Versus Tijdschrift voor Fysiotherapie, 20 e jrg 2002, no. 6 (pp )

Transcriptie

1 Auteur(s): A. Lagerberg Titel: Bewegen is relatief Jaargang: 20 Jaartal: 2002 Nummer: 6 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 The oretisch bezien BEWEGEN IS RELATIEF Aad Lagerberg A. Lagerberg, Fysiotherapeut, Vakgroep Beweging & Analyse opleiding Bewegingstechnologie Haagse Hogeschool; Albert Schweitzer Ziekenhuis Dordrecht. Inleiding Figuur 1 toont een bekende kermisattractie: de carrousel. Stelt u zich voor dat aan een aantal van de op de foto zichtbare personen gevraagd wordt te beschrijven hoe de bewegingsbaan van een kind op een van de op en neer bewegende paarden in de ronddraaiende carrousel er uit ziet. De ouders van het kind die naast de carrousel staan, zullen antwoorden dat het kind een rotatie maakt om een as door het midden van de molen waarbij het tevens een verticale verplaatsing doormaakt. De controleur van de kaartjes echter, die meedraait op de carrousel, ziet slechts een verticale verplaatsing. Een ander kind dat op een paard zit dat juist tegengesteld op en neer beweegt, ziet eveneens een verticale verplaatsing maar ervaart een dubbel zo grote uitslag. Een ander kind dat op een paard heeft plaatsgenomen dat precies in fase beweegt zal tenslotte tot de conclusie komen dat het kind in het geheel niet beweegt. Figuur 1. Verschillende waarnemers beschrijven de beweging van het kind op de carrousel op een geheel andere wijze.

3 Het bijzondere is dat alle waarnemers een ander antwoord geven, maar toch allemaal gelijk hebben. De waargenomen beweging verschilt ook werkelijk in verband met de verschillen in referentiekader van de diverse waarnemers. In dit artikel gaan we in op de implicaties van deze relativiteit voor de anatomische bewegingsbeschrijving. De klinische relevantie van dergelijke analyses wordt geïllustreerd met behulp van een analyse van het bewegingsgedrag in het schoudergewricht tijdens een zuivere anteflexie van de arm. De uitkomsten van deze analyse hebben onder meer gevolgen voor de uitvoering van mobiliserende handgrepen aan het schoudergewricht. Het descriptief anatomische assenstelsel Het beschrijven van een beweging vereist een referentiekader ten opzichte waarvan de beweging beschreven wordt. Het standaard gereedschap hiervoor is een assenstelsel. Een dergelijk assenstelsel bestaat uit drie onderling loodrechte assen. Bewegingen van voorwerpen kunnen in dit assenstelsel worden beschreven als combinaties van translaties langs deze assen en rotaties om deze assen. Alle waarnemers in het voorgaande voorbeeld hanteren (wellicht onbewust) een dergelijk referentiekader. Het verschil in de uiteindelijke beschrijving van de beweging is uitsluitend het gevolg van de gekozen plaats en oriëntatie van dit assenstelsel. In de anatomie wordt ook gebruik gemaakt van een assenstelsel. Dit zogenaamde descriptief anatomische assenstelsel bestaat uit drie onderling loodrechte assen ten opzichte waarvan de bewegingen van onderdelen van het lichaam worden beschreven (figuur 2). Figuur 2. Het descriptief anatomische assenstelsel Zoals bij elk referentiekader dient ook van het descriptief anatomische assenstelsel de gekozen plaats helder te zijn. Anders geformuleerd: waar zit het assenstelsel eigenlijk aan vast? Deze vraag blijkt minder eenvoudig te beantwoorden dan U wellicht dacht. Het descriptief anatomische assenstelsel is in principe een assenstelsel dat vast zit aan de wereld. In dit assenstelsel is een persoon in een vooraf afgesproken houding (de anatomische houding) geplaatst. Het assenstelsel projecteert dus wel in de persoon, maar zit daar niet aan vast. Het assenstelsel is dus eigenlijk exclusief ontworpen voor het beschrijven van bewegingen vanuit slechts één bepaalde houding. Tegen deze regel wordt om begrijpelijke redenen veel gezondigd. Het niet mee laten bewegen van het assenstelsel zou leiden tot bijvoorbeeld het volgende probleem (zie figuur 3): Vanuit de anatomische houding vindt anteflexie van de arm plaats om een frontale as (figuur 3a). Indien de afgebeelde persoon echter 90 graden rechtsom geroteerd zou staan in dit assenstelsel zou het op een identieke manier heffen van de arm ten opzichte van de romp plotseling plaatsvinden om een sagittale as en dus adductie genoemd moeten worden (figuur 3b). Dergelijke situaties zouden leiden tot erg veel verwarring. Het is om die reden gebruikelijk om het descriptief anatomische assenstelsel mee te laten bewegen met het lichaam indien de uitgangshouding van het gehele lichaam gewijzigd wordt (de persoon verkeert bijvoorbeeld in ruglig). Bij een dergelijk gebruik is het assenstelsel dus feitelijk wel verbonden aan het lichaam overigens zonder dat precies duidelijk is aan welk deel van het lichaam het assenstelsel dan verbonden is.

