihasten aktiivisuuksiin.

5 2 LUURANKOLIHAKSEN VOIMANTUOTTOON VAIKUTTAVIA TEKIJÖITÄ 2.1 Lihaksen voimantuottotavat Lihastyötavat voidaan jakaa lihaspituudessa tapahtuvien muutosten ja kohteen liikkumisen tai liikkumattomuuden perusteella staattiseen (isometriseen) ja dynaamiseen (konsentrinen ja eksentrinen) lihastoimintatapaan. Isometrisessa lihastoimintatavassa lihasjännekompleksin ulkoisesti mitattu pituus ei muutu eikä kuorma liiku, mutta lihassyyt supistuvat venyttäessään elastisia osia. Kun lihas-jännekompleksin pituus lyhenee ja aiheuttaa liikettä, on kyseessä konsentrinen lihastoimintatapa. Kun antagonistilihas tai ulkoinen kuorma venyttää aktiivista lihasta, on kyseessä eksentrinen lihastoimintatapa. (Komi 1973, Finni 2001, 18.) Yleensä eksentrisesti toimiessaan lihas tuottaa suuremman maksimivoiman kuin isometrisessä lihastoimintatavassa, jossa tuotettu voima on suurempi kuin konsentrisessa vastaavassa (esim. Singh & Karpovich 1966). Komin ym. (2000) ja Linnamon ym. (2000) tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että maksimaalista eksentristä voimaa on kuitenkin vaikea ylläpitää kauan ja toisaalta sen esiin saaminen on vaikeaa erityisesti kun liike on uusi. Lisäksi isometrinen esiaktiivisuus vaaditaan, jotta eksentrisesti saadaan maksimaalinen voima esiin. Luonnollinen liike sisältää yleensä kaikkien kolmen lihastyötavan kombinaation. Kun eksentristä lihastoimintatapaa seuraa välittömästi konsentrinen vaihe, niin tätä kutsutaan venymis-lyhenemis-sykliksi (SSC eli stretch shortening cycle). Tällöin konsentrisen vaiheen voima voi olla suurempi kuin puhtaasti konsentrisessa suorituksessa, jos lihas on aktiivinen venyessään eksentrisessä vaiheessa. (Komi 1973; Atha 1981, 57; Finni 2001, 18.) 2.2 Voima-lihaspituus -riippuvuus Lihaksen pienimmän supistuvan yksikön eli sarkomeerin tuottama voima on suurimmillaan sarkomeerin keskipituuksilla, jolloin aktiini- ja myosiinifilamenttien välille

6 muodostuneiden poikittaissiltojen lukumäärä on suurin ja pienimmillään silloin kun sarkomeeri on äärimmilleen lyhentynyt tai venynyt (kuva 1a) (Gordon ym. 1966). Lihaksen voima-pituus -vuorovaikutus on lihaksen maksimaalinen ja staattinen ominaisuus eikä se ole samanlainen dynaamisissa ja submaksimaalissa tilanteissa (Rassier ym. 1999). Koko lihas - jännekompleksin tasolla lihas voidaan jakaa supistuvaan ja elastiseen komponenttiin. Kun voima tuotetaan lihasta venyttävää ulkoista voimaa vastaan, vaikuttaa lihaksiston sidekudoksen tuottama voima myös koko lihaksen tuottamaan voimaan. Tällöin saadaan eri lihasten sidekudoksen määristä ja laaduista riippuen erilaiset voimapituus kuvaajat. (Rassier ym. 1999; Kawakami & Lieber 2000.) Jos aktiivisen lihaksen venytystä seuraa heti lihaksen supistuminen, muuttuu tämä elastinen energia liike-energiaksi antaen lisävoimaa suoritukseen (Finni 2001, 18). Inmanin ja Ralstonin (1954) tutkimuksessa Häkkisen (1990, 24) mukaan sidekudoksen tuottama voima ilmenee pääasiassa suurilla lihaspituuksilla (kuva 1b). Muun muassa lihas-jännekompleksin komplianssin lisääntyminen ja eksentrisessä kuormituksessa aiheutettu lihasvaurio siirtävät voima-pituus -riippuvuutta pidemmille lihaksen pituuksille (Kawakami & Lieber 2000; Morgan & Allen 1999). KUVA 1a. Sarkomeerin pituuden ja sen tuottaman voiman välinen riippuvuus (alun perin Gordonin ym. 1966 esittämästä versiosta mukaeltu Rassier ym. 1999). KUVA 1b. Lihaksen pituuden ja lihassyiden aktiivisesti tuottaman voiman välinen riippuvuus (A), lihaksen sidekudoksen ulkoista venytystä vastustava voima (B) sekä aktiivisen lihaksen voima-pituus riippuvuus lihaksen vastustaessa ulkoista venytystä (C). (Innman ja Ralston 1954 Viitasalon 1985, 50 mukaan).

