Versus Tijdschrift voor Fysiotherapie, 20 e jrg 2002, no. 1 (pp )

Transcriptie

1 Auteur(s): C. Riezebos Titel: Het richten van krachten Jaargang: 20 Jaartal: 2002 Nummer: 1 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 HET RICHTEN VAN KRACHTEN Inleiding C. Riezebos, Fysiotherapeut, Vakgroep Beweging & Analyse, Opleiding Bewegingstechnologie, Haagse Hogeschool Chris Riezebos I emand die buitengewoon goed kan pianospelen, kan daardoor niet automatisch ook goed typen en omgekeerd. Niet veel conservatoria zullen dan ook besluiten om naast het gewone piano-huiswerk hun cursisten op te dragen een paar stukken uit de krant over te tikken. Evenmin gaan secretaresseopleidingen er toe over om enkele vleugels te plaatsen in de computerruimte. Dat voor beide vaardigheden een zekere "vingervlugheid" vereist is, betekent kennelijk nog niet dat er een transfer mogelijk is tussen beide specifieke functies. Als een goochelaar zijn truc wil vervolmaken, moet hij zijn vingervlugheid opvoeren door te proberen de desbetreffende truc steeds sneller uit te voeren. Wanneer een gitarist net zo snel wil leren spelen als virtuozen zoals Django Reinhardt of Stevie Ray Vaughan (figuur 1), moet hij zijn gitaar pakken en de desbetreffende "riffs" steeds sneller proberen te spelen. Figuur 1. a. Django Reinhardt R b. Stevie Ray Vaughan Het zich terugtrekken in een trainingskamp waarin oefeningen gedaan worden voor het verhogen van de "vingervlugheid in het algemeen" (bijvoorbeeld het zo snel mogelijk open en dicht maken van een overhemd met 40 knoopjes, het zo snel mogelijk met de vingers op een tafel trommelen, of binnen een minuut 100 moeren op bouten draaien) is in de wereld van musici, gochelaars en beeldschermwerkers, nog niet erg doorgedrongen. Dat is ook begrijpelijk, want we weten dat het niet zal helpen. In de sportwereld verdwijnen echter vele sporters veelvuldig in een "krachthonk" om de "spierkracht in het algemeen" te verhogen. Schaatsers voeren squatoefeningen uit met halters met enorme gewichten om "de beenspieren sterker te maken", in de onjuiste veronderstelling dat hun rondetijden daardoor korter worden. Atletiek-sprinters proberen, sinds de dagen van de Canadese atleet Ben Johnson, zelfs hun armspieren sterker te maken in de gedachte dat ze lopend op de voeten, niet op de handen - de 100 meter daardoor sneller kunnen afleggen. Wellicht dat dit samenhangt met de gedachte dat "spierkracht" en "coördinatie" twee verschillende zaken zijn. In de tijd dat de auteur van dit artikel de opleiding fysiotherapie volgde ( ) werd in het "Compendium Oefentherapie" (2) bij de "relatieve doelstellingen van de oefentherapie" dit onderscheid in ieder geval expliciet gemaakt. Bij "oefeningen ter verhoging van de spierkracht" werd in die

