Auteur(s): Frank van de Beld Titel: Fietsen met een knieflexiebeperking Jaargang: 13 Jaartal: 1995 Nummer: 4 Oorspronkelijke paginanummers:

Transcriptie

1 Auteur(s): Frank van de Beld Titel: Fietsen met een knieflexiebeperking Jaargang: 13 Jaartal: 1995 Nummer: 4 Oorspronkelijke paginanummers: Deze online uitgave mag, onder duidelijke bronvermelding, vrij gebruikt worden voor (para-) medische, informatieve en educatieve doeleinden en ander niet-commercieel gebruik. Zonder kosten te downloaden van:

2 Fietsen met een knieflexiebeperking Frank van de Beld Inleiding Ten gevolge van een total-knee operatie kon een patiënt, na langdurig fysiotherapeutische behandelingen te hebben ondergaan, zijn knie niet verder flecteren dan 90E. De patiënt: "maar dan kan ik niet meer fietsen". Deze uitspraak is aanleiding geweest om na te gaan op welke wijze een fiets aangepast moet worden om met een knieflexie van maximaal 90E toch naar behoren te kunnen fietsen. Algemene opmerkingen over de figuren Het antwoord op bovengenoemd probleem is gevonden aan de hand van een reeks meetkundige figuren. In deze figuren is volstaan met het weergeven van de benen en voeten van een fietser en de linker- en rechtercrank. De toegepaste schaal is 1 : 9. De grootte van de diverse gewrichtshoeken komt overeen met de werkelijkheid. Om een en ander tekentechnisch zo eenvoudig mogelijk te houden, zijn de pedalen niet getekend. Zij bevinden zich, zoals in werkelijkheid, aan het uiteinde van de crank. De fietser wordt beschouwd vanaf de linkerzijde. Linkerbeen en linkercrank zijn steeds met niet-onderbroken lijnen getekend, rechterbeen en rechtercrank met onderbroken lijnen. Het linkerbeen is het aangedane been. Analyse In de figuren 1a en 1b, de "standaardfiguren", is de ongestoorde situatie tijdens het fietsen weergegeven. In figuur 1a staat de linkercrank R 1 -a recht omhoog. Het linkerbeen vertoont hier geen flexiebeperking. De rechtercrank R 1 -a 1 staat recht omlaag. De rechterknie is niet volledig geëxtendeerd. Figuur 1b spreekt nu voor zich: het is de omgekeerde situatie van figuur 1a. Tijdens het fietsen beschrijft zowel de linker- als de rechterknie (of genuanceerder gesteld: het distale uiteinde van het bovenbeen) een deel van een cirkel, waarvan het heupgewricht h het middelpunt is. De straal van de cirkel wordt gevormd door het bovenbeen h-k. Vanuit de positie in figuur 1a naar die in figuur 1b kantelt het linkerbovenbeen derhalve voorover (linksom vanuit zijaanzicht) en het rechterbovenbeen achterover (rechtsom vanuit zijaanzicht). Het linker- en rechteronderbeen zijn weergegeven door de lijn k-e. Het zadel wordt geacht samen te vallen met het heupgewricht.

