Auteur(s): A. Lagerberg Titel: Kracht, richting en diagnostiek Jaargang: 19 Jaartal: 2001 Nummer: 2 Oorspronkelijke paginanummers:

Transcriptie

1 Auteur(s): A. Lagerberg Titel: Kracht, richting en diagnostiek Jaargang: 19 Jaartal: 2001 Nummer: 2 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 KRACHT, RICHTING EN DIAGNOSTIEK Aad Lagerberg A. Lagerberg, Fysiotherapeut, Vakgroep Beweging & Analyse opleiding Bewegingstechnologie Haagse Hogeschool; Albert Schweitzer Ziekenhuis Dordrecht. Inleiding De beoordeling van de spierkracht van een patiënt wordt in de fysiotherapie sinds lange tijd met behulp van manuele weerstandstesten uitgevoerd. Aangezien de uitkomst van dergelijk manueel onderzoek moeilijk in een objectieve maat is uit te drukken, wordt het krachtonderzoek tegenwoordig ook wel uitgevoerd met zogenaamde dynamometers (Figuur 1). Deze apparaten registeren de door de patiënt uitgeoefende trek en/of drukkracht. De instrumenten kunnen worden gebruikt bij diagnostiek, maar worden ook wel ingezet bij de evaluatie van een trainingsprogramma. Figuur 1. Testen van de strekkracht van de knie met een handdynamometer. Met de komst van fitnessapparatuur in fysiotherapiepraktijken is het echter ook steeds gebruikelijker geworden om de score van een patiënt op bijvoorbeeld een leg-press machine voor deze doeleinden te gebruiken. In dit artikel worden een aantal principes besproken die van belang zijn bij de interpretatie van spierkrachttesten. Bij het uitoefenen van krachten op de buitenwereld moet niet alleen voldoende spierkracht rond de gewrichten aanwezig zijn om het interne evenwicht te waarborgen, maar moet het lichaam als geheel ten opzichte van de buitenwereld eveneens in evenwicht zijn (externe evenwichtseisen). Na een korte schets van de principes die gelden bij het handhaven van het externe evenwicht, wordt ingegaan op de wijze waarop het interne evenwicht wordt gerealiseerd. Tenslotte wordt ingegaan op de consequenties van het bovenstaande voor diagnostiek en therapie. Externe evenwichtseisen In eerste instantie kijken we met behulp van een eenvoudig model naar de rol van de externe evenwichtseisen bij het genereren van krachten. Figuur 2 toont een staand persoon. Het lichaamszwaartepunt ligt loodrecht boven het enkelgewricht op een afstand van 100 cm. Stel dat deze persoon in deze houding met gestrekte armen een horizontale trekkracht uit wil oefenen. We gaan er in dit eerste voorbeeld van uit dat de desbetreffende persoon onbeperkt in staat is alle interne momenten (rond de gewrichten) te leveren en dat er voldoende wrijvingskracht op de vloer kan worden opgewekt om te voorkomen dat de persoon wegglijdt.

3 Onder die omstandigheden wordt de trekkracht gelimiteerd door het moment dat het lichaam ten opzichte van het kantelpunt met de vloer kan leveren. In dit voorbeeld wordt de punt van de schoen als kantelpunt beschouwd. Bij een lichaamsgewicht van 80 kg, een schouderhoogte van 150 cm en een horizontale afstand van de punt van de schoen tot de werklijn van de zwaartekracht van 20 cm, bedraagt de maximaal mogelijke trekkracht in horizontale richting op schouderhoogte circa 100 N (zie figuur 2a). Figuur 2. Modelmatige benadering van de externe evenwichtssituatie van het lichaam. S = schouder Z = lichaamszwaartepunt e = enkelgewricht t = metatarsophalangeale gewrichten. Met een dergelijke trekkracht op een afstand van 150 cm van het draaipunt wordt namelijk een moment gegenereerd rond het kantelpunt dat gelijk is (maar tegengesteld gericht) aan het moment ten gevolge van de zwaartekracht. Hoe sterk dit individu ook is, onder deze condities kan slechts net iets meer dan 10 kg trekkracht worden gegenereerd. De uitslag van een meting die bedoeld was om vast te stellen hoe sterk iemand is, levert dus bij deze uitvoering geen valide beeld op. De limiterende factor onder deze omstandigheden is niet de beschikbare spierkracht, maar het door het lichaamsgewicht te genereren moment om het kantelpunt. De prestaties kunnen worden verbeterd door het aangrijpingspunt van de uit te oefenen trekkracht dichter bij het kantelpunt te brengen (omlaag), of de werklijn van de zwaartekracht werkend op het lichaam verder van het kantelpunt vandaan te brengen. Indien de trekkracht wordt uitgeoefend