7 2.3 Voima-nivelkulma -riippuvuus Lihaksen kykyyn tuottaa liikettä nivelen alueella pitää koko lihaksen tasolla huomioida kaksi asiaa: lihaksen tuottama voima ja momenttivarren eli vipuvarren pituus kohdenivelessä. Momenttivektori nivelen alueella määritetään: missä on paikkavektori nivelen rotaatiopisteestä johonkin lihaksen voimantuottolinjan pisteeseen (momenttivarren pituus), on lihasvoimavektori ja x vektorin ristitulo (kuva 2a). (Lieber & Fridén 2000; Rassier ym. 1999.) Momenttivarren pituus muuttuu nivelkulman muuttuessa eikä se välttämättä ole suurimmillaan optimaalisella lihaspituudella (Finni 2001, 20). Momenttivarren pituus muuttuu liikkeen aikana johtuen nivelen akselointikohdan ja/tai jänteen kohtisuoran etäisyyden nivelpisteestä muuttumisesta (Viitasalo 1985, 53). Lihaksen voima-pituus ja momentti-nivelkulma vuorovaikutukset eivät kuljekaan yhtenevästi. Esimerkkinä tästä nivelkulma, jossa yksittäinen lihas tuottaa suurimman voimansa, ei välttämättä ole sama nivelkulma, jossa lihaksen momentti on suurin. Koko nivelen tasolla toimii lisäksi suuri joukko lihaksia, joilla on kaikilla omat momenttivarret ja voima-nivelkulma -käyränsä. (Rassier ym. 1999; Gillard ym. 2000.) Dynaamisessa liikkeessä vaikuttaa lisäksi suuresti mm. elastiset kudokset, kehon asento, liikkeen vapausasteiden määrä nivelessä ja muiden nivelsegmenttien ja lihasten saman aikainen toiminta (Kulig ym. 1984). On epäselvää adaptoituuko yksittäisen lihaksen tasolla voima-pituus ominaisuudet esimerkiksi harjoittelun myötä vai onko adaptoituminen lihasten välisen tasapainon muuttumista. Mekanismi edelliselle voisi olla muuttunut peräkkäisten sarkomeerien määrä lihaksessa tai alueellinen hypertrofia. (Gillard ym. 2000; Rassier ym. 1999; Antonio 2000.) Kawakamin ym. (2002) mukaan nivelen momentti-nivelkulma -riippuvuus siirtyy polvinivelen ojennuksessa suuremmille nivelkulmille kulmanopeuden lisääntyessä. Oletetaan, että on kaksi lihasta A ja B, joilla on identtiset voima-pituus ominaisuudet ja jotka ylittävät saman nivelen, mutta lihaksessa B momenttivarren pituus on kaksi kertaa pidempi kuin A:ssa. Tällöin A:n tuottama huippumomentti on kaksinkertainen B:hen nähden. Lihaksella B on kuitenkin kyky tuottaa vain puolet siitä kulmamuutoksesta kuin lihaksella A (kuva 2b). Nivelen monipuolisen toiminnan kannalta on hyvä, että on