3 dagen al snel gewerkt met medizin ballen, gewichten of manuele weerstand, terwijl bij "oefeningen ter bevordering van de coördinatie" lucifers uit doosjes werden gehaald of blokken-torentjes gebouwd. De indruk bestaat dat heden ten dage in de fysiotherapie nog steeds bij "spierversterken" een ander beeld van de bijbehorende oefeningen bestaat dan bij "coördinatieverbetering". Echter, het onder controle houden van een halter tijdens een wedstrijd gewichtheffen, vraagt net zoveel (of weinig) coördinatie als het maken van een drie-dubbele salto met schroef van de hoge duikplank of het steken van een draad door een naald. Een kracht is een vector: zij heeft een grootte en een richting. Om een bepaald bewegingsdoel zo effectief mogelijk te bereiken moeten zowel de grootte als de richting van de kracht op dat doel zijn afgestemd. Indien een gewichtheffer zijn halter van 250 kg niet exact boven zijn voeten weet te balanceren, wordt hij geen kampioen, hoe "sterk" hij ook is. Dit artikel gaat over het principe van de wijze waarop mensen de krachten die zij op de buitenwereld uitoefenen, kunnen richten. De betekenis hiervan voor het trainen van "de" spierkracht wordt toegelicht met behulp van een voorbeeld uit de sport. Enkele begrippen, definities en afspraken In figuur 2a wordt een rolstoelrijder getoond die op een helling staat. Om te voorkomen dat de rolstoel onder invloed van de zwaartekracht (Fz) de helling afrijdt, moet een kracht op het wiel uitgeoefend worden. In principe is de patiënt vrij om te kiezen in welke richting hij deze kracht uitoefent zolang hij de dreigende linksomdraaiing van het wiel maar verhindert. De kracht moet dus wel zodanig gericht zijn dat er sprake is van een rechtsomdraaiend moment op het wiel. In figuur 2b staan alle krachten die voldoen aan de eis van het verhinderen van het linksomdraaien: alle getekende krachten oefenen immers een rechtsomdraaiend moment op het wiel uit. We noemen deze verzameling van alle krachten die aan het gestelde doel voldoen een krachtenwaaier. Figuur 2a en b. a. Onder invloed van de zwaartekracht (Fz) dreigt de rolstoel de helling af te rijden. b. Krachtenwaaier waaruit de patiënt kan kiezen om stil te kunnen blijven staan. Stel dat de rolstoelrijder kiest voor de richting van de kracht als weergegeven in figuur 3a. De richting van deze kracht F (met haar momentsarmen p en q op de schouder en elleboog) laat zien dat om deze kracht op het wiel uit te oefenen er een strekkracht in de elleboog nodig is en een retroflecterende kracht in de schouder. De ingetekende spieren (Fs en Fe) in figuur 3b stellen alle spieren voor die genoemde bewegingen kunnen geven, met a en b als de "gemiddelde" momentsarm.

4 Bij de elleboog is het strekkende spiermoment (Fe x b) gelijk aan het strekkende gewrichtsmoment (F x q) en bij de schouder is het retroflecterende spiermoment (Fs x a) gelijk aan het retroflecterende gewrichtsmoment (F x p). Figuur 3. Verklaring in de tekst. In plaats van steeds de spiermomenten weer te geven als een spierkracht met een momentsarm (figuur 4a) gebruiken we in dit artikel steeds een kromme pijl als symbool voor een spiermoment (figuur 4b). Figuur 4. De momenten Fs x a en Fe x b in figuur a worden weergegeven als kromme pijlen (figuur b). Eigenlijk zouden we steeds in plaats van de kracht die de hand (of de voet) op de omgeving uitoefent moeten kijken naar de, tegengesteld gerichte, reactiekracht van de omgeving op de hand (of de voet). Vervolgens worden de grootte en de draaizin bepaald van het moment dat deze reactiekracht op de desbetreffende gewrichten uitoefent. Om deze reactiekracht in evenwicht te houden moet dan het tegengesteld gerichte moment rond het gewricht