4 Figuur 3. Consequenties van het fixeren van het assenstelsel aan de buitenwereld. Translatie- en rotatievectoren Het beschrijven van bewegingen in het descriptief anatomische assenstelsel gebeurt met de termen translatie en rotatie. Translatie is een beweging van een lichaamsdeel evenwijdig aan zichzelf. Translaties zijn in een assenstelsel te beschrijven als verplaatsingen langs de drie assen. Dergelijke bewegingen worden weergegeven met een translatievector. Figuur 4 toont de begin- en eindpositie bij een translatie van de voet. Uiteraard zijn ook andere lichaamsdelen van positie gewijzigd, maar we beperken ons nu even tot een beschrijving van de voet. Figuur 4. De translatie van de voet kan worden beschreven als de optelsom van de verplaatsingen langs de hoofdassen.

5 De translatievector, behorend bij deze beweging, is te beschouwen als de optelsom van de verplaatsingen langs de drie hoofdassen. De vector kan dus ontbonden worden in een drietal componenten langs de diverse hoofdassen. Translatievectoren zijn niet volgorde gevoelig. Daarmee wordt bedoeld dat het eindresultaat van de translatie niet wordt beïnvloed door de volgorde waarin de componenten worden uitgevoerd. Ook een roterende beweging van een lichaamsdeel laat zich volledig beschrijven met behulp van een vector. In dat geval spreken we van een rotatievector. Rotatievectoren zijn te beschouwen als de rotatie-as van de beweging. Deze vectoren bezitten eveneens een lengte en een richting. Bij afspraak worden deze vectoren afgebeeld met een dubbele pijlpunt. De lengte van de vector is een maat voor de hoekverdraaiing om de as en de richting van de vector bepaalt het vlak waarin de beweging plaatsvindt. Een lichaamsdeel beweegt immers altijd in een vlak dat loodrecht staat op de rotatie-as. De draaizin van de beweging die bedoeld wordt met de vector, gedraagt zich volgens de zogenaamde rechterhand regel (figuur 5): indien de duim van de rechterhand wijst in de richting van de dubbele pijlpunt dan geven de vingers de bijbehorende draaizin aan. Figuur 5. De draaizin van een rotatievector volgt de zogenaamde rechterhand regel. Een alternatieve formulering van deze regel is de zogenaamde kurkentrekker-regel (figuur 6). De richting en draaizin van een rotatievector passen bij elkaar als de draairichting en de verplaatsingsrichting van de kurkentrekker. Figuur 6. Alternatieve beschrijving van de draaizin van een rotatievector met behulp van de kurkentrekker regel.