8 monta synergistilihasta, joiden rakenteelliset ominaisuudet ovat erilaiset. (Rassier ym. 1999; Lieber & Fridén 2000.) KUVA 2a. Luonnos lihaksesta ja sen momenttivarresta yhden nivelen alueella, jossa näkyy voimavektori ( ) ja sen voimantuottolinja. KUVA 2b. Kahden kuvitellun identtisen voima-pituus ominaisuuden, mutta eri pituiset momenttivarret omaavan lihaksen momentti-nivelkulma -käyrät. (Rassier ym. 1999.) 2.4 Voima-aika -riippuvuus Isometrisessä lihastoiminnassa on jokaiselle lihakselle mitattavissa voima-aika -käyrä, joka kertoo lihaksen maksimivoiman ja voimantuottonopeuden sekä mahdollisesti väsymisen. Voima-aika -käyrä mittauksissa voimaa on tarkoitus tuottaa mahdollisimman paljon mahdollisimman lyhyessä ajassa. Maksimivoimaan vaikuttaa lähinnä motoristen yksiköiden aktivointi ja lihaksen poikittaispinta-ala. Voimantuottonopeus on riippuvainen erityisesti motoristen yksiköiden rekrytointinopeudesta ja lihassolusuhteesta. Yleensä maksimaalinen voimantuotto saavutetaan 600-1000 millisekunnissa. Henkilöt, joilla on nopeampi lihassolusuhde, saavuttavat maksimivoiman lyhyemmässä ajassa. Monissa käytännön tilanteissa lihassupistuksen kesto on lyhyt (0,05-0,5 s), jolloin maksimivoimaa ei useimmiten ehditä vielä tuottaa. Kuvissa 6 ja 7 näkyy penkkipunnerrussuoritusten voima-aika -käyrät. Harjoittelulla voidaan vaikuttaa suuresti voima-aika - käyrän muotoon. Teholajin urheilijoilla voimantuottonopeuden on osoitettu olevan suu-

9 rempaa kuin voima- ja kestävyysurheilijoilla (kuva 3). (Komi 1984; Häkkinen & Myllylä 1990; Viitasalo 1985, 60; Tesch 1998; Häkkinen 1990, 27-30) KUVA 3. Keskimääräiset isometrisesti mitatut maksimaalisen voimantuottonopeuden voimaaika -käyrät 90 %:n voimatasolle asti maksimista jalkojen ojentajalihaksilla voima-, teho- ja kestävyyslajien urheilijoilla (Häkkinen & Myllylä 1990). 2.5 Voima-nopeus -riippuvuus Maksimaalinen isometrinen voima saavutetaan, kun kaikki poikittaissillat tuottavat voimaa. Dynaamisessa tilanteessa poikittaissiltoja murtuu ja näin kaikkea mahdollista voimaa ei tuoteta. Konsentrisessa lihastoiminnassa voima laskee ja eksentrisessä nousee kun nopeus lisääntyy (kuva 4). (Tidow 2002; Komi 1973.) Harjoittelu suurella kuormalla kehittää voima-nopeus -käyrän voima päätä ja pienellä kuormalla suurilla nopeuksilla vastaavasti käyrän nopeus pää kehittyy (Zatsiorsky 2003). Myös raskailla kuormilla harjoittelu voi kehittää käyrän nopeuspäätä, jos suoritus tehdään mahdollisimman räjähtävästi (Fleck & Kraemer 1997, 146). Erityisesti tehoeli nopeusvoimaharjoittelulla voima-nopeus -käyrä siirtyy usein ylös ja oikealle (kuva 5) (Siff 2000).

10 KUVA 4. Voima-nopeus riippuvuus kyynärpään koukistajalihaksilla (n=16) (Komi 1973). KUVA 5. Voimavoittoisen ja maksimaaliseen tehoon pyrkivän harjoituksen vaikutus voimanopeus -käyrään (Ikai 1970 Meron 1997, 62 mukaan).

