Figuur 1. De spier en het Centraal Zenuw Stelsel (CZS)

Transcriptie

1 Ton Leenders is ex-topsporter in het Olympisch gewichtheffen er werkt sinds midden jaren 80 met topsporters. Zijn werkzaamheden betreffen vooral kracht- en loop-training en voeding. Momenteel werkt hij in het tennis, volleybal, waterpolo, basketbal en schaatsen (DSB) en begeleidt hij individuele topsporters. Krachttraining voor sporters, deel 2 AANSTURING - THEORIE Ton Leenders werkt sinds het midden van de jaren 80 met topsporters. In een reeks van 4 artikelen geeft hij inzicht in zijn aanpak op het gebied van krachttraining. Dit tweede artikel gaat vooral over de invloed van het zenuwstelsel op het presteren. In het vorige deel van (Sportgericht ) werd al de relatie gelegd tussen het neurale programma in ons centraal zenuwstelsel (CZS) en het presteren. De topprestatie ontstaat doordat het CZS in continue interactie is met het lichaam. De activiteit van spieren, de standen van de gewrichten, de spanning op ligamenten, de houding van het hele lichaam enz. werken als input voor het centraal zenuwstelsel. Al deze input, gecombineerd met de voorstelling die wij ons maken van wat we willen doen, wordt verwerkt tot een alsmaar efficiënter programma. Dit programma is de output van het centraal zenuwstelsel, naar spieren enz. Het beter deze output georganiseerd is, hoe groter de prestatie. Er zijn natuurlijk wel andere factoren die de prestatie beïnvloeden. Lichaamslengte is er zo een. Of het zuurstof opname vermogen. De biochemie en fysiologie die deze laatste mogelijk maakt speelt zich op lokaal niveau af zoals hart, longen en betrokken spieren. De capaciteit en efficiëntie van dit soort processen heeft natuurlijk een heel grote invloed op de uiteindelijke prestatie. Ook voor duurtraining lijkt het erop dat het resultaat specifiek is. Een lange afstand loper heeft weinig aan lange afstanden zwemmen, en de zwemmer heeft weinig aan hardlopen. Het voorbeeld is overdreven vanwege een totaal ander gebruik van spieren, maar de conclusie is ook dat het trainen van het uithoudingsvermogen niet in de krachttraining thuis hoort. Behalve als het echt de bedoeling is om uithoudingsvermogen te kweken in de desbetreffende oefening. Praktisch voorbeeld: Basketbal en Volleybal. De krachttraining zoals ik die geef kent wel een duuraspect, vooral bij de sprongseries en medicine ballen, maar dit is nooit het hoofddoel van de training. De naar verhouding vele uren training in het basketbal en volleybal zelf bieden genoeg mogelijkheden voor het trainen van het uithoudingsvermogen. Duurvermogen is daar makkelijk onder zeer specifieke omstandigheden te trainen. Vandaar dat ik niet veel energie en tijd besteed aan training met een minder specifiek uithoudingsvermogen als doel. Figuur 1. De spier en het Centraal Zenuw Stelsel (CZS) Ander praktisch voorbeeld: Judo. In de krachttraining, in de dojo / sporthal, zit automatisch het trainen van duurvermogen want de judowedstrijd is van korte duur (tot 5 minuten) vergeleken met de krachttraining die gemiddeld 90 minuten duurt. Maar het judo kent wel een soort statisch uithoudingsvermogen, zoals het volhouden van een houdgreep. Een oefening als

