Versus Tijdschrift voor Fysiotherapie, 9e jrg 1991, no. 6 (pp )

Transcriptie

1 Auteur(s): H. Faber, J. Elkhuizen Titel: Verzamelde reakties: Spierfunkties bij de rolstoelpropulsie Jaargang: 9 Jaartal:1991 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 Verzamelde reakties: Spierfunkties bij de rolstoelpropulsie Het probleem waarop de volgende reakties betrekking hebben, werd uiteengezet in no. 4, 9e jaargang (1991), pp Reaktie 1 Ik wil graag reageren op uw artikel "Spierfunkties bij de rolstoelpropulsie" uit no. 4 van Bij het voorbeeld van de fietspomp haalt u het werk van Van Ingen Schenau aan, aangaande de werking van poly-articulaire spieren. U stelt hierbij dat bij het genoemde conflict tussen sturing van momenten en sturing van beweging het een oplossing zou zijn als de M.pectoralis major en de M.deltoideus tegelijk zouden aanspannen. In uw model komt dat neer op twee mono-articulaire antagonisten over hetzelfde gewricht. Mijns insziens maakt u daar een fout in de interpretatie van Van Ingen Schenau. Van Ingen Schenau geeft namelijk als mogelijke oplossing voor dit probleem ook een set van monoarticulaire spieren, maar niet over hetzelfde gewricht. In het beroemde voorbeeld van het mannetje aan de tafel (figuur 1) bestaat hetzelfde probleem. Figuur 1. Bij de oplossing met alleen maar mono-articulaire spieren lost hij het op door de schouderspieren (endorotatoren) concentrisch te laten contraheren en de elleboogspieren (flexoren) excentrisch te laten contraheren. Als we dit relatief simpele probleem in een vergelijking vatten, krijgen we het volgende: Ws -We=Wt Ws: arbeid verricht door de schouderspieren We: arbeid verricht door de elleboogspieren Wt: totaal uitwendig verrichte arbeid De min voor We wijst op een excentrische contractie, oftewel negatieve arbeid. De vergelijking is nu ook te schrijven als: Ws =Wt +We

3 De arbeid welke de schouderspieren verrichten is dus groter dan de uitwendig verrichte arbeid. Hierin zit hem het rendementsverlies. Dit wordt veroorzaakt doordat een gedeelte van de door de schouderspieren ontwikkelde arbeid door de elle-boogspieren in warmte wordt omgezet. Het is dus wel mogelijk om de beweging te sturen, maar met rendementsverlies. In uw voorbeeld heeft u het echter over de M.pectoralis major en de M.deltoideus die tegen elkaar inwerken. Het probleem van het conflict tussen moment en beweging blijft dan gewoon bestaan. Het resulterend moment zou voor de beweging adducerend moeten zijn en voor het krachtenevenwicht abducerend. Het gaat dus niet om mono-articulaire spieren die over hetzelfde gewricht tegen elkaar inwerken, maar om mono-articulaire spieren die over verschillende gewrichten "tegen elkaar inwerken". Zoals u terecht opmerkt is er bij de fietspomp geen transport van energie mogelijk van de M.pectoralis major via een poly-articulaire spier naar de elleboog. Alleen als het caput longum van de M.triceps aan het tuberculum supraglenoidale van het scapula had aangehecht, was dit mogelijk geweest. Het gevolg hiervan is dat alleen de korte koppen van de M.triceps positieve arbeid kunnen leveren, wat gauw vermoeidheidsverschijnselen op zal leveren. Bij uw oplossing van het verlengde handvat kan nu ook de M.pectoralis major positieve arbeid leveren. De arbeid kan nu verdeeld worden over de M.triceps en de M. pectoralis major, minder vermoeiend dus. Het transportmechanisme van Van Ingen Schenau is nu nog steeds niet mogelijk als het gaat om proximo-distaal transport (van de M.pectoralis major naar de elleboog dus). Bij een heel breed handvat kan er een conflict ontstaan waarbij in de elleboog een strekkend moment voor de beweging en een buigend moment voor het krachtenevenwicht gevraagd wordt. Dan is het wel mogelijk dat distaalproximaal transport ontstaat, waarbij energie van de M.triceps via de M.biceps naar de schouder getransporteerd wordt. Een ander punt in deze discussie is het volgende. Van Ingen Schenau wijst erop dat als in het voorbeeld van figuur 1 toch de M.triceps geaktiveerd zou worden, de arm in een volkomen verkeerde richting zou gaan bewegen. Dat is in zijn voorbeeld natuurlijk waar. Als het voorbeeld echter een beetje veranderd wordt, krijgen we hele andere dingen te zien. Stel dat de bewegingsrichting wordt vastgelegd doordat het te bewegen voorwerp over een rail beweegt. Als we dan een kinematische keten maken van romp, bovenarm, onderarm en voorwerp, zien we dat er een systeem met 1 vrijheidsgraad ontstaat (figuur 2). Figuur 2. Zo'n four-bar-system kan op verschillende manieren aangedreven worden, terwijl altijd hetzelfde bewegingspatroon het gevolg is. Als nu de M.triceps aangespannen wordt, gaat het systeem wel in de goede richting bewegen. Iets dergelijks doet zich ook bij de fietspomp voor. Zoals u al vermeldde, treedt er een conflict op tussen beweging en krachten. Als we ons echter realiseren dat we met twee handen tegelijk plegen te pompen, komt het verhaal er anders uit te zien. Bij aktivatie van de M.pectoralis major, zou de arm, bij pompen met één arm veel te veel adduceren. Bij pompen met twee handen gebeurt dit niet, omdat de twee adducerende krachten elkaar opheffen. Het is nu dus best mogelijk om de M.pectoralis major aan te spannen. De persoon die pompt, moet dan uiteraard wel hard genoeg knijpen om ervoor te zorgen dat de handen niet naar binnen slippen. Bij het bankdrukken (een body-buildingoefening, waarbij in ruglig een halter van de borst omhoog gedrukt moet worden) treedt ook iets dergelijks op. Het is mij echter niet bekend of de kracht van de