5 worden aangebracht. In dit artikel proberen we, ter bevordering van de leesbaarheid, deze twee "omdraaistappen" over te slaan en direct naar de actiekrachten te kijken en de daarvoor benodigde momenten rond de gewrichten. Met één gewricht kan in iedere gewrichtspositie in één vlak slechts in één richting kracht worden geleverd en wel loodrecht op de lengte-as van het lichaamsdeel. Als voorbeeld tonen we in figuur 5 een patiënt met een bovenbeenamputatie. In de getoonde positie kan de patiënt, bij anteflexie in het heupgewricht, uitsluitend (in dit sagittale vlak) in de aangegeven richting tegen de rol aanduwen (en uiteraard in de tegengestelde richting). Alle spieren rond het heupgewricht kunnen er wèl voor zorgen dat de persoon harder of zachter duwt, of in een ander vlak kracht levert (bijvoorbeeld in zijwaartse richting bij inschakelen van de abductoren), doch niet dat in hetzelfde vlak in een andere richting kracht wordt gezet. (Uiteraard geldt het voorgaande onverkort ook voor iemand zonder amputatie die alleen met het bovenbeen ergens tegenaan duwt). Figuur 5. Deze amputatie tiepatiënt kan, omdat uitsluitend tend het heupge gewricht ter beschik schikking king staat, al- leen in de aange gege geven richting tegen de rol du- wen. Om in hetzelfde vlak in meerdere richtingen kracht te zetten zijn tenminste twee gewrichten nodig, zoals we later zullen zien. Meestal zijn bij bewegingen in het dagelijks leven veel meer gewrichten betrokken. Om de zaken niet nodeloos gecompliceerd te maken zullen we ons in dit artikel beperken tot de analyse van twee gewrichten. De hierna te bespreken principes veranderen niet wanneer meerdere gewrichten in de beschouwing zouden worden betrokken. Kracht en richting In figuur 6 wordt weergegeven (zoals we hiervoor deels al zagen bij het voorbeeld van de rolstoel op de helling) dat iemand in staat is, bij één en dezelfde stand van de arm, in hetzelfde vlak (hier het sagittale vlak) in principe in alle richtingen kracht te leveren (te duwen of te trekken). U kunt dat bij Uzelf gemakkelijk nagaan door bijvoorbeeld de poot van een tafel vast te houden en daarop, zonder van houding te veranderen, in alle richtingen kracht uit te oefenen. Figuur 6. Bij eenzelfde stand van de arm kan iemand (in hetzelfde vlak) in alle richtingen kracht leveren De vraag hierbij is: hoe doet iemand dat? Hoe bepaalt iemand de richting waarin hij kracht uitoefent op de omgeving? Let wel: het gaat dus in eerste instantie uitsluitend om de variatie in richting. In alle voorbeelden in dit hoofdstuk wordt de grootte van de kracht steeds gelijk gehouden.

6 Eerst vragen we ons af hoe iemand in twee precies tegengestelde richtingen kracht kan leveren, zoals weergegeven in figuur 7a en b. Figuur 7a en b. De richting van de uitgeoefende kracht F in a is tegengesteld aan die in b. Om de draaizin van de momenten rond de gewrichten, nodig om de gewenste actiekracht (F) op te wekken, wat duidelijker te maken, tekenen we de werklijnen en de momentsarmen van deze kracht tot de gewrichten (figuur 8a en b). We zien hieruit dat, om de gewenste actiekracht F in figuur 8a te kunnen leveren (te kunnen trekken), een buigend moment rond de elleboog (Me) moet bestaan en een retroflecterend moment rond de schouder (Ms). Bij de tegengestelde richting (duwen) (figuur 8b) zijn de noodzakelijke momenten rond elleboog en schouder eveneens tegengesteld (Me is strekkend en Ms anteflecterend). Het richten van de kracht gebeurt in dit voorbeeld dus door het regelen van de draaizin van de momenten oftewel het aanspannen van verschillende (antagonistische) spiergroepen rond de gewrichten. Figuur 8a en b. a. Om de actiekracht F in de aangegeven richting te bewerkstelligen is een buigend moment rond de elleboog (Me) noodzakelijk en een retroflecterend moment (Ms) rond de schouder. b. Voor de tegengestelde richting van F (bij eenzelfde armpositie als in a) a ) moet Me strekkend zijn en Ms ante- flecterend. Het voorgaande, wellicht wat triviale, voorbeeld wordt wat lastiger in te zien als we kijken naar twee krachtrichtingen die veel minder van elkaar verschillen dan in het vorige geval. We bezien hiertoe figuur 9. Opnieuw is hierbij de vraag: hoe krijgt iemand het voor elkaar een actiekracht (F) te leveren in de richting als in figuur 9a en - bij een identieke positie van de arm - in een (iets) andere richting zoals in figuur 9b. Figuur 9a 9 en b. De richting van F in a en b verschilt slechts weinig, bij eenzelfde positie van de arm. Hoe doet iemand dat?