2 touwtrekken of het statisch uithoudingsvermogen trainen met een partner is dus wel zinvol. voor zover dit laatste natuurlijk al niet in de judotraining uitgebreid aan bod komt. De uitlopers van de cellen in het centraal zenuwstelsel, de zenuwbanen verzorgen de communicatie tussen CZS en de spieren enz. die de prestatie mogelijk moeten maken. Zie de dendrieten en het axon in figuur 2. Het elektrische signaal langs deze uitlopers noemen we een actiepotentiaal. Het actiepotentiaal is een verschil in spanning tussen de binnenzijde en de buitenzijde van het membraan van de zenuwcel. In rust ligt deze spanning tussen de -50 en de 90 mvolt. Wanneer een impuls doorgezonden wordt, ligt deze spanning tussen de +20 en +30 mvolt. Figuur 2. De zenuwcel met uitloper (axon) Er is een maximum snelheid waarmee het CZS kan communiceren met de verderop gelegen structuren van ongeveer 200 m/s. De snelste reactie op wat er in de buitenwereld gebeurt is de z.g. reflex. Dit is een korte weg naar het ruggenmerg (onderdeel van het CSZ) én terug. Omdat het bewustzijn in de hersenen zetelt heeft de reflex al plaats gevonden voor we ons ervan bewust worden. Maar.. er is ook organisatie op lokaal niveau, want we zien (re)acties in deze structuren al vóór een signaal naar en van het CZS heeft kunnen gaan. Een echte democratie dus! De grote beslissingen worden gestuurd door het centraal commandocentrum terwijl daaronder lagere niveaus lokale beslissingen nemen. Dat is net zo efficiënt als wanneer wijzelf met de buurtbewoners besluiten om de rommel in de straat op te ruimen in plaats van te wachten op een beslissing vanuit Den Haag. Actiepotentialen die over een bepaalde zenuwvezel lopen zijn altijd gelijk van sterkte. Daarom kan de sterkte niet gebruikt worden om informatie over te brengen. Dat kan wel door veranderingen in de frequentie, het aantal actiepotentialen per seconde. Daarnaast wordt ook informatie overgedragen door variatie in de grootte van het interval tussen de opeenvolgende actiepotentialen. Figuur 3. Het kniegewricht

3 Schaatster Annette Gerritsen AANSTURING - INPUT Figuur 3 laat één gewricht van ons skelet zien. Maar een heel geraamte houdt ons op de been Dat wil zeggen, het is er stevig genoeg voor, maar wat houdt onze ruim 500 beenderen overeind? Daar zijn spieren, kapsels en banden voor. De neurale sturing die dit mogelijk maakt is niet zomaar aanwezig. Je ziet dat als een kind leert lopen. Dat doet het met vallen en opstaan. We beschouwen voorlopig slechts één enkel gewricht zoals de knie van figuur 3. De volgende sensoren verschaffen informatie aan het centraal zenuwstelsel. 1 Ruffini sensoren. In de buitenste lagen van het gewrichtskapsel. Ze zijn rekgevoelig en geven informatie over gewrichtstand en beweging. 2 Pacini sensoren. In de diepere lagen van het gewrichtskapsel. Zij geven informatie door over versnelling en vertraging. Ze zijn drukgevoelig. 3 Noci-sensoren. Liggen als vrije zenuwuiteinden verspreid rond het gewricht. Zij geven de pijnprikkel door. 4 Golgi pees-sensoren. Bevinden zich in de pezen en ligamenten (zoals de laterale en mediale banden en de kruisbanden in figuur 3.) en zijn gevoelig voor veranderingen in de spier / pees spanning. Al deze sensoren leveren dus onophoudelijk een grote stroom gegevens aan het centraal zenuwstelsel. We beschrijven dit proces met de term Proprioceptie: zelf-waarneming.

4 AANSTURING OUTPUT We kunnen ons de structuren rond en in het kniegewricht ondertussen voorstellen, en vooral hoe omvangrijk de informatie is die daar vandaan komt. De kruisbanden zoals te zien in de knie van figuur 3 dienen vooral om het signaal te genereren of boven en onderbeen nog in een acceptabele stand ten opzichte van elkaar staan. Het zenuwstelsel interpreteert alle input en genereert de aansturing van alle spieren die zorgen dat de juiste houding gewaarborgd blijft. Behalve de directe sturing door de zogenaamde prime movers, de spieren die de actie maken, zijn andere spieren bezig met coördinatie, stabiliteit, sturing, verdeling van vermogen enz. Stel je voor je oefent in het aannemen van een bal met rechts om het vervolgens direct met links richting doel te schieten. Nu moeten vrijwel alle gewrichten die we hebben bestuurd worden. Daar komt de onderlinge samenwerking tussen al deze gewrichten nog eens bij. Het geeft aan hoe ingewikkeld de totale neurale sturing is om in die situatie de bal richting doel te schieten. Schaatster Annette Gerritsen JUMPING JACK In de jaren 80 kwam de in 1998 te vroeg overleden Gerrit Jan van Ingen Schenau (1) met Jumping Jack. Deze pop, met veren en kabels als spieren werd later m.b.v. software gesimuleerd. Jack kon de verticale sprong uitvoeren. We leerden hieruit dat de spieren die aan één enkel gewricht aangehecht zijn (de mono-articulaire vasti en gluteï, respectievelijk in de hamstrings en billen) het vermogen genereren en dat de spieren die twee gewrichten overspannen (de bi-articulaire rectus femoris en gastrocnemius, respectievelijk voor op het been en in de kuit) zorgen voor sturing, overdracht van vermogen en efficiëntie. Alle bij de verticale sprong betrokken spieren blijken bij het presteren heel precies op elkaar afgestemd. Als bijvoorbeeld kracht en vermogen van de quadriceps-groep naar 150% gebracht werd liet Jack een minder hoge sprong zien. In de praktijk van het trainen zouden we kunnen zeggen: toch altijd meegenomen, een dergelijke krachtwinst van een bij de gewenste actie betrokken spier? Niet dus. Het CZS zendt een programma naar een buitenwereld waar de onderlinge verhoudingen veranderd zijn. Stel u bent schaakgrootmeester en u speelt een spannende match tegen een andere grootmeester. Na een gelijk opgaand gevecht wordt besloten de partij af te breken. Samen met uw secondanten analyseert u de stelling, zij gaan zelfs nog door als u de welverdiende nachtrust geniet. S morgens wordt gezamenlijk het hele programma opgesteld. Van iedere te verwachten zet van uw tegenstander is het beste antwoord bepaald. Alle lijnen zijn uitgezet. U neemt plaats achter het bord. wat blijkt? Er verschijnt een andere stelling op het bord. Een ware nachtmerrie! Alle voorbereiding en afstemming. uw programma voldoet niet. Uw tegenstander die zich op de juiste stelling heeft voorbereid walst over u heen.

5 Nu is het zo dat door training, in dit voorbeeld verticale sprongen, het programma in het CZS weer beter en beter wordt en zo de nieuwe verhoudingen van de spieren onderling opnieuw optimaal zal aansturen zodat uiteindelijk de beste prestatie weer mogelijk wordt. Dat is in de praktijk ook gebleken. De sportspecifieke training brengt de sporter weer terug op zijn optimale prestatievermogen. Daarna zou eventueel wél geprofiteerd kunnen worden van de gewonnen kracht. Ik denk zelfs dat, in termen van aansturing, de specifieke training continue de niet-specifieke effecten van andere trainingen moet corrigeren. De vraag is dus: hoeveel niet-specifieke training is optimaal? Er is namelijk veel tijdverlies. Om bij het voorbeeld te blijven, niet alleen de quadriceps moet dan sterker worden. Alle bij de sprong betrokken spieren moeten sterker worden. Dat betekent veel oefeningen en lange krachttrainingen. Daarnaast is er veel tijd en energie nodig om de aansturing weer te optimaliseren. De spieren moeten ook in een onderlinge verhouding, die alleen voor die betrokken sporter geldt, getraind worden. Deze onderlinge verhouding is onbekend. Het enige wat we hebben is een statistisch gemiddelde. En vaak is dat isokinetisch bepaald. De isokinetische contractie bestaat niet in de sportpraktijk. Er zijn nog meer overwegingen, bijvoorbeeld de functie van de bi-articulaire spieren is complex. De stand waarin ze staan is van belang. Een korte efficiënte training om de sprongkwaliteiten te verbeteren is, een combinatie van sprongen, bijvoorbeeld plyometrie, en kniebuigen met de halter. Daarmee zijn ook de andere genoemde problemen van a-specifiek trainen voor een groot gedeelte ondervangen. BEKEND EFFICIËNTER (m.b.t. wedstrijdsport) Maximale kracht vergroten Vermogen vergroten - grote gewichten - lage gewichten - lage snelheid - hoge snelheid - lage piekkrachten - hoge piekkrachten (o.a door pre-stretch*) - rugklachten - grotere belasting van pezen Eén gewricht betrokken bij de oefening Meerdere gewrichten betrokken bij oef. Weinig spiergroepen aan het werk Veel spiergroepen werken samen Apparaat Vrije halter / Vrij bewegen Geen balans / coördinatie training Aandacht voor balans / coördinatie - weinig proprioceptie* - proprioceptieve training* Sportschool Atletiekbaan, Sporthal - body building (spiermassa opbouw) - evt. spiermassa als gevolg van training - powerlifting (max. krachttraining) - vermogen en versnelling - spiergerichte training - aansturing gerichte training - weinig tot geen techniek - hoge technische eisen - vrijwel iedereen kent de trainingsvormen - stelt hoge eisen aan de trainer - vergt veel tijd binnen de totale training - korte KT - veel verschillende oefeningen - zo min mogelijk oefeningen Veel herhalingen (kwantiteit) Weinig herhalingen (kwaliteit) - krachtuithoudingsvermogen - niet in de KT maar in de sport zelf TABEL 1. In bovenstaande tabel laat de rechter kolom het zogenaamde top-down denken zien. Dat is training benaderen vanuit de aansturing gedachte. Dit in tegenstelling tot het bottom-up denken in de linker kolom waarbij spieren en maximale kracht het uitgangspunt zijn. Onderin zien we het kracht-uithoudingsvermogen vermeld. De top-down benadering leert ons dat het aantal herhalingen en de trainingstijd enorm toenemen als we in de krachttraining proberen

6 ons kracht-uithoudingsvermogen te verbeteren. Al die tijd bouwen we een sterk A-specifiek neuraal programma. De klassieke krachttraining blijkt de duurprestatie te verbeteren terwijl de VO2max (zuurstofopname) niet verandert (2). De Finnen noemden dit running economy een begrip wat duidelijk maakt dat de krachttraining de aansturing van het lopen verbetert. Sinnett laat in 2001 zien dat hoe beter de score in explosieve krachttesten, zoals de verticale sprong en het verspringen, hoe beter de 10km loopprestatie (3). Twee jaar later volgt het onderzoek van fysioloog Alan Jung van de universiteit van North Carolina (4). Ook hij werkt met goed getrainde lange afstand lopers en vergelijkt vier verschillende trainingsvormen. De krachttraining was drie maal per week. 1- Circuit training. Allerlei kleine oefeningen met 30 seconden rust tussen de sets. Aerobic. 2- Klassieke krachttraining. 2-3 sets van rond de 10 herhalingen. Belasting tot 80%. 3- Sport specifieke oefeningen op hoge intensiteit. 4- Plyometrie. Zeer explosief. Lichaamsgewicht met en zonder gewichtsvest. Explosief. Resultaten: de trainingen hadden geen invloed op de VO2max en alléén de klassieke krachttraining verbeterde de running economy. Training type 4 bleek de running economy zelfs te verslechteren. Training 4 is weliswaar een zeer goede training, maar de piekkrachten die optreden zijn (te) veel groter zijn dan die optreden bij het lopen van de lange afstanden. Daarmee is training 4 a-specifiek. Figuur 4. In: de informatie uit het lichaam én wat we willen. Out: de aansturing. INTERFERENTIE Bij training type 4 in het onderzoek van Jung is waarschijnlijk ook interferentie opgetreden. Als twee verschillende trainingen erg op elkaar lijken, worden er ook twee motorische programma s gemaakt om de aansturing van de twee taken te verzorgen. Zij lijken, gedeeltelijk, gebruik te maken van dezelfde structuren in onze hersenen. Ze gaan elkaar beïnvloeden. Denk aan competitie en verdringing. De sterkste is het programma dat de meeste dan wel krachtigste input krijgt. Om bij de genoemde lange afstandlopers van Jung te blijven, de plyometrie training betekende dieptesprongen, met een zo explosief mogelijke opsprong. Dus van een verhoging afstappen. Dat leverde harde landingen op. Grote krachten dus. Een heel nadrukkelijke stimulus (input) voor het centraal zenuwstelsel. Zie daar het dilemma van de krachttrainer: bij een poging zeer specifieke training te bedenken wordt de kans op interferentie groter. Anderzijds betekent a-specifieke training en grotere kans dat er geen vertaling naar de sport optreedt. Een ander voorbeeld is het krachttraining experiment van een topschaatser. Een jaar of 5 geleden stond in de krant dat dit volledig mislukt was omdat hij geen bocht meer kon schaatsen. Wat was er gebeurd? Er was 6 weken getraind op de zogenaamde trilplaat. Bottom-