4 handen op de halter loodrecht omhoog is gericht of een beetje schuin. Ook is het mij niet bekend of de richting van de kracht afhankelijk is van hoe breed men de halter beetpakt. Het maakt voor de spieraktiviteit dus uit of de botstukken een open of een gesloten keten vormen ook al treedt er kinematisch gezien dezelfde beweging op. Herre Faber student Bewegingstechnologie (Haagse Hogeschool, sector Gezondheidszorg). REAKTIE AUTEURS Met het eerste deel van Uw kommentaar zijn wij het geheel eens. Onze oplossing van het "pompprobleem" was onjuist. In figuur 1 wordt de juiste oplossing gegeven. De concentrisch contraherende, mono-articulaire delen van de M.triceps brachii werken in tegen de excentrisch contraherende M.deltoideus. Figuur 1 We konden het overigens toch niet laten het pomp-probleem zo goed mogelijk in de werkelijkheid na te bootsen en de elektrische aktiviteit van de M.pectoralis major en de M.deltoideus af te leiden. Er werd gebruik gemaakt van een ME3000 EMG-apparaat met een sample-frekwentie van 10 Hz. Gemeten werd tijdens de neerwaartse slag van de pompbeweging. Om de beweging zo goed mogelijk in het frontale vlak te laten plaatsvinden, werd de pomp op een verhoging geplaatst. De handen werden plat (dus zonder te knijpen) op het handvat geplaatst. De kracht van de handen werd zo goed mogelijk zuiver verticaal gericht. De resultaten van dit experiment, verricht bij twee proefpersonen, worden weergegeven in figuur 2. Figuur 2 De M.pectoralis major en de M.deltoideus blijken tegelijkertijd in aktiviteit toe te nemen, naarmate de neerwaartse beweging vordert.

5 Met nadruk willen wij stellen dat dit experiment Uw gelijk op geen enkele wijze aantast. Hoogstens zijn de gebruikte modellen te eenvoudig. Wellicht werd door ons toch niet in één vlak bewogen of werd toch ongemerkt een kracht naar mediaal uitgeoefend. Een echte verklaring kunnen wij op dit moment echter niet geven. In het tweede deel van Uw kommentaar stelt U: "Als het voorbeeld echter een beetje veranderd wordt, krijgen we hele andere dingen te zien. Stel dat de bewegingsrichting wordt vastgelegd doordat het te bewegen voorwerp over een rail beweegt. Als we dan een kinematische keten maken van romp, bovenarm, onderarm en voorwerp, zien we dat er een systeem met 1 vrijheidsgraad ontstaat...(enz.)". In het tweede ingezonden stuk, dat hieronder is afgedrukt, wordt onder punt 2 hetzelfde probleem aan de orde gesteld. We zullen dan ook in onze reaktie op de inzending van de heer Elkhuizen op dit facet ingaan. Reaktie 2 Graag ga ik in op enkele aspecten van het artikel "spierfunkties bij de rolstoelpropulsie". 1. In de inleiding wordt gesteld dat er tot nog toe slechts weinig gepubliceerd is over de basale mechanismen die bij hand-aangedreven rolstoelen een rol spelen. Op de faculteit bewegingswetenschappen van de VU wordt echter al jaren onderzoek verricht naar deze mechanismen. Luc van der Woude promoveerde op dit onderwerp (1) en Dirk-jan Veeger zal dat binnenkort doen. Beide onderzoekers hebben samen met anderen zo'n 60-tal publicaties over rolstoelonderzoek op hun naam staan. Zo zijn o.a. de effecten van hoepeldiameter, zithoogte, camber (het naar binnen gekanteld staan van de achterwielen), snelheid, slagfrequentie en techniek systematisch onderzocht. In samenwerking met de Erasmus Universiteit werd een speciale rolstoelergometer ontwikkeld die de krachten die op de hoepel worden uitgeoefend en het propulsiemoment registreert (2). 2. Het invers dynamisch model kan een goed hulpmiddel zijn in de analyse van de rolstoelpropulsie, mits de richting van de krachten nauwkeurig bekend is. Veeger et al (3) gebruikten een 3-dimensionaal invers dynamisch model i.c.m. EMG en krachtenregistratie. Conclusies uit dit onderzoek zijn o.a. dat de M.deltoideus ant. en M.pectoralis major als 'prime movers' kunnen worden opgevat. Indien de richting van de krachten niet exact bekend is, kan het invers dynamisch model echter gemakkelijk leiden tot onjuiste conclusies. Zo staat bij het gebruik van de fietspomp de kracht Fp verticaal omlaag getekend. In het dagelijks gebruik is het evenwel heel goed denkbaar dat de richting van de kracht die de hand op het handvat uitoefent meer naar binnen (dus schuin omlaag) is gericht. De symmetrische uitvoering links en rechts zorgt er dan samen met de voeten op het plankje voor dat de pomp niet omvalt. Gevolg is een andere richting van de reactiekracht en andere conclusies met betrekking tot de veronderstelde activiteit van spiergroepen. Een soortgelijk probleem doet zich voor bij de aanname dat de kracht van de hand tangentieel op de hoepel is gericht. Deze aanname is zoals men uit figuur 1 kan afleiden onjuist (4). De richting van de kracht en dus ook van zijn werklijn is daarom anders dan was aangenomen waardoor interpretaties onjuist kunnen zijn. Figuur 1. Stickdiagram, uit Veeger et al 1991 (4), waarin de segmentsverplaatsingen zijn weergegeven in het sagittale vlak bij een gezonde (AB, able bodied) en een rolstoelgebonden proefper-soon (WD, wheelchair dependent). De grootte en richting van de propulsiekracht worden weergegeven door de lengte en richting van de zwarte strepen.

6 3. De rolstoel propulsie blijkt niet beperkt te zijn tot een 2-dimensionaal vlak (5,6). De duwbeweging kan n.l. worden beschreven als een flexie van de bovenarm vanuit geretroflecteerde positie i.c.m. een abductie gedurende de 1e fase van de duwfase hetgeen overgaat in een adductie gedurende de laatste fase (7). De bewegingen in het frontale vlak lijken het resultaat te zijn van endorotatie van de armen hetgeen in de kinematische keten leidt tot een naar lateraal bewegende elleboog gedurende de 1e fase. 4. Het antwoord op de vraag naar de praktische vertaling van de in het artikel beschreven mechanismen naar rolstoel-training lijkt me nauwelijks te geven. Zoals aangegeven is er al meer informatie over rolstoelrijden beschikbaar zodat afhankelijk van de funktie-eisen wel aanbevelingen te geven zijn over de rolstoelconfiguratie. Binnenkort worden de resultaten gepubliceerd van het onderzoek tijdens de wereldspelen voor gehandicapten in Assen vorig jaar (8). Uit deze gegevens kan worden afgeleid welke prestaties in o.a. vermogens, krachten en hartfrequentie haalbaar zijn bij een bepaalde aandoening (en laesie-nivo) en geslacht. Dit zou dan kunnen helpen bij het opstellen van revalidatie- en trainingsprogramma's. Jan Willem Elkhuizen fac. Bewegingswetenschappen VU, Amsterdam LITERATUUR 1. Woude LHV van der (1989) Manual Wheelchair Propulsion: an ergonomic perspective. Free University Press, Amsterdam 2.. Niesing R, Eijskoot F, Kranse R, Ouden AD den, Storm J, Veeger HEJ, Woude LHV van der, Snijders CJ (1990) Computer controlled wheelchair ergometer. Medical & Biological Engineering & Computing 8: Veeger HEJ, Woude LHV van der, Rozendal RH (1991) Load on the upper extremity in manual wheelchair propulsion. J. of electromyografic and kinesiology. (in press) 4. Veeger HEJ, Lute EMC, Roeleveld K, Woude LHV van der (1991) Differences in performance between trained and untrained subjects during a 30-second sprinttest on a wheelchair ergometer. European Journal of Applied Physiology. (in press) 5. Veeger HEJ, Woude LHV van der, Rozendal RH (1989) Wheelchair propulsion technique at different speeds. Scandinavian Journal of Rehabilitation Medicine 21, Wang, YT, Xu D, Hedrick B, Adrian M, Morse M (1990) Three-dimensional kinematic features of wheelchair propulsion (Abstract). Journal of Biomechanics 23 (7): Veeger HEJ, Woude LHV van der, Rozendal (1991) Within-cycle characteristics of the wheelchair push in sprinting on a wheelchair ergometer. Medicine and Science in Sports and Exercise 23 (2): Bakker W, Elkhuizen JW, Woude LHV van der, Veeger HEJ, Gwinn T (1992) Sprint performance of elite wheelchair athletes. Journal of Applied Physiology. (submitted). REAKTIE AUTEURS Wij zullen onze reaktie eveneens puntsgewijs geven. 1. Wij zijn goed bekend met het voortreffelijke werk van de door U genoemde onderzoeksgroep. Zonder in een woordenspelletje te vervallen willen wij volstaan met de opmerking dat het door U bedoelde onderzoek van hoog gehalte is, doch volgens ons niet een basaal karakter draagt. Er is veel meer sprake van experimenteel c.q. vergelijkend onderzoek. Dat maakt onze waardering voor dit werk er overigens zeker niet minder om. 2. Het hier gestelde probleem is identiek aan dat van het in het tweede deel van de hierboven staande inzending van de heer Faber.

7 Natuurlijk is het juist dat een kinematische keten met 1 vrijheidsgraad op verschillende wijzen in beweging kan worden gezet. Dat was echter in het geheel niet het probleem dat wij aan de orde wilden stellen. De vraagstelling in ons artikel luidde: áls de reaktiekracht in een bepaalde richting moet worden gestuurd, welke zijn dan de noodzakelijke spierakties om dit te bewerkstelligen. In de voorbeelden van beide inzenders wordt veel kracht gedissipeerd in de vervorming van (het handvat van) de pomp. Nogmaals, wij waren niet geïnteresseerd in het tamelijk triviale probleem van het in beweging brengen van een 1-vrijheidsgradig systeem als een pomp of een rolstoel, maar in de vraag welke spierakties iemand moet aansturen indien een beweging op de meest efficiënte wijze moet worden uitgevoerd. Dat in werkelijkheid personen niet tangentieel gerichte krachten op de rolstoelhoepel uitoefenen wordt juist door een analyse als in ons artikel beschreven verklaarbaar. Immers, er zouden tijdens de pushfase (in ons voorbeeld) ongeveer zes verschillende kombinaties van spieren moeten worden gebruikt indien de kracht daadwerkelijk tangentieel op het wiel zou moeten worden uitgevoerd. Vooral bij wat grotere snel-heden lijkt dit een uiterst lastig te sturen (coördineren) opgave. Kennelijk nemen mensen genoegen met een lager mechanisch rendement doch met een aanzienlijk eenvoudiger aanspanningspatroon. In de biologie wordt een dergelijk fenomeen wel aangeduid als het "satisfying principle". 3. Dat in werkelijkheid sprake is van een drie-dimensionaal in plaats van een twee-dimensionaal bewegingspatroon mag weliswaar uit experimenteel onderzoek blijken, doch is bij nader inzien even energetisch onvoordelig als het niet-tangentieel richten van de kracht. Het wiel beweegt immers slechts in één vlak. Elke kracht in een ander vlak draagt slechts bij tot de vervorming van het wiel en niet tot de propulsie. Aangezien onze analyse gericht was op de vraag wat er nodig zou zijn om op de mechanisch meest efficiënte wijze tegen de rolstoelhoepel te duwen, waren krachten in andere vlakken dan die van het wiel ook niet interessant. Wel van belang is uiteraard de vraag waarom mensen toch in andere vlakken kracht leveren, ondanks de mechanische verliezen die dit oplevert. Een andere beschouwing, gericht op de bewegingsmogelijkheden en bewegingskoppelingen in de gewrichten van de bovenste extremiteit zou hierop het antwoord kunnen leveren. Wij hopen hier in de toekomst nog op terug te komen. 4. Voor wat betreft het laatste punt: wij wachten met belangstelling Uw publikatie af. Wij danken beide inzenders bijzonder hartelijk voor hun bijzonder waardevolle bijdragen aan de diskussie. Binnen de fysiotherapie kunnen naar onze mening de beide instituten die door de inzenders worden vertegenwoordigd: de studierichting Bewegingstechnologie en de faculteit Bewegingswetenschappen van de VU (hoofd: prof. dr. R.H. Rozendal) zeer waardevolle bijdragen leveren.