11 3 NOPEUSVOIMAHARJOITTELU PENKKIPUNNERRUKSESSA 3.1 Nopeusvoimatyyppisessä penkkipunnerruksessa käytettävät kuormat Penkkipunnerruksessa huippunostajat ovat muutaman vuoden ajan sisällyttäneet harjoitteluunsa nopeusvoimaharjoittelua, jossa kuormat ovat yleensä noin 50-60 % maksimista. Tällöin vetokumeilla ja/tai ketjuilla edelliseen kuormaan lisätään vielä yhden toiston maksimista noin 15-20 % kuormaa yläasentoon. Tavoitteena yksittäisessä nopeusvoimasarjassa on, että lihasten aktivaation kesto olisi yhteensä samaa luokkaa kuin maksimaalisessa nostossa. Penkkipunnerruksessa yleisimmin tämä toteutuu tekemällä kolme toistoa sarjaa kohti. Yleensä mitä suurempi on nostajan maksimivoima, sitä pienempää suhteellista kuormaa nopeusvoimaharjoituksessa tulisi käyttää, jotta nopeudet pysyisivät tarkoitukseen nähden tarpeeksi suurina. (Selkäinaho 2001, 34-35; Selkäinaho 2002.) Baker ym. (2001) ovat tutkineet kuormia, joilla penkkipunnerruksessa saadaan suurin teho. Suurin teho (P = Fv) on löydetty olevan Smith-laitteessa tehtävissä penkkipunnerrusheitoissa alueelta 55 ± 5.3 % yhden toiston maksimista. Tavallisessa penkkipunnerrussuorituksessa Smith-laitteessa Siegelin ym. (2002) mukaan maksimaalinen teho löydetään penkkipunnerruksessa 40-60 %:n kuormilla ja jalkakyykyssä vastaavasti 50-80 %:n. Newton ym. (1994) suosittelivat Fleckin ja Kraemerin (1997, 146) mukaan, että tavallisessa nopeusvoimaharjoittelussa, jossa tankoa ei irroteta tai ei hypätä, maksimaaliset nopeusvoimasuorituksetkin tulisi tehdä vähintään 80 %:n kuormilla maksimista, koska pienemmillä kuormilla liikkeen hidastus joudutaan tekemään jo hyvin aikaisin (Elliott ym. 1989) ja riittävää ylikuormitusta ei saada näin koko liikeradalle. On osoitettu, että kuorman pienentyessä suoritettaessa räjähtäviä penkkipunnerruksia, suoritusten nopeuksien korrelaatiot penkkipunnerruksen yhden toiston maksimiin heikkenevät selvästi (Tidow 2002).

12 3.2 Hidastumisvaihe lähestyttäessä nivelen ääriasentoa Proprioseptiivisen feedbackin avulla nostaja tuntee liikemäärän muutoksen aiheuttamasta kuorman muutoksen noston aikana. Tällöin on mahdollista tuottaa sopiva kuormituksen muutos kiihdyttämällä tai hidastamalla kuorman liikettä. (Siff 2000.) Erityisesti submaksimaalisilla kuormilla tämä näkyy yleensä agonistien lihasaktivaation heikkenemisenä nivelen ääriasentoa lähestyttäessä, kun nostaja tuntee, ettei hänen tarvitse enää laittaa kaikkia voimavarojaan peliin (Elliott ym. 1989). Tällaiset liikkeet ovat yleensä melko hitaita, joten agonistin hiipuminen ja nivelen rakenteellisten tekijöiden vaikutus riittävät pysäyttämään liikkeen lopussa (Basmajian & DeLuca, 225 & 279). Sen sijaan nopeissa ballistisissa liikkeissä on usein havaittavissa ns. kolmen vaiheen aktivaatiomalli, jossa ensin ilmenee selvä agonistin aktivaatio, jota seuraa lähestyttäessä nivelen ääriasentoa antagonistin aktivaation lisääntyminen ja agonistin aktivaation hiipuminen ja lopussa molempien aktivaatioiden loppuvaihe (Marsden ym. 1983). Kun liikettä ei ole tarkoitus pysäyttää, niin ilmenee samanaikainen agonistin ja antagonistin aktivaatio (Carpentier ym. 1996). Voidaan olettaa, että suurin syy antagonistiaktivaatioon nopeissa liikkeissä on neuraalinen suojausmekanismi vaurioille. (Hagood ym. 1990; Basmajian & DeLuca, 225 & 279). Pikkuaivoilla on perifeeristen tekijöiden lisäksi tällaisissa tilanteissa mahdollisesti suuri rooli säätelemässä agonistien ja antagonistien toimintaa (Guyton & Hall 2000, 651-652). Koska kyynärnivelen ojennusliikkeen pysäyttäjänä toimivat kyynärnivelen koukistajat, niin voisi olettaa, että penkkipunnerruksessa nämä lihakset, erityisesti brachialis ja biceps olisivat aktiivisia pienillä kuormilla suurilla nopeuksilla, kun noston lopussa kyynärnivelkulma suurenee. On osoitettu, että voimaharjoittelulla voidaan antagonistiaktivaatiota eli koaktivaatiota vähentää. (esim. Häkkinen ym. 1998). Tämä yleisesti ajateltuna parantaa nivelen nettovoimantuottoa, mutta voi heikentää nivelen stabiliteettia tai aiheuttaa ballistisissa liikkeissä jopa vaurioita (Sale 2003). Ilmeisesti ei kuitenkaan ole tutkittu, miten nopeusvoimaharjoittelulla voidaan vaikuttaa lähellä nivelen ääriasentoa tapahtuvaan antagonistin aktivaation lisääntymiseen ja agonistin aktivaation hiipumiseen sekä nivelsiteiden ja muiden rakenteiden vaikutukseen ballistisissa liikkeissä.