3 In figuur 2 is het aangedane linkerbeen in de knie maximaal geflecteerd, namelijk 90E. De heupflexie is even groot als in de standaardfiguur. De positie van het bovenbeen is dus ongewijzigd. De voet kan nu niet meer op het linker pedaal geplaatst worden. Fietsen is nu dus onmogelijk. In figuur 3 zijn linker onderbeen en voet op dezelfde wijze gepositioneerd als in figuur 1. Er is vervolgens nagegaan welke verplaatsing het zadel moet ondergaan als de knieflexie 90E bedraagt. De lengte van het bovenbeen is daartoe loodrecht uitgezet vanuit punt k. De oorspronkelijke plaats van het zadel is aangegeven met een klein cirkeltje. Het zadel is dus omhoog en naar voren verplaatst. Met name de omhoogverplaatsing resulteert in het gegeven dat als de linker- of rechtercrank recht omlaag staat, respectievelijk de linker- en rechtervoet niet meer goed bij de pedalen kunnen. Daar komt nog eens bij dat tijdens de rotatie van de linkercrank - van recht omhoog naar recht omlaag - de linkervoet over het pedaal enigszins naar achteren geschoven moet worden. In figuur 3 is dit duidelijk te zien. Als de linkercrank van recht omlaag naar recht omhoog roteert, moet de linkervoet weer naar voren geschoven worden. Indien dit niet zou plaatsvinden zou de knieflexie, in de stand van de crank recht omhoog, groter dan 90E zijn. In figuur 3 werd het bovenbeen loodrecht op het onderbeen geplaatst en aan de hand daarvan werd nagegaan welke verplaatsing het zadel moest ondergaan. In figuur 4 en 5 is de omgekeerde procedure gevolgd. Hier wordt primair het zadel over een bepaalde afstand omhoog verplaatst en aan de hand daarvan wordt nagegaan welke knieflexie hierbij behoort. Daartoe blijft alleen de voet in dezelfde positie staan als in figuur 3. Tussen haakjes, het zadel wordt niet recht omhoog verplaatst, maar achterwaarts omhoog, aangezien de zadelpen een hoek van 20E met de vertikaal maakt. In figuur 4 is het zadel over een willekeurige afstand achterwaarts omhoog verplaatst. De oorspronkelijke plaats is met een klein cirkeltje aangegeven. Met de nieuwe positie van het zadel (tevens heup) als middelpunt wordt een cirkelbaan getrokken met als straal de lengte van het bovenbeen. Vanuit het uiteinde van de voet is vervolgens het onderbeen dusdanig getekend dat de knie samenvalt met de cirkelbaan. Daarna is het bovenbeen getekend door de knie met de heup te verbinden. Uit figuur 4 blijkt dat het zadel te weinig achterwaarts omhoog is verplaatst, aangezien de knieflexie groter dan 90E is. In figuur 5 staat de voet weer in dezelfde positie als in figuur 4 en 3. Het zadel is nu zó veel achterwaarts omhoog verplaatst, dat de knieflexie precies 90E wordt. Daartoe is dezelfde meetkundige procedure uitgevoerd als in figuur 4.

4 Helaas is deze verplaatsing zó groot dat als de linker- of rechtercrank recht omlaag staat, respectievelijk de linker- en rechtervoet volgens de figuur alleen met de grote teen de pedalen raken. In vivo zal dit waarschijnlijk niet mogelijk zijn, gezien de extreme plantairflexiestand die hierbij op moet treden. Het uiteindelijk verschil tussen enerzijds figuur 3 en anderzijds figuur 4 en 5 is, naast de beschreven procedure, dat in het eerste geval de positie van voet en onderbeen gelijk gehouden is aan die in de ongestoorde situatie en dat in het tweede geval alleen de positie van de voet gelijk gehouden is. U ziet daarom dat, ondanks de gelijke knieflexie van 90E, de dorsaalflexie in figuur 5 niet gelijk is aan die in figuur 3. Vervolgens beschouwen we figuur 6. Vanuit figuur 2 is het complex linker bovenbeen/onderbeen/voet ten opzichte van het niet getekende bekken zó veel voorovergekanteld dat de achterzijde van de voet op het pedaal komt te staan. De knieflexie blijft dus 90E, de heupflexie neemt af. Tijdens deze vooroverkanteling beschrijft ieder punt op genoemd complex een deel van een cirkel waarvan de heup het middelpunt is. Het blijkt nu dat de crank te lang is. De oorspronkelijke linkercrank a - R 1 kan daarom nu verkort worden. De nieuwe cranklengte wordt dan b - R 1, (figuur 7). De lengte van de rechtercrank verandert niet. In figuur 7 is nu in één oogopslag te zien in welke posities het linker- en rechterbeen zich bevinden als de linker- of rechtercrank recht omhoog of recht omlaag staat. Ten opzichte van het rechterbeen wordt het linkerbeen zowel in het knie- als heupgewricht over een gering traject geëxtendeerd. Mede gezien het feit dat het achterste deel van de voet op het pedaal rust lijkt een crankverkorting zoals in figuur 7 aangegeven is niet een ideale oplossing.

5 Figuur 8 is eveneens tot stand gekomen door het complex bovenbeen/onderbeen/voet vanuit figuur 2 voorover te kantelen, nu echter zó veel dat de voorvoet op het pedaal komt te staan. De knieflexie blijft weer 90E, de heupflexie is nog verder afgenomen dan in figuur 6 en 7. De oorspronkelijke linkercrank a - R 1 wordt weer verkort. De nieuwe lengte wordt dan c - R 1 (figuur 9). De lengte van de rechtercrank verandert niet. Ook nu zijn in één oogopslag de posities van linker- en rechterbeen in beide crankposities te zien. In alle posities kunnen de voeten gemakkelijk op de pedalen staan. De positie van het linkerbeen in de stand van de linkercrank recht omlaag is echter nu nog meer afwijkend van de normaal daarbij behorende positie dan in figuur 7. Toch kan in figuur 9 het linkerbeen in principe in de geëxtendeerde, gearceerd aangegeven positie komen. Punt c in deze figuur moet dan, na 180E geroteerd te zijn, uitkomen op punt a 1. Crank-as R 1 moet dan benedenwaarts verplaatst worden. De nieuwe lengte van de linkercrank wordt dan gelijk aan de helft van de afstand c - a 1 in fig. 9.