met afhangende bovenarmen komt het aangrijpingspunt van de trekkracht ongeveer 40 cm lager en dus dichter bij het kantelpunt te liggen. Dit betekent onder overigens ongewijzigde omstandigheden dat de trekkracht kan worden opgevoerd tot 145 N (figuur 2b). Door het lichaam in de enkelgewrichten (die in het model voor het rekengemak op dezelfde hoogte liggen als het kantelpunt) achterover te kantelen, worden echter beide genoemde factoren in positieve zin beïnvloed. Figuur 3a toont een persoon in een 45 achterover gekantelde positie van het lichaam. Het lichaamszwaartepunt komt door deze standsverandering verder achter het kantelpunt te liggen. Figuur 3. De invloed van het achterover kantelen van het lichaam op de maximaal mogelijke trekkracht. Het zwaartepunt komt hierdoor op 71 cm achter de enkel-as en dus op 91cm van het kantelpunt. Door deze manoeuvre neemt echter ook de lastarm van de trekkracht af. De achteroverkanteling van het lichaam maakt dat de verticale afstand van de schouder tot het kantelpunt afneemt van 150 tot 106 cm. De trekkracht die kan worden gegenereerd met gestrekte armen bedraagt nu 687 N. Met afhangende bovenarmen bedraagt de maximaal mogelijke trekkracht nu zelfs 1103 N (figuur 3b). Ondanks de voordelen die het trekken met afhangende armen heeft voor het externe momentenevenwicht, wordt deze uitvoering zelden gekozen. Dit valt te begrijpen uit de consequenties die een dergelijke uitvoering heeft voor de interne evenwichtseisen (de optredende momenten rond de schouder nemen enorm toe). Op dit aspect van de evenwichtseisen komen wij zo dadelijk terug.

4 Het achterover kantelen van het lichaam als methode voor het opvoeren van de maximaal mogelijke trekkracht is een veel gebruikte lichaamshouding die overal waar flinke trekkrachten moeten worden uitgeoefend valt waar te nemen (figuur 4). Figuur 4. Voorbeelden van activiteiten waarbij van dit mechanisme gebruik wordt gemaakt. Een tweede methode die kan worden toegepast om grote trekkrachten uit te oefenen wordt getoond in figuur 5. Door op de getoonde wijze een of beide benen tegen een vast punt te plaatsen, wordt het steunvlak van het lichaam ten opzichte van de buitenwereld zodanig verlegd dat de uitgeoefende trekkracht door het steunvlak verloopt. Op deze wijze bestaat er niet langer een moment om het kantelpunt van het lichaam en wordt de maximaal uit te oefenen trekkracht niet langer gelimiteerd door de externe evenwichtseisen. Natuurlijk blijven er ook in deze situatie wel interne evenwichtseisen waaraan voldaan moet zijn. Figuur 5. Wijziging van het steunvlak (verdere verklaring in de tekst) Interne evenwichtseisen Figuur 6 toont een persoon die druk doende is een zware kast te verschuiven. In vrijwel elk mechanica leerboek is deze situatie terug te vinden. Het leerzame van dit voorbeeld schuilt in het feit dat met behulp van enkele eenvoudige berekeningen kan worden duidelijk gemaakt dat het onder dergelijke omstandigheden onvermoed handiger is om onder een bepaalde hoek aan de kast te trekken in plaats van zuiver horizontaal. Op het eerste gezicht zou je immers denken: De kast moet naar rechts en dus is een trekkracht die horizontaal naar rechts gericht is, het meest gunstig (figuur 7a). Elke gram trekkracht is dan immers in de juiste richting gericht. Bij het trekken onder een hoek (figuur 7b) kan de kracht die wordt geleverd, worden ontbonden in een component in de gewenste bewegingsrichting (Ft.cos ) en een component daar loodrecht op (Ft.sin ). Bij een gelijke uitgeoefende kracht op het touw is de component in de bewegingsrichting dan natuurlijk kleiner dan in situatie a. De component loodrecht op de effectieve component levert op het eerste gezicht geen bijdrage aan de verplaatsing van de kast in de gewenste richting en lijkt daarmee niet nuttig. Toch ligt de zaak in werkelijkheid anders. De weerstand die moet worden overwonnen bij het verschuiven van de kast is het gevolg van de wrijvingskracht tussen de kast en de vloer. Deze wrijvingskracht (Fw) is afhankelijk van de normaalkracht (Fn) welke gelijk is aan de reactiekracht van de vloer op de kast en van de aard van de materialen die over elkaar schuiven (de wrijvingscoëfficiënt f). In een formule: Fw = Fn*f Figuur 6. Uiteraard verandert de wrijvingscoëfficiënt tussen de kast en de vloer niet door onder een hoek te trekken: de materialen blijven immers hetzelfde. De normaalkracht die door de vloer op de kast wordt uitgeoefend verandert echter wel. In het geval van zuiver horizontaal trekken aan het touw (figuur 7a) is Fn gelijk, maar tegengesteld gericht aan de zwaartekracht welke op de kast werkt. Bij het trekken onder een hoek heerst er minder druk op de vloer (figuur 7b). De component van de trekkracht welke omhoog gericht is (ft.sin ), levert immers ook een bij-

5 drage aan het dragen van de kast. De zwaartekracht op de kast wordt nu dus voor een deel in evenwicht gebracht door de normaalkracht van de vloer op de kast en voor een deel door de spankracht in het touw. De reductie van de heersende normaalkracht maakt dat de optredende wrijvingskracht vermindert. De effectieve component van de trekkracht wordt door het trekken onder een hoek weliswaar wat kleiner, maar de weerstand die moet worden overwonnen (de wrijvingskracht) ook. Binnen bepaalde grenzen van de trekhoek blijkt de afname van de wrijvingsweerstand ten gevolgen van het dragen van de kast groter te zijn dan het verlies aan effectieve trekkracht. Figuur 7. Krachten op de kast. Fn = normaalkracht Ft = trekkracht Uit berekeningen (die hier verder achterwege worden gelaten) valt op te maken dat de optimale hoek om in dit soort situaties te trekken wordt bereikt indien de tangens van de trekhoek (ft.sin / ft.cos ) gelijk is aan de wrijvingscoëfficiënt. In de grafieken van figuur 8a en b wordt het verband tussen trekkracht en trekhoek uitgezet bij twee verschillende (statische) wrijvingscoëfficiënten. In figuur 8a wordt de benodigde trekkracht om een kast van 200 kg te verschuiven weergegeven. Bij een horizontale trekrichting is (bij een wrijvingscoëfficiënt van 0,4) een trekkracht van 800N nodig om de kast in beweging te brengen. Bij de optimale trekhoek van 22 is slechts een trekkracht van 743N nodig (punt p in de grafiek). Indien de vloer stroever is (f = 0,6) is de benodigde trekkracht natuurlijk groter (Figuur 8b). Bij een horizontale trekrichting is nu 1200N nodig. De benodigde trekkracht bij de optimale trekhoek (die nu 31 bedraagt) is 1029N (punt p in de grafiek). Hoe stroever de vloer, hoe schuiner dus aan de kast getrokken moet worden voor het beste resultaat. Figuur 8a en b. Het verband tussen trekkracht en trekhoek (verdere verklaring in de tekst). Bij analyses van de wijze waarop mensen krachten op de buitenwereld uitoefenen doen zich fenomenen voor die gelijkenis vertonen met het hierboven besproken voorbeeld van het verschuiven van de kast. Net als bij het voorbeeld van de kast lijken mensen in bepaalde situaties op het eerste gezicht voor een weinig effectieve bekrachtigingsrichtingen te kiezen. Een relevant experiment in dit verband is beschreven in het proefschrift van Doorenbosch (1). Figuur 9 toont schematisch de gebruikte proefopstelling. Een proefpersoon wordt gevraagd om vanuit een vastgelegde zittende positie zo hard mogelijk met de voet tegen het plateau te duwen.(onder de rechter voet). Het plateau kan uitsluitend schuin achterwaarts omlaag worden gedrukt. De richting en de grootte van de uitgeoefende kracht wordt door de in het plateau inge-

6 bouwde force-plate geregistreerd. Het plateau beweegt met een vaste snelheid omlaag, onafhankelijk van de uitgeoefende kracht (een isokinetisch systeem). Een isokinetische apparaat genereert overigens een uiterst onnatuurlijke vorm van weerstand. Stelt u zich bijvoorbeeld een isokinetische fiets voor. Op een dergelijke fiets draaien de cranks rond met een snelheid die niet wordt beïnvloed door de hoeveelheid kracht die u er op uitoefent. Of u al dan niet uw best doet of zelfs op de pedalen gaat staan wordt dus uitsluitend zichtbaar door een registratie van de uitgeoefende kracht op de pedalen, maar vertaalt zich niet in een hogere snelheid. De test wordt onder twee wisselde condities uitgevoerd. In de eerste situatie wordt de voet stevig bevestigd op het plateau (figuur 9a). In het tweede geval wordt de proef uitgevoerd terwijl de proefpersoon een rolschaats draagt (figuur 9b). Het gevolg van het dragen van een rolschaats is dat de proefpersoon wordt gedwongen om uitsluitend loodrecht op het plateau te duwen. De rolschaats zou immers direct van het plateau af rijden indien schuin op het plateau werd geduwd. De proefpersonen blijken bij de uitvoering met de gefixeerde voet een voorkeur te vertonen voor het schuin op het plateau richten van de kracht. In figuur 9 wordt de gemiddelde richting van de kracht op de forceplate onder beide condities getoond. Net als bij het voorbeeld van de boekenkast is er hier bij oppervlakkige beschouwing sprake van een ongunstige richting van de uitgeoefende kracht. De kracht staat immers onder een hoek met de verplaatsingsrichting van het plateau waar tegen wordt geduwd. Bij het verschuiven van de kast bleek dat de te overwinnen wrijvingsweerstand gunstig werd beïnvloed door het trekken onder een hoek. In dit voorbeeld is daar echter geen sprake van. Het isokinetisch bewegende plateau verplaatst, indien er een kracht omlaag op wordt uitgeoefend, met een vaste snelheid omlaag, onafhankelijk van de grootte van de uitgeoefende kracht. De eigenschappen van de te overwinnen weerstand worden in dit geval dus niet gunstig beïnvloed door de schuin aangrijpende kracht. Waar is het voordeel dan wel op gebaseerd? Momentenverdeling en krachtrichting Figuur 9a en b Gemiddelde richting van de uitgeoefende kracht op de force-plate.

7 Figuur 10a en b. a. De uitgeoefende kracht (Fd) kan worden ontbonden in een effectieve component (Fe) en een ineffectieve component (Fi). b. In deze situatie is de uitgeoefende kracht gelijk aan de effectieve kracht. Naast het verschil in gekozen duw richting onder de beide condities is er tevens sprake van een opvallend verschil in de grootte van de uitgeoefende kracht. De kracht op het plateau bij een gefixeerde voet (Fd in figuur 10a) kan worden ontbonden in een effectieve component (Fe) welke loodrecht op de voetplaat staat en een loodrecht daarop staande ineffectieve component (Fi). In het geval van de loodrecht gerichte duw kracht van de situatie met de rolschaats is de uitgeoefende duw kracht in zijn geheel effectief gericht (Fd = Fe in figuur 10b). Zoals uit een vergelijking van beide figuren echter duidelijk blijkt is ondanks de schuin gerichte duwkracht de effectieve kracht in de bewegingsrichting van het plateau in situatie a toch het grootst. Bij het beoordelen van de noodzakelijke krachtleverantie door de spieren om in de getoonde richting kracht uit te oefenen dient na te worden gegaan welke momenten rond de gewrichten moet worden geleverd om in de getoonde richting kracht uit te oefenen. Indien het eigen gewicht van het onder- en bovenbeen buiten beschouwing wordt gelaten, kan de noodzakelijke momentenleverantie rond de gewrichten van de onderste extremiteit voor een bepaalde richting en grootte van een uitwendige kracht worden gevonden door de momentsarmen van de reactiekracht van de gegenereerde duwkracht tot de gewrichtsassen te bepalen. De gegenereerde momenten rond de gewrichten dienen immers in evenwicht te zijn met de tegengesteld gerichte momenten van de reactiekracht. Het feit dat veel minder kracht kan worden geleverd bij het duwen indien een rolschaats wordt gedragen is te verklaren uit de verschillen in de momentsarmen die over de heup en de knie optreden in beide situaties. In figuur 10a en b worden de momentsarmen van de kracht tot de gewrichtsassen van heup en knie getoond (afstanden a en b). De werklijn van de kracht verloopt in het tweede geval veel verder van de heupas. Tevens verloopt de werklijn (vergeleken met figuur a) aan de andere zijde van het kniegewricht. Dit betekent dat er in tegenstelling tot situatie a, waar een extenderend moment door de kniestrekkers wordt geleverd, in deze situatie een flecterend kniemoment door kniebuigers is geleverd terwijl de bewegingsuitvoering gepaard gaat met een strekking van de knie. Van Ingen Schenau et.al. hebben gepubliceerd over de rol van poly-articulaire spieren in dergelijke situaties (2). Ook in dit tijdschrift stonden wij al eens stil bij deze fenomenen (3,4). De richting van de duwkracht op het plateau (en dus ook van de reactiekracht op de voet) is het gevolg van de verhouding tussen en de richting van de uitgeoefende momenten rond de betrokken gewrichten. Een andere verhouding in de gegenereerde momenten leidt tot een andere richting van de kracht.

8 In figuur 11a is de situatie van het duwen op het plateau met behulp van een computermodel (vervaardigd in het programma Interactive Physics) schematisch nagebootst. Ter vereenvoudiging wordt het model bekrachtigd door slechts twee spieren namelijk een extensor over de heup en een extensor over de knie. Het onderbeen en de voet vormen één element. De analyse heeft betrekking op een statische situatie. Met behulp van de schuifregelaars (S) kan de spankracht in de actuatoren (spieren) worden geregeld. Actuatoren kunnen zowel duw- als trekkrachten leveren. Figuur 11a t/m d. Modelmatige analyse van de relatie tussen momentleverantie en krachtrichting. Verdere verklaring in de tekst. Negatieve waarden betekenen dat er een trekkracht wordt uitgeoefend. Het bereik van de actuatoren in dit model loopt om die reden van 0 tot een arbitraire negatieve waarde van -100N. Dat dergelijke waarden een onderschatting zijn van de werkelijk mogelijke spierkrachten doet bij deze analyse niet ter zake. De optredende duwkracht op het plateau welke het gevolg is van de gegenereerde momenten rond de twee gewrichten, wordt door het programma berekend. In figuur 11a worden geen spieren geactiveerd. Aangezien het eigen gewicht van het boven en onderbeen opnieuw buiten beschouwing wordt gelaten, heerst er ook geen kracht op het plateau. In figuur 11b is de extensor van de knie maximaal aangespannen. De weergegeven duwkracht (Ft) verloopt onder invloed van het uitgeoefende strekkende moment schuin naar voren. Merk op dat de werklijn van de kracht geheel automatisch door de heupas verloopt. Dit valt te begrijpen uit het gegeven dat er rond de heup geen momenten worden gegenereerd door spieren. Er kan dus ook uitsluitend evenwicht rond de heup heersen indien de reactiekracht door de heupas verloopt. In figuur 11c wordt de heupextensor maximaal aangespannen, terwijl de kniestrekker niet langer actief is. Deze wijziging van de bekrachtiging heeft duidelijke gevolgen voor de richting van de duw kracht. Analoog aan de voorgaande situatie verloopt de werklijn van de duwkracht nu door de knie-as. Indien beide strekkers gelijktijdig maximaal worden aangespannen resulteert dit in een richting van de kracht die wordt getoond in figuur 11d. De grootte en richting van de reactiekracht in deze situatie komt overeen met de som van beide voorgaande vectoren. Met behulp van de twee strekkende spieren rond heup en knie blijkt het mogelijk om binnen bepaalde grenzen (namelijk tussen de heup- en de knie-as) de uitgeoefende kracht te richten. Richtingen waarbij de werklijn achter

9 de heup-as of voor de knie-as verloopt, blijken met behulp van deze twee extenderende spierkrachten niet mogelijk te zijn. Dergelijke duwrichtingen vereisen andere momenten rond heup en knie. In figuur 12 is het model uitgebreid met een heup en een knie buiger. Figuur 12a en b. Uitbreiding van het model met een heup- en een kniebuiger. Verdere verklaring in de tekst. In figuur 12a is te zien dat een reactiekracht die ventraal van de knie verloopt kan worden gegenereerd met behulp van een heup-extensor in combinatie met een knie-flexor. Vergeleken met de geïsoleerde actie van de heupstrekker (figuur 11c) is de duwkracht verder afgenomen. Dit is te begrijpen uit het feit dat de inschakeling van de knie-flexor niet alleen invloed heeft op de richting maar ook op de grootte van de duwkracht. Het geïsoleerde resultaat van de knie-flexor (niet weergegeven in de figuren) zou uiteraard een trekkracht op het plateau zijn en geen duwkracht. In verband daarmee neemt de duwkracht ten gevolge van de inschakeling van de knie-flexor af ondanks de inzet van een extra spiergroep. Op overeenkomstige wijze valt uit figuur 12b te begrijpen dat een duwkracht welke achter de heupas verloopt de inschakeling van een knie-extensor in combinatie met een heup-flexor vereist. Ook hierbij wordt uit de vergelijking met figuur 11b duidelijk dat een dergelijke inschakeling van heup-buigers de duwprestatie nadelig beïnvloed. Het totale gebied waarin duw krachten op het plateau kunnen worden geleverd valt op basis van het bovenstaande in te delen in drie domeinen. De situatie waarin de krachten evenwijdig aan het plateau gericht worden, wordt hier als de uiterste krachtrichting beschouwd die nog als duwen mag worden aangemerkt. In figuur 13a zijn deze drie domeinen weergegeven. Figuur 13a en b. a. De richting waarin krachten op het plateau kunnen worden uitgeoefend kan worden verdeeld in drie domeinen. b. Wijziging van de prestaties bij reductie van de strekkracht van de knie met 50%. De kracht-richtingen in domein 1 vereisen een combinatie van strekkende momenten rond de knie en buigende momenten rond de heup. In domein 2 worden de strekkers van heup en knie gebruikt. In domein 3 tenslotte bestaat er een combinatie van strekkende momenten rond de heup en buigende momenten rond de knie. De noodzakelijke richting (strekkend of buigend) van de spiermomenten in de diverse domeinen is onafhankelijk van de gekozen maximale spiermomenten in het model. De driehoek in figuur 13a vormt de omhullende van de maximaal mogelijke reactiekracht in elke richting. Hier is duidelijk waarneembaar dat de grootste duw krachten kunnen worden gerealiseerd in domein 2. Pogingen om loodrecht op het plateau te duwen vallen in domein 3. De maximaal te genereren duwkracht is hier veel lager. Tevens valt op dat vooral in domein 2 de prestaties snel afnemen indien de richting van de duwkracht iets varieert. In het gebruikte model wordt de maximale spankracht in alle spieren gelijk verondersteld (100N). Aangezien de momentsarmen van de betrokken spieren ook gelijk zijn gehouden, is de maximale momentleverantie van de spieren eveneens gelijk. Bij andere verhoudingen tussen de spiermomenten dan

10 gebruikt in dit model gelden niet alleen andere maximale krachten, maar ook andere optimale duw-richtingen. De gevolgen van krachtsverlies In figuur 13b is de omhullende van de maximale prestaties getekend indien de kniestrekkers 50% zwakker zijn ten gevolge van een parese. In domein 1 en 2 is de invloed echter duidelijk zichtbaar aan een afname van de maximaal te genereren reactiekracht. In het gehele domein 1 nemen de prestaties af. De richting waarin de grootste kracht kan worden geleverd valt nog steeds in domein 2. De maximale prestatie is niet alleen afgenomen, maar wordt ook in een andere richting geleverd. Dit is een belangrijk gegeven. Krachtsverlies van spieren heeft niet alleen gevolgen voor de grootte van de mogelijke kracht die op de buitenwereld kan worden uitgeoefend, maar ook voor de richting waarin deze maximale prestatie geleverd kan worden. Bij bestudering van de prestaties van het model met de verzwakte kniestrekkers valt nog iets op. Er bestaan ondanks het evidente krachtsverlies ook richtingen waarin het model dezelfde duwkrachten weet te genereren als in de situatie waarin de kniestrekkers 50% sterker waren. De afname van de strekkracht van de knie heeft bijvoorbeeld geen consequenties voor de prestaties in domein 3. Dit is begrijpelijk aangezien daar geen kniestrekkers werden gebruikt. Het gebied waarin geen wijzigingen van de prestatie optreden is in figuur 14 grijs gearceerd. Figuur 14. In het gearceerde gebied treden ondanks het verlies aan spierkracht geen wijzigingen in de duw prestatie op. Hieruit blijkt dat zelfs in het gebied waar beide strekkers actief dienen te zijn (domein 2) duw richtingen te vinden zijn waarbij exact dezelfde maximale prestaties geleverd worden. Indien in deze richtingen prestaties worden gevraagd of testen worden uitgevoerd blijft een evident bestaand krachtsverlies dus onopgemerkt. Het is zelfs denkbaar dat een persoon met een volledig uitval van de kniestrekkers een duwkracht op het plateau levert.. Een