7 We tekenen opnieuw de werklijnen en de momentsarmen in en zien daaruit dat in dit geval de richting van de momenten rond de elleboog en schouder in beide gevallen (figuur 10a en b) hetzelfde moet zijn: buigend bij de elleboog (Me) en retroflecterend bij de schouder. Anders gezegd: voor beide krachtrichtingen zijn in principe dezelfde spieren c.q. spiergroepen nodig; daarin zit hem het verschil in krachtrichting dus niet. Figuur 10a en b. Voor beide krachtrichitngen in a en b is dezelfde draaizin van de momenten rond elleboog en schouder vereist. Me is buigend en Ms is retroflecterend. Waar het hem wel in zit proberen we te verduidelijken in figuur 11 (een uitvergroting van figuur 10 met weglating van alle onnodige details). Figuur 11a en b. Bij de krachtrichting in figuur a is de momentsarm (p) van de elleboog groter dan die in figuur b. Voor de mo- mentsarm van de schouder (q) geldt precies het omgekeerde: in a kleiner dan in b. Als iemand de actiekracht F opwekt moet zowel in situatie a als b gelden: Ms = F q en tegelijkertijd Me = F p Omdat in figuur 11a de momentsarm q veel kleiner is dan p, is het moment Ms eveneens kleiner dan het moment Me; in figuur 11b is dat precies omgekeerd. Het richten van de kracht gebeurt dus in dit geval door het regelen van de verhouding tussen de grootte van de momenten rond beide gewrichten. Anders gezegd: in situatie a moeten de spieren rond de elleboog een groter moment leveren dan de spieren rond de schouder, terwijl dat in situatie b precies andersom is: de spieren rond de schouder moeten een groter moment leveren dan die rond de elleboog (figuur 12).

8 Figuur 12a en b. Voor het richten van de kracht als in figuur a is een andere verhouding tussen de grootte van de momenten rond elleboog en schouder nodig dan in figuur b. In figuur a is Me groter dan Ms, terwijl in figuur b Me kleiner is i s dan Ms. Er blijken dus twee mechanismen te bestaan waarmee de richting van een kracht op de omgeving kan worden bepaald: 1. de draaizin van de momenten 2. de verhouding tussen de grootte van de momenten. Combinatie van 1 en 2 levert de mogelijkheid in allerlei richtingen kracht te kunnen leveren. Alle mogelijke combinaties van de draaizin van de momenten rond schouder en elleboog (in het sagittale vlak) worden getoond in figuur 13. Figuur 13a t/m d. Overzicht van alle mogelijke combinaties van de draaizin d van de momenten rond de elleboog en de schouder. a. schouder anteflecterend en elleboog flecterend b. schouder retroflecterend en elleboog extenderend c. schouder anteflecterend en elleboog extenderend d. schouder retroflecterend en elleboog flecterend De vraag is: in welke richtingen kan in principe de actiekracht gericht worden bij elk van de getoonde combinaties. Het principe van de oplossingsstategie van dit probleem wordt getoond aan de hand van een voorbeeld in figuur 14.

9 Figuur 14a geeft de combinatie van de draaizin van de momenten: flecterend in de elleboog en anteflecterend in de schouder. De mogelijke "krachtenwaaier" die de krachten bevat welke voldoen aan het anteflecterende moment van de schouder is weergegeven in figuur 14b. De krachtenwaaier voor de elleboog wordt getoond in figuur 14c. Omdat de actiekrachtrichtingen tegelijk moeten voldoen aan de draaizin van het schouder- zowel als die van het elleboogmoment, worden beide krachtenwaaiers gecombineerd en vinden we de uiteindelijke verzameling van alle actiekrachtrichtingen welke passen bij de genoemde draaizin van de momenten rond schouder en elleboog (figuur 14d). Figuur 14a t/m d. Bepaling van een krachtenwaaier. a. Als voorbeeld een anteflecterend terend moment rond de schouder en een flecterend moment rond de elleboog. b. De krachtenwaaier van alle krachten die een anteflecterend moment rond de schouder vereisen. c. De krachtenwaaier van alle krachten die een flecterend moment rond de elleboog vereisen. d. Combinatie ( over elkaar leggen ) van b en c levert de krachtenwaaier op die overeenstemt met beide momenten tegelijkertijd. Een overzicht van de krachtenwaaiers behorend bij de verschillende draaizincombinaties van de momenten rond schouder en elleboog wordt weergegeven in figuur 15. Binnen één krachtenwaaier wordt de precieze richting van de uitgeoefende kracht, zoals gezegd, gerealiseerd door de verhouding tussen de grootte van beide spiermomenten.

