Versus Tijdschrift voor Fysiotherapie, 11e jrg 1993, no. 5 (pp )

Transcriptie

1 Auteur(s): G. van der Poel Titel: De kracht-snelheidsrelatie van een spier Jaargang: 11 Jaartal: 1993 Nummer: 5 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 De kracht-snelheidsrelatie van een spier H G. van der Poel et gebruik van de kracht-snelheidsrelatie van een spier als basis voor richtlijnen ten behoeve van (met name kracht-) training komt, ook binnen de fysiotherapie, met grote regelmaat voor. In dit artikel wordt gepoogd aan te geven dat de in vivo werkelijkheid van het menselijk bewegen vaak niet overeenkomt met ideeën die in de praktijk op basis van de krachtsnelheidsrelatie van een spier worden gehanteerd. In rechtdoorzee Nederlands leidt dit tot de volgende stelling. Binnen de fysiotherapie, de lichamelijke opvoeding en de sport wordt er vaak veel te simpel gedacht over de toepasbaarheid van de kracht-snelheidsrelatie van een spier als basis voor theorievorming en richtlijnen bij bijvoorbeeld krachttraining. In de 20'er en 30'er jaren maakte de fysioloog A.V. Hill (dezelfde van o.a. het gedragsmodel van een spier) de kracht-snelheidsrelatie, zoals weergeven in figuur 1, bekend. Voor het onderbouwen van de stelling van dit artikel is het van belang te weten hoe deze figuur tot stand is gekomen. De gegevens in deze grafiek komen uit experimenten met geïsoleerde, uitgeprepareerde spieren. Zoals in figuur 1b wordt geïllustreerd, wordt de spier bij variërende bekende belasting steeds elektrisch gestimuleerd tot een maximale isotonische contractie (met steeds dezelfde uitgangslengte, z.g. afterloaded contracties). Bij verschillende belastingen wordt de contractiesnelheid gemeten. Dit levert dus een serie meetpunten. Verbinden we die punten met elkaar door een lijn, dan verkrijgen we de in figuur 1a weergegeven curve. Figuur 1a. De klassieke kracht-snelheidsrelatie van A.V.Hill (1). Figuur 1b. (inzet). Verloop van de isotonische afterloaded contracties van een menselijke armspier bij belasting van 4, 8 en 15 kg. Gemodificeerd naar Schmidt (2). Figuur 1c (I & II). Verloop van kracht en snelheid tijdens twee submaximale pogingen. Uit het bovenstaande blijkt dat het gaat om maximale inspanningen (contracties) die in vivo als instruktie krijgen: "zo hard en zo snel mogelijk!". Een in de praktijk veel voorkomende misvatting is dat de doorgetrokken lijn in figuur 1a een "kontinu verband" aangeeft, dus altijd het gedrag van een spier uitbeeldt. De interpretatie is dan bijvoorbeeld: "als de geleverde kracht hoger is, is de snelheid dus lager". Het idee is dat, als we bijvoorbeeld de kracht (of belasting) veranderen, de snelheid eveneens moet veranderen. We "verschuiven automatisch over de lijn naar een ander punt op die lijn". Dit geeft ideeën als: "wanneer we een oefening snel laten uitvoeren is de benodigde kracht (altijd) relatief laag"; of: "voer oefeningen langzaam uit om veel kracht te leveren". Gezien de wijze waarop de krachtsnelheids-relatie tot stand is gekomen, geldt zo'n redenatie dus hoogstens alleen voor maximale inspanningen! In figuur 1c-I is het verloop te zien van kracht en snelheid van een submaximale poging. Als we de oefening sneller laten uitvoeren (figuur 1c-II) is het nog steeds mogelijk dezelfde belasting (bijvoorbeeld