6 In figuur 10 is te zien dat de crank-as verplaatst is van R 1 naar R 2. De nieuwe lengte van de linkercrank is gelijk aan afstand c - R 2. Als punt c 180E roteert, komt dit punt uit op c 1. Afstand c - c 1 in figuur 10 is dus precies gelijk aan afstand c - a 1 in figuur 9. Verplaatsing van de crank-as van R 1 naar R 2 houdt tevens in dat in figuur 10 de rechtercrank over dezelfde afstand naar beneden is verplaatst. De rechtercrank heeft nog steeds z'n oorspronkelijke lengte. Afstand R 2 - a 1 in figuur 10 is nog steeds gelijk aan afstand R 1 - a 1 in de voorgaande figuren. Door de verkorting van de linkercrank, gecombineerd met de benedenwaartse verplaatsing van de crank-as is nu de ideale situatie ontstaan dat linker- en rechterbeen in de stand van de crank recht omlaag dezelfde positie in kunnen nemen. De rechtervoet staat alleen meer in plantairflexie. Als de crank recht omhoog staat is de positie van linker- en rechterbeen niet geheel gelijk. Het verschil is echter al minder dan in figuur 9. In figuur 11 is de rechtercrank even lang gemaakt als de linkercrank. In beide getekende crankstanden komt zowel het linker- als rechterbeen in dezelfde positie. Vanuit figuur 2 is via figuur 8, 9 en 10 uiteindelijk figuur 11 tot stand gekomen. De verandering die tot nu toe aan de fiets heeft plaats gevonden bestaat uit het verkorten van linkeren rechtercrank, gecombineerd met het benedenwaarts verplaatsen van de crank-as, n. l. van positie R 1 naar R 2. Deze theoretische verplaatsing is noodzakelijk om de nieuwe cranklengte vast te kunnen stellen. Exact dezelfde beenposities behorend bij de crankstanden in figuur 11 kunnen echter bereikt worden als de crank-as op de oorspronkelijke plaats blijft liggen, dus positie R 1. Figuur 12 is daarom tot stand gekomen door geheel figuur 11 vertikaal in bovenwaartse richting te transleren, over een afstand van R 2 - R 1. Dit houdt in dat ook het zadel omhoog gaat, en wel over dezelfde afstand R 2 - R 1. In figuur 13 is het zadel achterwaarts omhoog verplaatst, over een hoek van 20E met de vertikaal. Deze verplaatsing heeft een vertikale- en horizontale komponent en is dusdanig groot dat de vertikale komponent gelijk is aan afstand R 2 - R 1. Uiteindelijk blijkt dat in figuur 13 het zadel, omgerekend naar de werkelijkheid, slechts 2, 2 cm meer naar achteren ligt dan in figuur 12. Het gevolg hiervan is dat de dorsaalflexie in beide enkelgewrichten iets afgenomen is, in het rechter enkelgewricht door vooroverkanteling van de voet en in het linker enkelgewricht door achteroverkanteling van het complex onderbeen/bovenbeen.