7 up gezien worden de juiste spieren getraind, en bovendien specifiek. Bijvoorbeeld met de knie in de schaatshoek. Top-down geredeneerd betekent dat het weerstaan van de trillingen grote krachten vrijmaakt terwijl de krachten in het wedstrijdschaatsen tot ongeveer 1,5 maal lichaamsgewicht gaan. Het trilplaat programma zat het programma voor het schaatsen van een bocht blijkbaar behoorlijk in de weg. GENETICA Er is nog een heel andere sturing en directe(!) adaptatie als gevolg van training, en wel genetisch. Ons DNA bevat de code voor de eiwitten die al onze levensprocessen bepalen. En velen leven met het idee dat de informatie die in ons DNA is opgeslagen er ook uit komt, het is erfelijk dus.. De laatste 10 jaar zijn we dit duidelijk anders gaan zien. Het blijkt dat het DNA dat zich in de kern van iedere lichaamscel bevindt veel meer informatie bevat dan nodig is voor het bouwen van één persoon. Er zijn mechanismen aan het werk die zorgen dat genetische informatie uit of aan staat, en alles daartussen in. Het al dan niet lezen van de informatie op het DNA wordt sterk beïnvloed door omgevingsfactoren. We noemen dit epigenetica. Uit het DNA van de spiercel wordt, als gevolg van training, al na één uur andere informatie gelezen dan wanneer er niet getraind zou zijn (5). Ook eenvoudige voedingsfactoren spelen hier een rol. Dr. Claudia Kappen van de Nebraska University werkte met een speciale stam gemanipuleerde muizen. Ze hadden een defect gen zodat ze een heel slechte kwaliteit botten aanmaakten. Zulke muizen worden dan gebruikt voor onderzoek naar de ontwikkeling van het skelet. Na verhuizing bleken de muizen, hoewel genetisch identiek aan eerdere muizen die ALTIJD de ziekte ontwikkelden, nu opeens gezond te blijven. Aanvankelijk was dit een raadsel, tot bleek dat de muizen verhuist waren van kooien met zaagsel naar kooien met maisafval. Na onderzoek bleek dat de mais een hoeveelheid B vitamine leverde die voorkwam dat de foute informatie op een van de genen uitgelezen kon worden. Het DNA van de muis is onveranderd maar de muis blijft gezond! Niet alleen training maakt de atleet, ook de juiste voeding. We weten nog maar weinig van de epi-genetica maar er zijn al voedingsfactoren bekend die zich op meer dan 1000(!) plaatsen in ons DNA bemoeien met het al dan niet lezen van bepaalde informatie. Ik heb nog maar weinig ervaring met dit soort genetische manipulatie maar ik verwacht wel dat het in de nabije toekomst een belangrijke rol gaat spelen. De Chinezen bijvoorbeeld, die veel onderzoek doen op dit gebied, gaan veel meer dan wij uit van de maakbaarheid van een prestatie Voor meer over epi-genetica zie (Sportgericht ) Voeding en Prestatie deel 4, of op het net: Literatuur 1. From rotation to translation: constraints on multi-joint movements and the unique action of bi-articular muscles. Human Movement Science, 8: , Paavolainen et.al Explosieve strength training improves 5-km running time by improving running economy and muscle power. Journal of Applied Physiology. 86-5: Sinnett et. al. The relationship between field tests of anaerobic power and 10-km run performance. J. Strength Conditioning. Research 15-4: Jung, The impact of resistance training on distance running performance, Sports Medicine 2003: Response of rat muscle to acute resistance exercise defined by transcriptional and translational profiling. Yi-Wen Chen, Gustavo A. Nader*, Keith R. Baar*, Mark J. Fedele*, Eric P. Hoffman and Karyn A. Esser* Research Center for Genetic Medicine, Children's National Medical Center and George Washington University, Washington DC and * Muscle Biology Laboratory, School of Kinesiology, University of Illinois, Chicago, IL, USA