3 het verplaatsen van een gewicht van 5 kg) te leveren, dus dezelfde kracht op te brengen. De genoemde praktijkinterpretaties gaan qua principe alleen op bij maximale pogingen met de instruktie: "zo hard en zo snel mogelijk"! Oefeningen die langzaam worden uitgevoerd om veel kracht te leveren bereiken dit doel alleen als de opgelegde belasting (bijvoorbeeld het te verplaatsen gewicht) voldoende hoog is! Bij submaximale inspanningen is er dus geen eenduidig verband tussen kracht en snelheid! Een tweede gevolgtrekking voor de praktijk is dat bij het meten van dynamische maximale kracht de snelheid (net als de uitgangspositie en het bewegingstrajekt) bij elke meting zo konstant mogelijk moet worden gehouden (gestandaardiseerd). Anders zal een gevonden verschil in maximale kracht te wijten kunnen zijn aan een andere snelheid of aan een andere belasting door het variëren van de gewrichtshoek. Figuur 1a is gemaakt op basis van "mono-articulair gedrag" van een spier. Het gaat in vivo echter niet om vrijgemaakte spieren maar om uitwendig geleverde kracht. Wanneer het gaat om bewegingen die worden bewerkstelligd door mono-articulaire spieren, dan is de kracht-snelheidsrelatie op zich relevant. De opgelegde belasting moet dan voor de spier wel gedurende de hele beweging konstant zijn! In vivo is er, behalve bij een maximale isometrische contractie, altijd sprake van een gedurende het bewegingsverloop variërende belasting door o.a. een variërend moment en de invloed van de zwaartekracht. Een tweede verschil in vivo ten opzichte van de laboratorium-situatie is dat er geen sprake is van een volledig isotone contractie. Met behulp van isokinetische apparatuur is het mogelijk om ook in vivo een. kracht-snelheidsrelatie samen te stellen, zoals te zien is in figuur 2. Figuur 2. Isokinetisch bepaalde kracht-snelheids-relatie bij in vivo kniestrekking (gesloten cirkels) gerelateerd aan de figuur en gegevens van de experimenten van Hill uit 1968 (open cirkels). Uit: Perrine & Edgerton (3). We zien dat de "isokinetische kracht-snelheidsrelatie" bij lage snelheden afwijkt van de klassieke curve. In dit experiment werd telkens op een vast "meetpunt" (30 vóór de volledige kniestrekking) de geleverde kracht gemeten. Dit werd herhaald bij verschillende snelheden. Er was dus minimale yariatie in de momentshoek. De gevonden "beperkte" krachtslevering bij lage snelheden - vergeleken met de verwachtingen op basis van de gegevens van uitgeprepareerde spieren - geeft aan, dat er Waarschijnlijk een neuraal regulatiemechanisme optreedt, dat de funktionele (concentrische) spanning limiteert. Wij gaan hier niet verder op in, omdat we alleen wilden verduidelijken dat uit het bovenstaande blijkt dat de laboratoriumsituatie, waaruit figuur la is voortgekomen, niet gelijk is aan de in vivo werkelijkheid. Zoals te zien in figuur 3 is de relatie tussen kracht en snelheid, tijdens één funktionele beweging in vivo, een geheel andere dan de serie maximale contracties die samen de curve van de krachtsnelheidsrelatie vormen. Figuur 3. De momentane kracht-snelheidsrelatie van de plantair flexoren gemeten op een isokinetische dynamometer (getrokken lijn) vergeleken met de relatie tussen kracht en snelheid tijdens een complexe beweging in de afzetfase (plantairflexie) bij een verticale sprong. Tijdens de

4 sprong blijkt er een piekvermogen geleverd te kunnen worden welke een faktor 10 hoger ligt dan het piekvermogen tijdens maximale plantairflexie op een isokinetische dynamometer (naar Van Ingen Schenau (4).) In deze figuur vinden we geen duidelijke "beperking" van de geleverde kracht bij lage snelheden zoals in figuur 2, omdat er bij de isokinetische metingen geen vast "meetpunt" is aangehouden. Gaat het dus om komplexere (funktionele) bewegingen, waarbij bi-articulaire spieren een rol spelen, dan is het in vivogedrag van deze spieren niet zomaar op basis van de kracht-snelheidsrelatie te voorspellen. Bi-articulaire spieren blijken te funktioneren als "sturingsinstrumenten" voor de richting van de te leveren kracht en als "transporters" van energie geleverd door "hoger gelegen" spieren. De aktiviteit van bijvoorbeeld de hamstrings en Mm. gluteï tijdens fietsen lijkt in eerste instantie tegengesteld aan de funktionele beweging. Ook het tijdstip van aktiviteit is niet zomaar in te schatten. Funktioneel blijken deze "co-contracties" echter noodzakelijk voor het "sturen" van de richting van de afzetkracht van de voet op het pedaal. Voor een uitgebreidere toelichting hierop verwijs ik graag naar de artikelen van G.J. van Ingen-Schenau in Geneeskunde & Sport en naar de relevante artikelen in dit tijdschrift. Dat het voorgaande een aanmerkelijk andere werkelijkheid geeft, wordt geïllustreerd in figuur 3. De isokinetisch gemeten kracht-snelheid van de plantairflexie van de enkel wordt weergegeven samen met de gemeten afzetkrachten en snelheden in de enkel tijdens een sprongafzet. Nu is dit natuurlijk het vergelijken van een appel (de activiteit van de plantairflexoren) met de inhoud van een komplete groentenwinkel (de krachten en snelheden rond de enkel zijn de resultanten van een komplexe opeenvolging van contracties van proximaal naar distaal). Dit geeft echter aan dat, wanneer bijvoorbeeld een sprongafzet getraind wordt, de kracht-snelheidsrelatie van een spier geen goede basis is voor richtlijnen dienaangaande! Ook bij andere funktionele bewegingen in vivo, zoals bijvoorbeeld de schaatsafzet, zijn zeer hoge krachten en zeer hoge snelheden gemeten. Bovendien blijken de kracht en de snelheid tijdens de beweging beide tegelijkertijd snel toe te nemen tot krachts-nivo's en rotatiesnelheden die vele malen hoger zijn dan de laboratorium kracht-snelheidsrelatie grootheden van spieren. Met name een toenemende kracht in kombinatie met toenemende (zéér hoge) snelheden, is niet te verwachten op basis van de klassieke kracht-snelheidsrelatie van een spier. Bij het trainen van bewegingen waarbij poly-articulaire spieren betrokken zijn (en bij welke funktionele bewegingen is dat niet het geval?) is het gezien de benodigde komplexe intermusculaire koördinatie noodzaak om funktioneel te trainen. Het is in de fysiotherapiepraktijk bij sommige patiënten echter (nog) niet mogelijk om funktioneel te trainen. Het is dan, behalve in situaties waarbij men puur de maximale kracht van (mono-articulaire) spieren tracht te verbeteren, zaak om zo vroeg mogelijk te trainen met belastingen waarbij het mogelijk is om de bewegingssnelheid van de funktionele in vivo situatie te benaderen. Het is immers bekend dat effecten van krachttraining snelheidsspecifiek zijn! Train je op lage snelheden, dan vind je de toename in kracht ook voornamelijk bij een lage bewegingssnelheid. Resumerend keren we terug naar de stelling van dit artikel. Binnen de fysiotherapie, de lichamelijke opvoeding en de sport wordt er vaak veel te simpel gedacht over de toepasbaarheid van de krachtsnelheidsrelatie van een spier als basis voor theorievorming en richtlijnen bij bijvoorbeeld krachttraining. Uit het bovenstaande is hopelijk duidelijk geworden dat de kracht-snelheidsrelatie alleen iets zegt over gedrag van mono-articulaire spieren tijdens "maximale efforts". De instruktie moet altijd zijn: "zo hard en zo snel mogelijk". In de in vivo werkelijkheid van funktioneel bewegen is de kracht-snelheidsrelatie geen basis voor trainingsrichtlijnen. De toepasbaarheid van de kracht-snelheidsrelatie is ronduit slecht. De moraal van het verhaal is dus: gooi de kracht-snelheidsrelatie weg en denk funktioneel. LITERATUUR 1. Hill, A.V. First and Last Experiments in Muscle Mechanics. Cambridge University Press, London, Schmidt, R.F. & Thews, G. Human Physiology. Springer Verlag, New York, 1983.

5 3. Perrine, J.J. & Edgerton, V.R. Muscle force-velocity and power-velocity relationships under isokinetic loading. Medicine and Science in Sports. 10: (3): , Van Ingen Schenau, G.J. Kracht en snelheid 2: De momentane moment-hoeksnelheidsrelatie. Geneeskunde & Sport. 17: (1): 25-29, 1984.