7 Figuur 12 Figuur 13 Discussiepunten 1. De oplossing van het in dit artikel voorgelegde probleem is, zoals uit de figuren blijkt, het verkorten van beide cranken en het omhoog verplaatsen van het zadel. Alléén het zadel omhoog verplaatsen is dus niet de oplossing. Opvallend is dat dit bijna altijd als antwoord gegeven wordt als het probleem voorgelegd wordt aan fysiotherapeuten. 2. De benedenwaartse verplaatsing van de crank-as (overgang figuur 9 naar figuur 10) is, zoals reeds eerder vermeld, een zuiver theoretische verplaatsing, evenals de even grote bovenwaartse verplaatsing (overgang figuur 11 naar figuur 12). Zij heffen elkaar op. Punt R 1 in figuur 2 ligt immers op dezelfde plaats ten opzichte van de grond als R 1 in figuur 12. Door de theoretische bovenwaartse verplaatsing van de crank-as ondergaat het zadel wél een daadwerkelijke omhoogverplaatsing. Dit is een gevolg van het feit dat het zadel niet van plaats veranderde toen de crank-as benedenwaarts werd verplaatst (overgang figuur 9 naar figuur 10). 3. De afstand waarover het zadel omhoog verplaatst moet worden is even groot als de afstand waarover de crank-as verplaatst wordt. Voorts is het aantal centimeters waarmee de cranken verkort moeten worden exact gelijk aan de afstand waarover de crank-as verplaatst wordt (de verklaring wordt U bespaard). Hieruit volgt dat het aantal centimeters waarmee de cranken verkort moeten worden gelijk is aan het aantal centimeters waarmee het zadel omhoog verplaatst moet worden. In het gegeven voorbeeld bedraagt deze afstand 6.3 cm. De cranklengte is in werkelijkheid 18 cm. De nieuwe cranklengte wordt dus 11.7 cm. Gemakshalve wordt dit afgerond tot 12 cm. 4. In het gegeven voorbeeld is de lengte van onder- en bovenbeen respectievelijk 45 cm en 47.7 cm. Zijn onder- en bovenbeen langer, terwijl dezelfde verhouding van kracht blijft, dan behoeft de crank minder verkort te worden en het zadel evenzo minder omhoog verplaatst te worden dan 6.3 cm. Zijn onder- en

8 bovenbeen korter, terwijl weer dezelfde verhouding van kracht blijft, dan bedraagt de afstand van de verkorting en omhoog-verplaatsing meer dan 6.3 cm. 5. In dit artikel is uitgegaan van een knieflexie van 90E. Hoe geringer de maximale flexie, hoe meer de cranken verkort moeten worden en hoe meer het zadel omhoog moet. Als er sprake is van een maximale flexie kleiner dan 80E 'snijdt' in figuur 8 de voet de crank onder de as. Vanwege een zeer korte crank wordt fietsen dan wel zeer onaangenaam. 6. Stel een willekeurige afstand A - B wordt met een fiets waarvan de cranklengte 18 cm bedraagt afgelegd in 10 minuten. In ons voorbeeld is de lengte van de verkorte crank 12 cm en die van de oorspronkelijke 18 cm. De nieuwe lengte is dus 2/3 van de oorspronkelijke. Het afleggen van afstand A - B in dezelfde tijd, dus in 10 minuten, kost in principe dan 3/2 = 1.5 x zo veel kracht. Dit geldt echter alleen als de grootte van het flexie-extensie-traject van heup en knie ten opzichte van het traject dat in de ongestoorde situatie (dus vóór de operatie) afgelegd werd, niet veranderd zou zijn. Aangezien dit in ons voorbeeld wél het geval is, is de relatie tussen cranklengte en spierkrachtleverantie nu niet precies omgekeerd evenredig. Het afleggen van afstand A - B in 10 minuten kost met de aangepaste fiets in ieder geval wel méér spierkracht. In het gunstigste geval echter zal de patiënt weken, misschien pas maanden na de operatie zijn oorspronkelijke spierkracht weer terug hebben, zodat het linkerbeen dan weer even veel kracht kan leveren als het rechterbeen. Meer spierkracht leveren dan vóór de operatie is dus voorlopig uitgesloten. Een en ander houdt in dat ingeval de cranken verkort zijn de tijdsduur waarin afstand A - B afgelegd wordt, langer is dan 10 minuten. De oorzaak hiervan is dat een verkorte crank langzamer roteert dan een niet verkorte crank, uiteraard als in beide gevallen even veel kracht geleverd wordt. De fietssnelheid van de fiets waarvan de cranken verkort zijn, is daarom geringer dan van de fiets waarvan de cranken niet verkort zijn. Wil de patiënt de genoemde afstand tóch in 10 minuten afleggen, dan zullen de verkorte cranken even snel moeten roteren als de niet-verkorte. Dit is alleen mogelijk als de patiënt inderdaad meer spierkracht levert dan vóór de operatie. Dit is slechts te bereiken door middel van zeer intensieve krachttraining, voor zowel linker- als rechterbeen. 7. In ons voorbeeld worden zowel de linker- als de rechtercrank verkort. De verkorting van de rechtercrank is in principe niet noodzakelijk, althans niet noodzakelijk op basis van bewegingsbeperkingen. Stel dat alleen de linkercrank verkort wordt, de rechter behoudt z'n oorspronkelijke lengte en beide benen leveren even veel kracht. De rotatiesnelheid van de verkorte linkercrank van de positie recht omhoog naar recht omlaag is dan geringer dan de rotatiesnelheid over hetzelfde traject van de niet-verkorte rechtercrank. Dit houdt in dat wanneer het linkerbeen geëxtendeerd wordt, de rijsnelheid geringer is dan wanneer het rechterbeen geëxtendeerd wordt. Een dergelijke wijze van fietsen is verre van ideaal. Linker- en rechtercrank zouden in het genoemde traject eventueel nog dezelfde rotatiesnelheid kunnen krijgen als het rechterbeen bewust met minder kracht geëxtendeerd wordt. Het zal duidelijk zijn dat deze wijze van fietsen meer theorie dan praktijk is. 8. Figuur 8 is in feite de basis van waaruit het in dit artikel voorgelegde probleem opgelost werd. Er is nagegaan of deze oplossing betrouwbaar is. In figuur 8 is de afstand van het punt waar de voet de crank 'snijdt' tot het midden van R mm. De schaal is 1 : 9. De afstand is in werkelijkheid dus 5.85 cm. Deze afstand werd op een fiets door middel van een puntmarkering uitgezet vanuit het midden van de as van de linkercrank. Vervolgens nam een proefpersoon plaats op de fiets; de linkercrank stond recht omhoog. De voet werd in dezelfde gekantelde positie naast de crank gehouden als in figuur 8, waarbij het meest distale deel van de mediale rand van de linker schoenzool de crank ter hoogte van de markering 'sneed'. De knieflexie bleek nu inderdaad 90E. (Wellicht overbodig om te vermelden, maar de beenlengten en maten van de fiets die in de figuren zijn gebruikt, zijn de maten van proefpersoon en fiets zoals gebruikt in de hier beschreven kontrolemeting). 9. Om in geval van een knie flexiebeperking te bepalen hoeveel de crank verkort moeten worden en hoeveel het zadel omhoog moet, kan, ongeacht de lengte van onder- en bovenbeen, in de praktijk de volgende procedure gevolgd worden: Stel het linkerbeen heeft een knie flexiebeperking. a) de rechtercrank wordt recht omhoog geplaatst. b) de patiënt neemt plaats op zijn fiets.

9 c) de rechtervoet wordt in de 'fietspositie' op het rechter pedaal geplaatst. d) op het meest distale deel van de mediale rand van de rechter schoenzool wordt een puntmarkering aangebracht. Deze markering bevindt zich vanaf zijaanzicht precies 'boven' de rechtercrank. e) de markering wordt op dezelfde plaats aangebracht op de mediale rand van de linker schoenzool. f) de linkercrank wordt nu recht omhoog geplaatst. g) de linkervoet wordt nu zodanig naast de linkercrank gebracht, dat de markering ter hoogte van de crank komt te liggen. De linkervoet bevindt zich daarbij in dezelfde gekantelde positie als waarin de rechtervoet zich in de 'fietspositie' bevond. De knie is maximaal geflecteerd. h) de linkercrank wordt gemarkeerd op het punt waar de markering op de rand van de linker schoenzool de crank raakt. Via punt a t/m h is nu hetzelfde bereikt als in figuur 8. i) meet de afstand van de markering op de crank tot het midden van de crank-as. De lengte van de verkorte crank kan nu volgens onderstaande vergelijking gevonden worden: (x + y) : 2 = z x = afstand markering op crank tot midden van crank-as. y = lengte van niet-verkorte crank. z = lengte van verkorte crank. De crankverkorting en omhoog verplaatsing van het zadel bedraagt dan y - z. Dit is de verplaatsing vertikaal omhoog. In ons voorbeeld bedraagt deze 6.3 cm. De verplaatsing volgens de werkelijkheid, achterwaarts omhoog, is 6.7 cm. Het verschil van 0.4 cm is dusdanig klein dat voor de praktijk het bekend zijn van de vertikale verplaatsing waarschijnlijk voldoende is. Overigens kan de achterwaartse omhoog verplaatsing q berekend worden op de volgende wijze: de cosinus van een hoek van 20E is 0.94 en dus geldt: q = 100/94 (y - z). 10. Om de ruimtelijke positie van bekken en romp dezelfde te doen zijn als in de ongestoorde situatie, zou het stuur even veel omhoog moeten als het zadel.