6 Een voorbeeld: Indien de beweging van de rechter bovenarm in het schoudergewricht wordt beschreven, correspondeert een naar craniaal wijzende rotatieas met een endoroterende beweging van de arm (figuur 7a). Een naar ventraal wijzende rotatievector beschrijft in het rechter schoudergewricht een adductie (figuur 7b). Figuur 7a en b. a. Een voorstelling van een endoroterende beweging in het rechter schoudergewricht b. Een adductie in het rechter schoudergewricht. Lastiger wordt het indien de rotatievector niet precies samenvalt met descriptief anatomische assen. Welke beweging van de arm wordt bijvoorbeeld bedoeld met de rotatievector in figuur 8a? Net als de translatievector kan ook deze vector worden ontbonden in een drietal componenten langs de hoofdassen. In figuur 8b worden deze componenten getoond. De rotatievector kan worden ontbonden in een anteflexie-component (wijzend naar lateraal), een exorotatie-component (wijzend naar caudaal) en een abductie-component (wijzend naar dorsaal). De richting van de rotatie-as kan nu worden beschreven door de samenstellende componenten te noemen. In dit geval is er dus sprake van een combinatie van anteflexie, exorotatie en abductie.

7 Figuur 8a en b. Ontbinding van een rotatievector wijzend naar dorsaal, lateraal en caudaal in zijn componenten langs de anatomische hoofdassen. (verdere verklaring in de tekst) Met deze constatering zijn echter nog lang niet alle problemen uit de lucht. Het eerste probleem ligt in het feit dat rotatievectoren, in tegenstelling tot translatievectoren, wel volgorde gevoelig zijn. Een voorbeeld ter verduidelijking. In figuur 9 wordt de arm van de proefpersoon volgens de getoonde rotatievectoren achtereenvolgens 90 graden om een frontale-, een sagittale- en een longitudinale as geroteerd. In figuur 10 worden opnieuw deze rotaties uitgevoerd, maar nu in een andere volgorde. Na de anteflexie wordt eerst om een longitudinale as bewogen en daarna pas om de sagittale as. Uit de vergelijking van figuur 9d en 10d blijkt het verschil in eindpositie. Wijziging van de volgorde van rotaties heeft dus gevolgen voor het eindresultaat. Dit volgordeprobleem speelt overigens ook al een rol bij een combinatie van slechts twee rotaties. Figuur 9a tm d. Eindstand van de arm na een combinatie van een rotatie van 90 om achtereenvolgens een frontale, een sagittale en een longitudinale as.

8 Figuur 10a tm d. Eindstand van de arm na een combinatie van een rotatie van 90 om achtereenvolgens een frontale, een longitudinale en een sagittale as. Het ontbinden van een rotatievector is slechts bedoeld om aan te kunnen geven hoe de vector die ontbonden werd, gericht staat. Door aan te geven welke lengte de componenten bezitten en in welke richting zij wijzen kan de beoogde vector op een volkomen eenduidige wijze worden weergegeven. Het is echter niet toegestaan om de beweging die bedoeld wordt met de betreffende rotatievector te beschouwen als de optelsom van zijn diverse componenten. Welke volgorde daarbij ook wordt gehanteerd, het eindresultaat zal in dit voorbeeld nooit overeenkomen met het roteren van het element om de werkelijke rotatie-as. Zonder het wiskundige bewijs voor deze stelling daarmee te leveren kan een voorbeeld dit wellicht verduidelijken. In figuur 11 wordt een rotatievector getoond die in gelijke componenten naar lateraal, caudaal en dorsaal kan worden ontbonden. Figuur 11. Het rotatievlak waarin de beweging van de arm zich af zal spelen indien een rotatie om de getoonde as wordt uitgevoerd. Indien de afzonderlijke componenten van deze vector na elkaar worden uitgevoerd over elk 90 graden, zou de arm dus (afhankelijk van de gekozen volgorde) bijvoorbeeld kunnen eindigen in de positie van figuur 9d of 10d. In werkelijkheid echter zal de arm roteren om de getoonde as. De beweging van de arm speelt zich dus af in een vlak loodrecht op deze as. De arm zal derhalve geen van de hiervoor genoemde eindposities bereiken.