10 Figuur 15. Overzicht van de krachtenwaaiers, behorend bij de verschillende draaizin-combinaties van de momenten rond de schouder en de elleboog. Een nadere analyse van de verhoudingen van spiermomenten en momentsarmen blijkt een belangrijk principe op te leveren. We beschouwen daartoe figuur 16. Iemand oefent een kracht F uit in de aangegeven richting. De benodigde spiermomenten rond schouder en elleboog zijn Ms en Me. De momentsarmen van deze kracht op de gewrichten zijn s en e (figuur 16a). De spiermomenten moeten even groot zijn als de gewrichtsmomenten. Er moet dus gelden: Ms = F s en tegelijkertijd: Me = F e Hieruit volgt: Ms s = Me e De momentsarmen van de te leveren kracht F verhouden zich dus als de te leveren spiermomenten rond de gewrichten. De werklijn van de kracht F loopt in dit voorbeeld tussen schouder en elleboog door en snijdt de verbindingslijn tussen deze twee gewrichten in punt V (het "verhoudingspunt") (figuur 16b). In figuur 16c vergroten we dit uit en we zien dan dat de twee delen van de verbindingslijn (x en y), de momentsarmen van F (s en e) en de werklijn van F twee driehoeken vormen. Omdat s en e beide loodrecht staan op de werklijn van F, lopen deze twee lijnstukken evenwijdig. De twee driehoeken zijn daarmee gelijkvormig omdat de drie hoeken gelijk zijn. Indien er sprake is van gelijkvormige driehoeken geldt dat de verhouding van de momentsarmen (s en e) gelijk is aan de verhouding van de lijnstukken x en y. Anders gezegd: de werklijn van F verdeelt de verbindingslijn tussen schouder en elleboog in twee delen (x en y) welke dezelfde verhouding hebben als de momentsarmen (s en e): x s = y e Omdat de momentsarmen s en e zich, zoals eerder gezegd, op hun beurt weer verhouden als de spiermomenten Ms en Me, geldt uiteindelijk: Ms s x = = Me e y

11 Figuur 16a t/m c. Voorbeeld van het bepalen van het verhoudingspunt V indien de werklijn van de kracht F tussen elleboog en schouder doorloopt. Verdere verklaring in de tekst. Indien precies in de tegengestelde richting van F kracht zou worden geleverd, vinden we uiteraard hetzelfde punt V, alleen de draaizin van de spiermomenten rond schouder en elleboog zijn dan tegengesteld aan die in dit voorbeeld. Hetzelfde principe blijkt geldig te zijn wanneer de kracht F niet tussen schouder en elleboog doorloopt, doch "onder" de elleboog of "boven" de schouder is gericht. Hiervan is sprake indien de momenten rond schouder en elleboog een gelijkgerichte draaizin bezitten. In die gevallen wordt het verlengde van de verbindingslijn tussen schouder en elleboog gesneden met de werklijn van de kracht om het "verhoudingspunt" V te vinden. Van beide situaties geven we een voorbeeld in figuur 17. We zullen dit "verhoudings-principe" hierna gebuiken om te bepalen in welke richting iemand de grootste kracht kan leveren.

12 Figuur 17. Voorbeelden van de bepaling van het ver- houdingspunt V wan- neer de kracht t onder de elleboog (a,b en c) of boven de schou- der (d,e en f) is ge- richt. Het punt V is het snij- punt van het verleng- de van de verbin- dingslijn van schouder en elleboog met de werklijn van F.