13 Konsentrisen vaiheen lopussa myös penkkipunnerruksessa on havaittu hidastumisvaihe (tai tarkemmin sanottuna kiihdytyksen vähentymisvaihe). Tämän vaiheen kesto pitenee 24 %:sta konsentrisen vaiheen kokonaiskestosta maksimaalisella kuormalla noin 52 %:iin kun nostetaan 81 %:n kuormalla maksimista. Jälkimmäisessä hidastumisvaihe alkaa huomattavasti aikaisemmin, jo puolivälissä nostovaihetta. Tällöin agonistin aktivaatio on huomattavasti heikentynyt ja tanko jatkaa liikettään saavuttamansa liikemäärän avulla. Kevyellä kuormalla harjoitteleminen siis lisää hidastumisvaiheen kestoa ja aikaistaa sen alkamista, koska tangon liike pitää pysäyttää. (Elliot ym. 1989; Wilson ym. 1989; Siff 2000, 131-132.) Hidastumisvaiheen alkamista voidaan ajallisesti myöhäistää ja siirtää suuremmille nivelkulmille heittämällä tanko ilmaan tai käyttämällä vetokumeja tai esim. paineilmalla toimivia vaimentimia (Newton & Wilson 1993; Ebben & Jensen 2002; Claxton 2001).

14 4 PENKKIPUNNERRUKSEN BIOMEKANIIKKA 4.1 Penkkipunnerruksessa tärkeimmät käytettävät lihakset eri nostovaiheissa Penkkipunnerruksessa tangon laskuvaiheessa pectoralis major, triceps brachii ja anterior deltoideus -lihasten toimintatapa on eksentrinen (kuvat 6 ja 7). Koko laskuvaiheen ajan lihaksissa on vain kohtuullinen aktiivisuus verrattuna nostovaiheeseen. Yleensä selvästi erottuva lasku lihasaktivisuudessa on havaittavissa pysäytyksen aikana rinnalla. Vastaavasti tangon nousuvaiheessa lihasaktiivisuus on suurta pectoralis major, deltoideus ja triceps brachii (pitkä pää) -lihaksilla. Lihakset aktivoituvat maksimaalisesti kiihdytysvaiheen alussa ja tämä aktiivisuus jatkuu suorituksen loppuun asti 100 %:n ja epäonnistuneessa (104 %) nostoissa, tosin jälkimmäisessä on havaittavissa selvä tauko juuri ennen noston päättymistä. Sen sijaan 81 %:n kuormalla yleensä vain noin 1/3:ssa noston ajasta aktiivisuus on suurta kaikissa edellä mainituissa lihaksissa, laskien tämän jälkeen huomattavasti hidastumisvaiheen alkaessa. (Elliott ym. 1989.) Osa nostajista kuitenkin suorittaa kevyilläkin kuormilla lopun räjähtävästi, jolloin aktiivisuusmalli on erilainen. Biceps brachii on usein myös lievästi aktiivinen kiihdytysvaiheen alussa, mutta yleensä vain noin 0.2 sekunnin ajan. Jumiutumisalueen lopussa, eli noin 10 cm rinnalta ylöspäin, biceps saavuttaa yleensä suurimman aktivaatiotasonsa, erityisesti suurilla kuormilla. Tässä tilanteessa se ilmeisesti yrittää lähinnä stabilisoida kyynärniveltä. Lisäksi suurilla nopeuksilla submaksimaalisilla kuormilla biceps ja brachialis -lihakset auttavat liikkeen pysäytyksessä lähestyttäessä nivelen ääriasentoa. (Elliott ym. 1989, Basmajian & DeLuca, 279.) Elliottin ym. (1989) mukaan nosto harvoin päättyy heikoimmalle voimantuoton alueelle eli jumiutumisvaiheeseen. Triceps brachiin syvällä oleva mediaalinen osa on selvästi aktiivisin kyynärnivelen ojennuksessa Travillin (1962) tutkimuksessa Basmajian & DeLucan mukaan (1985, 280-281). Epäonnistunut nosto johtuukin yleensä tricepsin heikkoudesta (Elliott ym. 1989).

15 KUVA 6. EMG ja voima-aika -käyrä vasemmalla 81 %:n kuormalla ja oikealla 100 %:n kuormalla. AP = kiihdytysvaihe, SR = sticking region, MSR = maksimaalisen voiman alue ja DP = hidastumisvaihe. (Elliott ym. 1989.)

16 KUVA 7. Vasemmalla EMG ja voima-aika -käyrä 100 %:n kuomalla. AP = kiihdytysvaihe, SR = sticking region, MSR = maksimaalisen voiman alue ja DP = hidastumisvaihe. Oikeassa kuvassa voima-aika käyrä nostajalta maksimaalisessa onnistuneessa nostossa 100 %:n kuormalla. Vaiheet on selitetty tekstissä myöhemmin. (Elliott ym. 1989.) 4.2 Penkkipunnerruksen kinematiikka Leventämällä oteleveyttä tai suurentamalla selän kaarta lyhenee vaadittava vertikaalinen etäisyys rinnalta loppuojennukseen (Madsen & McLaughlin 1984). Noston alkuvaiheessa eli rinnalta lähdössä olkavarren ja kehon kulma kannattaa pitää pienenä, mielellään noin 45, jolloin tanko saadaan räjähtävästi liikkeelle (Lander ym. 1985).

17 Monilla nostajilla tangon liikerata nostovaiheessa penkin pituussuunnassa siirtyy usein rinnalta päätä kohti, jolloin kuorman resultantti momenttivarsi vähenee olkanivelessä ja mahdollisesti myös kyynärnivelessä. Olkanivelessä ilmeisesti kuorman resultantti momenttivarsi laskee koko nostovaiheen ajan ja kyynärnivelessä vastaavasti jumiutumisvaiheeseen asti, minkä jälkeen se taas lähtee nousuun. Tämä auttaa nostamista monissa tapauksissa. (Elliott ym. 1989.) Nykyään kuitenkin huippunostajat tähtäävät tangon nostamiseen rinnalta kohtisuoraan ylöspäin erityisesti penkkipaitaa käytettäessä, koska se työntää tangon rinnalta tähän suuntaan. Lisäksi kohtisuora liike vähentää tangon kulkemaa matkaa. (Selkäinaho 1997, 14.) 4.3 Penkkipunnerruksen kinetiikka Penkkipunnerrus on venymis-lyhenemis -syklin sisältävä liike (Wilson ym. 1989). Penkkipunnerruksen nostovaihe voidaan jakaa kuvan 7 mukaisesti neljään selvästi erottuvaan osaan: kiihdytysvaihe (acceleration phase), jumiutumisvaihe (sticking region), maksimaalisen voimantuoton alue (maximum strength region) ja hidastumisvaihe (deceleration phase). Tämä jaottelu on tehty analysoimalla tangon liikettä ja siihen tuotettuja voimia. Tankoon tuotettu vertikaalinen voima kullakin hetkellä lasketaan kaavasta: F = ma + W, missä m = tangon massa, W tangon paino (mg) ja a tangon kiihtyvyys. (Elliott ym. 1989.) Sticking region eli jumiutumisvaihe on noston osa, jossa tankoon tuotettu voima on alun suuren voimantuoton jälkeen laskenut alle tangon painon, eli noin 9-12 cm rinnalta ylöspäin 100 %:n kuormalla ja supramaksimaalisilla kuormilla tästä noin puolet alempana (Madsen ym. 1984). Submaksimaalisilla kuormilla harvoin ilmenee jumiutumisaluetta. Tällöin nostossa on ainoastaan kiihdytysvaihe ja jo hyvin aikaisessa vaiheessa hidastumisvaihe. Suurin voima nostossa saavutetaan noston alussa, vaikka se on voimantuoton kannalta heikko vaihe. Ilmeisesti tällöin kuitenkin edeltävä eksentrinen vaihe vielä potentoi nostoa selvästi. Jumiutumisvaihe on myös rinnalta lähdön lisäksi mekaanisesti heikko voimantuottovaihe, mutta tällöin ilmeisesti edeltävän venytyksen aiheuttama voiman potentoituminen on jo vähitellen heikentynyt. Aura & Komi (1987) ovat osoittaneet, että konsentrinen vaihe hyötyy elastisesta energiasta eksentrisen lihastoiminnan jälkeen vielä

18 0.18 sekunnin viiveen jälkeenkin. Riippuu hyvin paljon tangon pysäytyksen kestosta rinnalla, kuinka paljon elastista energiaa on vielä jäljellä käytettäväksi nostovaiheessa. Jumiutumisvaiheen jälkeen pystytään jälleen tuottamaan tangon painoa suurempi voima, koska päästään mekaanisesti edullisempaan vaiheeseen. Lopun hidastumisvaiheessa jälleen tuotettu voima vähenee. (Lander ym. 1985; Elliott ym. 1989; Doan ym. 2002.) Tehokkaaseen nostoon vaaditaan suuri impulssi (I = Ft) noston alkuvaiheessa, jotta päästään ohi jumiutumisalueen. Tämä mahdollistuu, kun alkuvaiheessa kehon ja olkavarren välinen kulma jaloista päin katsottuna on pieni. Noston edistyessä kulmaa kannattanee suurentaa. Erittäin tärkeää on pitää yllä maksimaalinen yritys koko noston ajan, jotta onnistutaan nostossa ja erityisesti taataan suurin mahdollinen hyöty voiman kasvuun. (Lander ym. 1985.)

19 5 VOIMA KÄSITTEESTÄ JA MUUTTUVAN VASTUKSEN KÄYTÖSTÄ VOIMAHARJOITTELUSSA Harjoiteltaessa vakiokuormalla kohdistuu suurin harjoitusvaikutus niille nivelkulmille, joilla voimantuotto on heikointa. Käyttäen muuttuvaa vastusta, jolloin kuorma on suurempi voimakkaammilla nivelkulmilla, on mahdollista saada suurempi väsymys ja tasaisempi voiman kehittyminen koko nivelliikkeen alueella verrattuna vakiokuormituksella suoritettaviin liikkeisiin. (Kauhanen ym. 1989; Viitasalo 1985, 57; Häkkinen 1990, 117-118; Atha 1981.) 5.1 Voima ja liikemäärä Lineaarisen liikemäärän käsitteen (M = mv) avulla voidaan esittää Newtonin ensimmäinen laki: liikkeessä oleva systeemi jatkaa liikettään vakioliikemäärällä kunnes ulkoinen voima muuttaa sitä. Mitä suurempi voima tai mitä kauemman voimaa tuotetaan systeemiin, sitä suurempi on liikemäärän muutos: F = ma on myös F = m(v1 - v2) / t. Edellinen puolittain kerrottuna t:llä saadaan Ft = mv, eli lineaarinen impulssi on lineaarisen liikemäärän muutos. Periaatteessa dynaamisessa voimaharjoittelussa kuorma ei ole vakio. Suurin kuorma nostossa on kiihdytysvaiheessa ja pienin yleensä nivelen ääriasentoa lähestyttäessä hidastusvaiheessa kun kuormalla ja sitä liikuttavilla kehon osilla on liikemäärä. Tahdonalaisesti kuormaa voi siis muuttaa näin periaatteessa helposti myös vapailla painoilla. (Siff 2000, 110; Kreighbaum & Barthels 1985, 296-303.) Toinen mahdollisuus muuttaa kuormaa vapailla painoilla eri noston vaiheissa on muuttaa kuoman gravitaatiosuoran etäisyyttä nivelestä, jolloin kuorman vääntömomentti muuttuu. Nostaja voi itse esimerkiksi levytangolla säätää vapaasti liikkuvaa kuormaa vaihtelemalla nostoasentoa noston aikana, jolloin kuorman momenttivarsi muuttuu nivelkulman pysyessä samana kuvan 8 mukaisesti. (Viitasalo 1985, 54.) Siffin (2000) mukaan sama voima F on mahdollista saavuttaa monilla variaatioilla: 1 F = M * a massa on suuri ja kiihtyvyys pieni, voimanosto.