9 Uiteraard is het wel mogelijk om de arm met behulp van slechts één rotatievector te brengen van de afhangende positie naar de eindstand van figuur 9 of 10d. Het is dan echter niet per definitie zo dat bij ontbinding van de as die daar voor zorgt ook de drie eerder genoemde componenten gevonden zullen worden. Vaste- versus meebewegende assenstelsels Het beschrijven van bewegingen met behulp van de hierboven beschreven methode wijkt af van de gangbare kinesiologische methode. In de anatomie wordt namelijk gebruik gemaakt van een assenstelsel met meebewegende assen. Dit wordt verduidelijkt in figuur 12. Figuur 12a tm c. Demonstratie van het fenomeen gimbal lock. (verdere verklaring in de tekst). In de uitgangshouding staan de assen in het schoudergewricht op de gebruikelijke wijze gericht (12a). Bij het anteflecteren van de arm om de frontale as bewegen de twee andere assen echter mee met de arm (12b). De frontale as waaromheen de arm wordt geheven beweegt zelf niet mee. Dit heeft tot gevolg dat de sagittale as waaromheen de ab- en adductie beweging beschreven wordt nu longitudinaal gericht staat. Om die reden worden de bewegingen om deze as in die positie van de arm horizontale ab- en adductie genoemd. De as voor exo- en endorotatie staat niet langer longitudinaal maar sagittaal gericht. Het meebewegende karakter van het assenstelsel leidt ertoe dat een beweging van de arm om zijn lengte-as altijd endo- of exorotatie wordt genoemd. Het feit dat er in de anatomie sprake is van een meebewegend assenstelsel wordt helaas lang niet altijd expliciet vermeld. Dit gebrek aan duidelijkheid over de aard van het referentiekader leidt gemakkelijk tot misverstanden.

10 Een belangrijk nadeel van het meebewegende assenstelsel blijkt uit figuur 12c. In de getoonde positie (bereikt via een anteflexie en een horizontale abductie) vallen de frontale en longitudinale as samen. Het achterover roteren van de arm om zijn lengte-as kan in deze positie met evenveel recht anteflexie als exorotatie worden genoemd. Een tweede probleem is dat er in deze positie geen as beschikbaar is waaromheen de adductie van de arm (terug naar de afhangende positie) beschreven kan worden. Dit probleem van elk drie vrijheidsgradig meebewegend assenstelsel wordt aangeduid met de term Gimbal Lock. Deze term vindt zijn oorsprong in de scheepvaart. Een Gimbal is een kompasbeugel. Het probleem van het in elkaars verlengde komen van assen kan zich ook voordoen bij een scheepskompas dat, vanwege de bewegingen van de boot, in een drie vrijheidsgradig systeem is opgehangen. De software die gebruikt is om de afbeeldingen in dit artikel te vervaardigen lijdt ook aan dergelijke problemen. De arm van het model kan onafhankelijk om drie assen worden geroteerd. Net als in de anatomie gangbaar is draaien daarbij twee van de assen mee om de derde. Ook bij het positioneren van de ledematen van dit mensmodel doen zich dus situaties voor waarbij de arm niet naar de gewenste positie kan worden gebracht omdat de bewegingsas in die richting ontbreekt. De beschrijving van bewegingen met behulp van rotatievectoren is gebaseerd op een vast assenstelsel. Bij een dergelijke beschrijving van bewegingen is de naam van de beweging direct gekoppeld aan de richting van de as. Het roteren om een sagittale as heet dus altijd ab- of adductie, onafhankelijk van de positie van het lichaamsdeel ten opzichte van die as. In figuur 13 wordt zowel van positie a naar b als van positie c naar d een abductie in de schouder uitgevoerd, aangezien in beide gevallen bewogen wordt om een sagittale as welke gericht staat naar dorsaal. Bij de beschrijving van deze zelfde beweging met behulp van het gangbare bewegende anatomische assenstelsel zou er van a naar b sprake zijn van abductie, maar van c naar d van endorotatie. Het voordeel van het hanteren van een vast assenstelsel blijkt zodra we het onderlinge gedrag van botstukken willen beschrijven die beiden in het descriptief anatomisch assenstelsel in beweging zijn. Figuur 13a tm d Zowel van a naar b als van c naar d roteert de arm om een sagittale as. In beide gevallen wordt daarom gesproken van een abductie.