geïsoleerde contractie van de heupstrekkers levert tenslotte ook een duwkracht op, waarbij de werklijn van de kracht precies door de knie-as verloopt (zie figuur11c). Het testen van spierkracht Bij het testen van de spierkracht gaat de interesse van de onderzoeker natuurlijk uit naar de mate waarin door de patiënt aan de interne evenwichtseisen kan worden voldaan. Het is hierbij belangrijk te bedenken dat er van het feitelijk testen van de kracht van een spier nooit sprake kan zijn (figuur 15). Figuur 15. De onderzoeker levert een moment (Fe. a) en de patiënt levert eveneens een moment (Fs. b). De onderzoeker oefent een moment uit over een of meer gewrichten (uitgeoefende kracht (Fe) maal de afstand tot de gewrichtsas (a)). De patiënt reageert eveneens met een moment (de spierkracht (Fs) maal de afstand tot de gewrichtsas (b)). Indien de onderzoeker zijn weerstand dichter bij de gewrichts-as uitoefent (bijvoorbeeld halverwege de onderarm) kan de patiënt zonder toename van zijn spierkracht een grotere externe kracht overwinnen. Het product van de externe kracht en de momentsarm (het door de onderzoeker uitgeoefende moment) is immers gelijk gebleven.

11 Versus Tijdschrift voor Fysiotherapie,19e jrg 2001, no.5 (pp ) Naast de interne evenwichtseisen moet echter ook steeds rekening worden gehouden met de externe eisen. Figuur 16 toont een testuitvoering waarbij een dynamometer wordt gebruikt om de abductoren van de arm te testen. Figuur 16. Test voor de abductiekracht van de arm met een dynamometer. Naast de momenten rond de schouder ontstaan er natuurlijk ook momenten rond andere gewrichten. In figuur 17a worden een aantal van dergelijke momenten getekend. De kracht op de arm moet niet alleen in evenwicht worden gehouden rond de schouder (1), maar ook in de wervelkolom (2), de rechter heup (3) en de rechter enkel (4). Tevens moet het lichaam als geheel ten opzichte van de vloer in evenwicht worden gehouden (5). De score van de proefpersoon is dus niet uitsluitend afhankelijk van de beschikbare spierkracht rond de schouder. Het is even goed denkbaar dat de mogelijke kracht op de arm wordt gelimiteerd door de evenwichtseisen rond een van de andere verbindingen. Figuur 17b toont een compensatie die bij een dergelijk test vaak kan worden waargenomen. Door een lateroflexie van de romp en een verschuiving van de projectie van het zwaartepunt naar het linker been wordt de momentsarm van de last rond diverse gewrichten kleiner. Dit geldt niet voor het schoudergewricht. Tevens wordt de bijdrage van het lichaamsgewicht aan de noodzakelijke tegengestelde momenten rond de wervelkolom, de heup de enkel en het kantelpunt op de vloer groter. Figuur 17a en b. Modelmatige voorstelling van de optredende momenten bij de test van figuur 16. Verdere verklaring in de tekst. De modelmatige analyse van het effect van krachtsverlies van de kniestrekkers liet zien dat de interpretatie van de resultaten bij testuitvoeringen waarbij rond meerdere gewrichten momenten worden gevraagd bijzonder moeilijk is. Bij een geïsoleerde test is dit veel eenvoudiger. Ter verduidelijking vergelijken we de prestatie van een persoon met een ongestoorde strekfunctie van de knie met iemand die slechts de helft van de momenten kan genereren. Eerst plaatsen we beide personen op een traditionele quadricepsbank (figuur 18). Stel dat onder ongestoorde omstandigheden een gewicht van 40 kg op de getoonde wijze kan worden geragen. Figuur 18. Bij een verlies van 50% van de mogelijke spierkracht kan dan natuurlijk ook een 50% minder grote last worden gedragen in een vergelijkbare positie. De vraag is nu: geldt dit ook voor de prestatie op een legg-press? Is daar ook een afname van de maximale prestatie met 50% te verwachten. Het antwoord is nee. De prestatie op de leg-press hangt namelijk niet alleen af van de mogelijke strekkende momenten rond de knie, maar ook van de prestaties van de strekkers van de heup. In figuur 19a wordt de richting van de duwkracht getoond die ontstaat bij een maximale inschakeling van heup- en knie-