13 Richting en grootte van de maximale kracht Tot hier toe hebben we uitsluitend gekeken naar de richting van de op de omgeving uitgeoefende kracht. We willen ons nu de volgende vragen stellen: - in welke richting kan, in een bepaalde positie van arm of been, de grootste kracht worden geleverd? S hoe groot is deze kracht? Deze vragen zijn zowel voor bijvoorbeeld de ergonomie als voor de sport van betekenis. Voor het beantwoorden van de gestelde vragen is het allereerst nodig te bepalen hoe groot de maximaal te leveren momenten zijn rond de betrokken gewrichten in de gewenste c.q. vereiste positie. Hiervoor kan gebruik gemaakt worden van een zogenaamde dynamometer. Dat is een meetapparaat waarmee het geleverde spiermoment rond een gewricht kwantitatief bepaald kan worden (figuur 18). Figuur 18. Dynamometer waarmee spiermo momenten menten kunnen wor- den geme meten. ( (Myometer, Penny & Giles Transducers). Het apparaat meet de kracht die er op wordt uitgeoefend. In figuur 19 wordt een voorbeeld gegeven (in werkelijkheid worden de twee momenten na elkaar gemeten). De afstand van de dynamometer tot het draaipunt van het gewricht (resp. p en q) wordt gemeten. (Dit is uiteraard een schatting omdat de precieze positie van de gewrichtsassen niet met eenvoudige middelen is vast te stellen). De persoon wordt gevraagd zo hard mogelijk (maximaal) tegen het meetapparaat te duwen. Het maximale spiermoment (resp. Ms(max) en Me(max)) wordt dan berekend door de gemeten kracht (resp. Fs en Fe) te vermenigvuldigen met de gemeten afstand tot het draaipunt (resp. p en q). Figuur 19. Voorbeeld van de bepaling van de maximaal te leveren spiermomenten rond de elleboog Me(max) en de schouder Ms(max). Me(max) = Fe H q en Ms(max) = Fs H p. Voor de schouder geldt dus: Ms = Fs p max en voor de elleboog: Me = Fs q max

14 Hetzelfde kan uiteraard gedaan worden voor de tegengestelde draaizin van de momenten rond schouder en elleboog. (De door ons gebruikte dynamometer meet de kracht in kilogram-force (kgf). De afstanden tot de draaipunten van de gewrichten worden gemeten in centimeters. De maximale momenten hebben dus als eenheid kg x cm = kgcm. De gebruikelijke eenheid voor momenten is echter Nm. Om van kgcm om te rekenen naar Nm moet de waarde gedeeld worden door 10 want : 1kgf = 10 N en 1 cm = 0.01 m). Stel dat we bij de persoon in figuur 19 in de getoonde positie van de arm voor het maximale anteflecterende moment rond de schouder (Ms(max)) een waarde hebben gevonden van 50 Nm en voor het maximale extenderende moment rond de elleboog een waarde van 40 Nm. We kunnen dan kwantitatief nagaan in welke richting deze persoon de grootste kracht kan leveren en tevens bepalen hoe groot deze kracht is. Voor de oplossing hiervan gaan we als volgt te werk (figuur 20). Figuur 20. Bepaling van de richt- ing waarin iemand de grootste kracht kan leve veren bij de (geme- ten) maximale mo- menten Ms(max) en Me(max). Verdere verklaring in de tekst. Allereerst bepalen we de krachtenwaaier van alle krachten die tegelijk voldoen aan het anteflecterende moment rond de schouder en het extenderende moment rond de elleboog (figuur 20a). De richting waarin de grootste kracht (F(max)) geleverd kan worden ligt "ergens" in deze waaier.

15 De maximale spiermomenten rond schouder en elleboog moeten uiteraard weer even groot zijn als de gewrichtsmomenten van F(max) (met de momentsarmen s en e voor resp. de schouder en de elleboog) over deze beide gewrichten. Er moet dus gelden: Ms F s max = max en tegelijkertijd: Me F e max = max Hieruit volgt: Ms s = Me e Overeenkomstig met het voorgaande verhouden de momentsarmen (s en e) van de maximaal te leveren kracht F(max) zich als de maximaal te leveren spiermomenten rond de gewrichten. Aangezien we de maximale spiermomenten in de te analyseren positie hebben gemeten, weten we de verhouding van de momentsarmen. In ons voorbeeld geldt dus: Msmax s 50 5 = = = Me e 40 4 max Volgens het principe zoals besproken in het vorige hoofdstuk geldt: de gezochte richtingslijn van F(max) verdeelt de verbindingslijn tussen schouder en elleboog in twee delen (x en y) welke dezelfde verhouding hebben als de momentsarmen (s en e): x s = y e en gecombineerd met het voorgaande levert dit op: Msmax s x 5 = = = Me e y 4 max We moeten dus de verbindingslijn tussen schouder en elleboog verdelen in de verhouding 5:4. Stel dat de gemeten lengte van deze verbindingslijn 30 cm bedraagt. We vinden dan bij de verhouding 5:4 (afgerond) 17 en 13 cm. Het "verhoudingspunt" V kan dan worden ingetekend (figuur 20b). Nu kunnen we de precieze richting van F(max) vinden door dit verhoudingspunt te verbinden met het aangrijpingspunt van F(max) (de hand) (figuur 20c). De absolute grootte van de maximaal te leveren kracht kunnen we als volgt (benaderend) vinden. We meten in de tekening òf de momentsarm tot de schouder (s), òf die tot de elleboog (e) (de schaal van de tekening of foto moet daarvoor bekend zijn). De grootte van F(max) vinden we dan door: Msmax Fmax = s of Memax Fmax = e In figuur 20d blijkt na meten en verschalen de momentsarm e bij de elleboog 10 cm te bedragen, ofwel 0.1 m. Het maximale spiermoment bij de elleboog was 40 Nm. De grootte van F(max) is dus 40 / 0.1 = 400 N oftewel 40 kgf.

16 Algoritme We vatten het voorgaande nog eens stapsgewijs samen. 1. Teken (of fotografeer) de positie van arm of been waarin de grootste kracht geleverd moet worden. De schaal van de tekening of foto moet bekend zijn. 2. Meet met een dynamometer de maximale spiermomenten rond schouder en elleboog c.q. heup en knie die de persoon in de vereiste positie kan leveren. 3. Kies de combinatie van de draaizin van de spiermomenten waarvoor men F(max) wil bepalen. 4. Bepaal de bij de gekozen combinatie van spiermomenten behorende krachtenwaaier. 5. Verdeel de verbindingslijn tussen schouder en elleboog (c.q. heup en knie) in de verhouding van de gemeten spiermomenten. 6. Trek de verbindingslijn tussen het gevonden "verhoudingspunt" en het punt waarop de maxi- male kracht moet aangrijpen. 7. Deze verbindingslijn geeft (samen met de krachtenwaaier) de richting aan waarin de maxi male kracht geleverd kan worden. 8. Vervolgens kan grafisch de momentsarm van, naar keuze, de schouder of elleboog tot de werklijn van F(max) worden bepaald. De absolute grootte van F(max) wordt dan gevonden door het gemeten moment rond de schouder (of de ellboog) te delen door de gemeten momentsarm mentsarm van de schouder (resp. de elleboog). Spierkrachttraining en krachtrichting We zullen de praktische consequentie van het voorgaande toelichten met behulp van het volgende voorbeeld. In figuur 21 wordt de startfase weergegeven van een hardloopster. De grote witte stip stelt het lichaamszwaartepunt voor. De kleine witte stippen stellen de draaicentra van heup en knie voor (van het linker, dus achterliggende been). (Let wel: we streven in dit voorbeeld geen precisie na. Het gaat slechts om het verduidelijken van de in dit artikel besproken principes en niet om een nauwkeurige analyse van de start van een hardloopwedstrijd. Een veel nauwkeuriger analyse van het sprinten is bijvoorbeeld gegeven door Doorenbosch et al. (1) ). Figuur 21. Startfase van een estafetteloopster. De pijlen geven g de (geschatte) richting van de afzetkracht van de linker voet aan. (De tegengestelde richting is die van de reactiekracht van het startblok op de voet). Verdere verklaring in de tekst. De richting waarin deze atlete met het linker (afzet) been tegen het startblok duwt, is weergeven, evenals de momentsarmen tot heup en knie van deze kracht. Zodra de atlete de handen van de grond

17 losmaakt (figuur 21b) dreigt zij voorover te vallen omdat het lichaamszwaartepunt ergens voor de voeten projecteert. In eerste instantie zal de werklijn van de afzetkracht dan ook voor het zwaartepunt langs moeten worden gericht. Daardoor ontstaat een achteroverkantelend moment om het lichaamszwaartepunt, zodat het dreigende voorover vallen wordt voorkomen. (Dit is wellicht wat eenvoudiger te zien door zich te realiseren dat het startblok even hard tegen de voet duwt als de atlete tegen het startblok. De reactiekracht op het lichaam werkt dus precies tegengesteld aan de getekende actiekracht). Het achteroverkantelende effect van de afzetkracht is goed te zien aan de steeds meer opgerichte positie van het lichaam in de opvolgende fasen van de start (vergelijk bijvoorbeeld figuur 21c en 21h). Tijdens het vorderen van de afzet wordt de kracht steeds meer in de richting van het zwaartepunt gericht en versnelt het lichaam naar voren. (Indien de afzetkracht steeds vóór het zwaartepunt gericht zou blijven, zou dit resulteren in een "salto" achterover). Aan de momentsarmen van de afzetkracht tot heup en knie zien we dat in vrijwel alle fasen de momentsarm rond de heup groter is dan die van de knie. De extensoren van de heup zullen tijdens het starten uit de startblokken dan ook een groter moment moeten leveren dan de knie-extensoren. Waar het ons nu om gaat is het volgende. Stel dat deze atlete besluit in een krachthonk ijverig te trainen op de quadricepsbank om haar knieextensoren sterker te maken en stelt dat het haar inderdaad lukt deze spiergroep bijvoorbeeld twee keer zo sterk te maken. In welke mate zou dat haar startprestatie dan verbeteren? We bezien daartoe figuur 22e, overeenkomend met figuur 21e. Daarin staat de richting waarin geduwd moet worden op basis van de eis dat het lichaam zo efficiënt mogelijk naar voren versneld dient te worden en tevens het voorover vallen wordt tegengegaan. Ook in deze fase is te zien dat het heupmoment groter moet zijn dan het kniemoment. Stel nu dat deze atlete haar nieuw verworven spierkracht van de m.quadriceps ten volle zou aanwenden. Dan betekent zulks onvermijdelijk, gezien het voorgaande, dat de richting van de afzetkracht verandert, bijvoorbeeld in de richting als aangegeven in figuur 22e1. Nu loopt de afzetkracht ver achter het lichaamszwaartepunt langs. Dit zou betekenen dat de tegengesteld gerichte reactiekracht van het startblok op de voet eveneens achter het zwaartepunt langs zou lopen (figuur 22e2) en de atlete zou onvermijdelijk voorover vallen. Figuur 22. e. Zelfde situatie als in figuur 21 (ter vergelijk). e1. Richting an de afzetkracht indien de atlete rond de knie een veel groter moment zou leveren als in figuur e. e2. Omdat de (reactie)kracht nu ver achter het zwaartepunt langsloopt, zou de atlete onvermijdelijk voorover val len. Spierversterking zou voor deze sportster alleen zin hebben indien zij alle relevante spieren rond heup, knie en enkel evenredig zou versterken in de verhouding welke beantwoordt aan de richting waarin zij kracht moet leveren. In dat geval lijkt het veel handiger om in plaats van in een krachthonk te gaan zitten, de start veelvuldig te oefenen en steeds sneller uit de startblokken proberen te komen; dan gaat het spierversterken geheel vanzelf in de functioneel juiste verhouding. Hetzelfde geldt in principe voor elke sport of actie.

18 LITERATUUR 1. Doorenbosch C., Offerhaus E., Jacobs R., van Ingen Schenau G. Intermusculaire coördinatie tijdens sprinten. Geneeskunde en Sport 25, nr. 3 (1992), pp Leffelaar E. Compendium Oefentherapie, I. N.V. Uitgeversmaatschappij De Tijdstroom (1971).