11 Lokale en globale beschrijving U wordt uitgenodigd het volgende bewegingsexperiment zelf te verrichten (zie figuur 14). Vanuit de in figuur 14a getoonde startpositie wordt de arm om een zuivere frontale as geheven. U kunt controleren of u werkelijk om een frontale as beweegt door ervoor te zorgen dat de onderarm tijdens de uitvoering zuiver in een sagittaal vlak blijft bewegen. De vraag is nu: Welke beweging maakt de bovenarm ten opzichte van het scapula in het art. humeri? De arm draait wel om een frontale as in het descriptief anatomische assenstelsel, maar het schouderblad is ook in beweging. De onderlinge bewegingsas is daarom niet gelijk aan de frontale as die de beweging van de arm in het descriptief anatomische assenstelsel beschrijft. Terugkerend naar het voorbeeld van de carrousel uit de inleiding van dit artikel, is het probleem vergelijkbaar met de vraag aan een toeschouwer buiten de carrousel om te beschrijven hoe het kind op het paard beweegt ten opzichte van de meedraaiende kaartjesverkoper. De strategie in dergelijke gevallen is om de beweging van beiden te beschrijven in het eigen referentiekader. Het verschil tussen deze twee beschrijvingen is dan gelijk aan het onderlinge bewegingsgedrag. De toeschouwers zien het kind draaien en op en neer verplaatsen. De kaartjesverkoper draait in hetzelfde referentiekader uitsluitend rond. Het verschil tussen deze twee bewegingen (op en neer bewegen) is dus wat er onderling plaatsvindt. Het schouderprobleem dient met een vergelijkbare strategie te worden opgelost. Deze methode is eerder door Faber en v.d. Zwaard uitgebreid in dit tijdschrift besproken (1). Figuur 14a tm d. Zuivere anteflexie van de arm om een frontale as leidt niet tot een volledige heffing van de arm. Het bereiken van de eindstand vereist een rotatie van de arm om zijn lengte-as (c).

12 Beweging van het schouderblad Het anteflecteren van de arm gaat gepaard met een beweging van het schouderblad. Deze beweging blijkt bijvoorbeeld uit de vergelijking van de twee röntgenfoto s van figuur 15. In figuur 15a hangt de arm af langs het lichaam, in figuur 15b is de arm maximaal geheven. De cavitas glenoidalis die in figuur 15a naar lateraal en iets naar craniaal gericht is, staat in figuur 15b aanzienlijk meer neer craniaal. Het feit dat het schouderblad tijdens een anteflexie als het ware om de thorax heen draait, blijkt uit de positie van de angulus inferior in figuur 15b. De angulus wordt op deze voor achterwaartse foto zichtbaar naast de thorax. Figuur 15a en b. De beweging van het schouderblad gedemonstreerd met behulp van een röntgen-foto. Het model van figuur 16 toont eveneens de start- en eindpositie van het schouderblad bij een anteflexie van de arm. De kanteling die het schouderblad ten op -zichte van de thorax (en dus ook in het descriptief anatomische assenstelsel) doormaakt, kan worden beschreven met een vector die gericht is naar craniaal, dorsaal en lateraal. Deze bewegingsas wordt bevestigd door onderzoek met behulp van röntgenonderzoek (2). Figuur 16a en b. Modelmatige weergave van de beweging van het schouderblad.