12 Versus Tijdschrift voor Fysiotherapie,19e jrg 2001, no.5 (pp ) strekkers. Opnieuw gaan we uit van een gelijke maximale momentleverantie van de spieren rond knie en heup. De momentsarmen van de kracht tot de heup- en de knie-as verhouden zich hierbij als 1:1. De verbindingslijn tussen de heup en de knie-as wordt door de werklijn van de kracht eveneens in een verhouding van 1:1 gedeeld. Bij een afname van de kracht van de kniestrekkers met 50% wordt de verhouding tussen de maximaal te genereren momenten rond knie en heup gewijzigd (figuur 19b). Figuur 19a en b. a. Richting van de duwkracht bij een gelijke momentenleverantie van de heup- en de kniestrekkers. b. Richting van de duwkracht bij een afname van de momentleverantie rond de knie van 50%. De verhouding wordt nu heupmoment : kniemoment = 2:1. Deze verhouding is daarom ook in de momentsarmen van de kracht tot de gewrichtsassen terug te vinden. De werklijn van de gegenereerde kracht verandert daarbij. De verhouding waarin de verbindingslijn tussen heup en knie wordt gesneden is nu eveneens 2:1. Aangezien we net als in de voorgaande modellen uitgaan van een gelijke maximale momentleverantie van de heup- en kniestrekkers komt de prestatie van de proefpersoon op de leg-press voor 50% voor rekening van de heupstrekkers en voor 50% van de kniestrekkers. Een afname van het maximale moment rond de knie met 50% heeft dus ook maar een effect van 25% op de maximale prestatie Hierbij dient wel opgemerkt te worden dat de richting waarin de maximale kracht onder beide omstandigheden geleverd kan worden anders is. In de figuren van figuur 19 is met een stippellijn aangegeven in welke richting de voetenplank van de leg-press beweegt. De hoek tussen deze verplaatsingsrichting en de uitgeoefende duwkracht is in situatie a het grootst. Dit betekent dat het verschil tussen de effectieve componenten van de beide duwkrachten zelfs nog iets minder zal zijn dan 25%. Zonder begrip van de hier vermelde principes zou dit kunnen leiden tot een schromelijke onderschatting van het aanwezige krachtsverlies. Een ander probleem is de interpretatie van de uitslag. Een afname van de strekkracht van de heupstrekkers met 50% of een combinatie van 25% verlies in strekkracht van heup en knie leidt tot een gelijke prestatie-afname (in wisselende richtingen). Het trainen van spierkracht dient bij voorkeur te gebeuren in bewegingsvormen die functioneel zijn. Hierbij wordt vrijwel steeds rond meerdere gewrichten een momentenleverantie gevraagd. Een verlies van spierkracht kan dan soms vernuftig worden gecompenseerd. Voor de diagnostiek verdient het daarom sterk de voorkeur om de mogelijke momentleverantie per gewricht geïsoleerd te testen. Pas nadat op deze wijze in kaart is gebracht welke deficiënties er op het gebied van de mogelijke momentenleveranties per gewricht en per bewegingsrichting bestaan, dient een poging te worden gedaan om het gedrag van de betrokkene in complexere bewegingsvormen te analyseren en te begrijpen. Bij het ontwerpen van trainingsvormen dient gezocht te worden naar functionele oefeningen die zodanig worden uitgevoerd dat de zwakke componenten in de uitvoering niet voortdurend vermeden worden. LITERATUUR 1. Doorenbosch C. Muscle coordination in force control of leg movements. Thesis, faculteit voor bewegingswetenschappen, VU Amsterdam, Van Ingen Schenau, G.J. On the action of bi-articulair muscles, a review Netherlands Journal of zoology, 40(3): (1990).

13 3. Lagerberg, A., Faber, H. Fitness, kracht en lenigheid. Versus, tijdschrift voor fysiotherapie, 1996 no. 2. pp Riezebos, C. Et.al. Springen en spierrekken Versus, tijdschrift voor fysiotherapie, 1989 no. 5. pp Versus Tijdschrift voor Fysiotherapie,19e jrg 2001, no.5 (pp )