13 Figuur 17 toont opnieuw begin- en eindstand van het schouderblad bij een bewegingscombinatie van het schouderblad van achteroverkanteling, abductie en endorotatie. Aangezien er in dit model geen beweging wordt uitgevoerd in het art. humeri, beweegt de arm op een identieke wijze als het schouderblad en dus niet zuiver in het sagittale vlak. Indien een zuivere anteflexie van de arm gewenst is, dienen er in het schoudergewricht tegenkantelingen te worden gemaakt die ervoor zorgen dat de arm in het descriptief anatomische assenstelsel om een zuivere frontale as beweegt. Figuur 17a en b. Bij het heffen van de arm met behulp van uitsluitend de schoudergordel beweegt de arm niet om een zuiver frontale as. De kanteling die het schouderblad maakt kan, net als de beweging van het schouderblad, worden beschreven met behulp van een rotatievector. In figuur 18a wordt deze vector getoond. Bij ontbinding van de vector blijkt deze de drie eerder genoemde componenten te bevatten. De endorotatie en de abductie componenten in de vector zijn, indien een zuivere anteflexie van de arm gewenst is, ongewenste componenten. In het schoudergewricht zal de beweging tussen arm en schouderblad plaatsvinden om een zodanige as dat deze componenten worden gecompenseerd. De onderlinge as, beschreven in het descriptief anatomische assenstelsel, zal dus een adductie- en exorotatiecomponent dienen te bevatten (figuur 18b) die de eerder genoemde abductie en endorotatie componenten in de bewegings-as van het schouderblad compenseren. Een anteflexie component in deze vector is geen bezwaar aangezien dat ook de gewenste bewegingsrichting is. De vector die de onderlinge beweging tussen schouderblad en humerus beschrijft in het descriptief anatomische stelsel, is dus gericht naar ventraal, caudaal en lateraal.

14 Indien de vector voorstellende de onderlinge beweging in het schoudergewricht wordt opgeteld bij de vector die de beweging van het schouderblad beschrijft, volgens de zogenaamde kop-staart methode, ontstaat de resulterende vector welke zuiver frontaal staat. Figuur 18a en b. a. Vector voorstellend de beweging van het schouderblad in het descriptief anatomische assenstelsel. b. Vector voorstellend de beweging van de humerus ten opzichte van het schouderblad in het descriptief anatomische assenstelsel. Discussie De analyse leert ons dat er voor het ongestoord heffen van de arm om een zuivere frontale as in het schoudergewricht naast een anteflexie onvermoed ook een exorotatie en adductie component in de bewegingsas bestaat. Hierbij moet worden opgemerkt dat de exorotatie hierbij niet gedefinieerd is als een rotatie van de arm om zijn lengte-as (zoals bij het gebruikelijke meebewegende assenstelsel). Bedoeld wordt dat er gedurende het totale traject van heffen van de arm tussen scapula en humerus een beweging om een descriptief anatomische as moet optreden waarin een exorotatie-component aanwezig is. De onderlinge adductie moet op een vergelijkbare wijze worden geïnterpreteerd. De waarnemer die zich op het scapula bevindt zal de beweging van de humerus beschrijven als een combinatie van anteflexie, adductie en exorotatie terwijl de waarnemer die zich baseert op het descriptief anatomische assenstelsel (zoals U als de behandelaar van de arm) een zuivere anteflexie van de arm zal waarnemen.

15 Beide waarnemers hebben gelijk. Bewegen is immers relatief. Problemen ontstaan echter indien uitspraken die geldig zijn in het ene referentiekader worden toegepast in een ander referentiekader. De bewering dat de arm in het schoudergericht slechts anteflecteert tijdens een descriptief anatomische anteflexie is onjuist. Evenmin is het juist om de waarneming van de waarnemer op het schouderblad geldig te verklaren voor de ruimtelijke beweging van de arm. Als behandelaar van het schoudergewricht dient u zich af te vragen wat er tijdens het heffen van de arm in het gewricht precies gebeurt. Hopelijk draagt dit artikel bij aan uw vermogen om uw standpunt, daar waar nodig, te veranderen. LITERATUUR 1. Faber, H., Zwaard B. van der Osteokinematica van het schoudercomplex bij elevatie van de arm. Versus Tijdschrift voor Fysiotherapie 1999 nr. 2.: Koh, T.J. et al. Three dimensional in vivo kinematics of the shoulder during humeral elevation. Journal of applied biomechanics, Vol.14, 1998: