Versus Tijdschrift voor Fysiotherapie, 18e jrg 2000, no. 4 (pp )

Transcriptie

1 Auteur(s): D. Kistemaker Titel: Evenwicht in het gewricht in de close-packed position Jaargang: 18 Jaartal: 2000 Nummer: 4 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 EVENWICHT IN HET GEWRICHT IN DE CLOSE- PACKED POSITION Dinant Kistemaker D.A. Kistemaker, Bewegingstechnoloog, Student Bewegingswetenschappen, Vrije Universiteit, Amsterdam Inleiding nergiezuinig als de natuur is, en daarmee ook de mens, zal zij streven naar een uitvoering van E haar taken met zo min mogelijk verbruik van energie en materiaal. Dit idee van het minimum principle bestaat al enige tijd. Bij studie naar het menselijk lichaam blijkt vaak, zo niet altijd, dat aan deze eis wordt voldaan. Dit geldt zeker ook voor het bewegingsapparaat. In gewrichten is dit onder andere terug te vinden in de aanwezigheid van een close-packed position (CPP). Het voordeel van een closepacked position is duidelijk tijdens het staan. In een gestrekt kniegewricht (close-packed position) zijn wij in staat evenwicht te creëren zonder daarbij spieren aan te spannen. Dit ondanks de vóór de knieas langslopende zwaartelijn. Een voor de knie-as lopende zwaartelijn houdt in dat de zwaartekracht een strekkend moment over de knie tot gevolg heeft. Om evenwicht te handhaven in de close-packed position moeten andere structuren dan spieren een aan de zwaartekracht tegengesteld buigend moment leveren. Hoewel vaak melding gemaakt wordt van het bestaan van een close-packed position (1,4), is voor zover bekend nog nooit een analyse gemaakt van het krachtenspel rond het gewricht in deze stand en van de hierbij betrokken structuren. Er wordt alleen melding gemaakt van het op maximale spanning zijn van het overgrote deel van het band-kapsel-apparaat (4) en het bestaan van een maximale congruentie tussen convex en concaaf (1,4). Dit laatste wil zeggen dat een deel van de profielen van kop en kom daar gelijke krommingen vertonen (zie figuur1). Figuur 1. Congruentie in de close-packed position (A) en discongruentie in positie B (4). Er is dan geen sprake meer van een contactpunt, maar van een contactoppervlak. Doordat kraakbeen enigszins vervormbaar is, is er in principe in elke stand sprake van een zeer klein contactoppervlak. Echter, de stijfheid van kraakbeen is zo hoog dat deze, met het oog op het mechanisme van stabiliteit en de grootte van het contactoppervlak in de CPP, verwaarloosbaar klein is. In dit tijdschrift is eerder beschreven dat ligamenten de aangewezen structuren zijn voor het sturen van een gewricht (3,5,6). Hierbij gaan de werklijnen van de op één moment draaipunt dicterende ligamentvezels altijd door het draaipunt. Het kan daarom nooit zo zijn dat in de close-packed position vezels van

3 het overgrote deel zomaar op spanning staan. Dat stuit namelijk op logische problemen. Als een willekeurige set ligamenten op spanning komt, wie stuurt dan het laatste momentane draaipunt vóór en wie stuurt het eerste draaipunt nà de close-packed position? Het moet in ieder geval mogelijk zijn een eenvoudiger hypothese te vinden die kan verklaren hoe het gewricht een extern moment kan generen, zonder daarbij de intrinsieke sturing van het gewricht uit het oog te verliezen. In dit artikel wordt geprobeerd een verklaring te geven hoe een gewricht in close-packed position evenwicht verzorgd. De richting van de reactiekracht Zoals al eerder is vermeld, kunnen sturende ligamenten geen moment om het draaipunt genereren (3,5-,6). Immers, zij kunnen alleen in hun lengte richting kracht leveren en de werklijn van de gegenereerde krachten lopen per definitie dóór het draaipunt. Om er achter te komen hoe het kan dat in de closepacked position een moment wordt gegenereerd zonder dat spieren worden aangespannen, moet eerst nader naar het gewricht gekeken worden in normale situaties. Als eerste kan er alleen een reactiekracht ontstaan indien er contact bestaat tussen kop en kom. De reactiekracht grijpt dan ook altijd aan in het contactpunt. Vervolgens is er een eis van het loodrecht staan van de reactiekracht op het contactoppervlak. Dit komt voort uit de afwezigheid van een noemenswaardige wrijvingskracht. Dit wordt met behulp van een voorbeeld toegelicht. In figuur 2a en c is een pen afgebeeld die op een gladde ondergrond staat (bijvoorbeeld een balpen op een glazen tafelblad). Figuur 2. Het ontbreken van een wrijvingskracht in een gewricht, leidt ertoe dat er alleen reactiekrachten kunnen bestaan die loodrecht op de gemeenschappelijke raaklijn van kop en kom staan. Dit is in te zien met behulp van het volgende voorbeeld: wanneer een pen op een gladde tafel (b.v. glas) wordt gezet kan er alleen op die pen gedrukt worden indien die kracht loodrecht op de ondergrond gericht staat (3a en c). Een willekeurige andere richting leidt ertoe dat de pen onderuit glijdt. Dit komt door het (nagenoeg) ontbreken van een wrijvingskracht. Wanneer dezelfde proef zou worden herhaald op een ondergrond met genoeg wrijving (b.v. op tapijt) dan kan er wel in verschillende richtingen op de pen geduwd worden (d). Er kan op de pen alleen een kracht precies loodrecht op de ondergrond worden uitgeoefend. Wanneer in een andere richting geduwd wordt, dan glijdt de pen onherroepelijk uit (figuur 2b en d). Dit komt omdat voor evenwicht een kracht van de ondergrond op de pen nodig is die evenwijdig loopt aan de ondergrond. Alleen wrijvingskrachten komen hiervoor in aanmerking. Dus als de wrijvingskracht ontbreekt kunnen er alleen reactiekrachten heersen loodrecht op de ondergrond. Wanneer de pen op het tapijt gezet wordt (figuur 2e), is door de aanwezigheid van een aanzienlijke wrijving wel mogelijk in meerdere richtingen kracht op de pen uit te voeren. Tevens moet het draaipunt van een gewricht op dezelfde loodlijn liggen. De afstand van het gewrichtsoppervlak tot het momentane draaipunt wordt met name bepaald door de verhoudingen van de kraakbeenoppervlakken van kop en kom en hun vorm. Dit moet want anders zou het gewricht bij een hoekstandverandering òf door het gewricht heen moeten bewegen, òf er juist vanaf (zie figuur 3). Dit leidt ertoe dat de reactiekracht vanuit het draaipunt door het momentane draaipunt loopt (zie ook figuur 6a,b en c. Voor een meer gedetailleerde uitleg wordt verwezen naar een eerder in Versus verschenen artikel (6).

4 Figuur 3. Een rotatiecentrum kan alleen op de gemeenschappelijke raaklijn in het contactpunt van kop en kom liggen. Een rotatiecentrum die niet op deze lijn (L) ligt, leidt ertoe dat òf de kop separeert van de kom (a) òf de kop door de kom heen dringt (b). Vorm van kop en kom Gewrichten zoals die gevonden worden in het menselijk lichaam, hebben een vorm waarbij de kromtestralen continu veranderen. Doordat er sprake is van veranderende kromtestralen, is er niet sprake van één middelpunt, maar van een verzameling van kromtemiddelpunten: de evolute (4,5,6). Om een gewricht zo te maken dat er een positie is waarbij er sprake is van een contactoppervlak, moet in ieder geval een deel van de evolute van convex en concaaf met elkaar overeenkomen (figuur 4). Figuur 4. Als er een stand in een gewricht is waarbij er sprake is van een contactoppervlak, dan moet in ieder geval een deel van de evoluten van kop en kom overeenkomen. Verder kan er slechts aan één kant van een gewricht een CPP bestaan. Een CPP bevindt zich altijd daar waar de kromtestralen het grootst zijn (dus daar waar het gewricht het minst gekromd is). Dit wordt verduidelijkt met behulp van figuur 5. Een CPP daar waar het gewricht het sterkst gekromd is (B), leidt ertoe dat in alle ander standen dan de CPP geen normaal contact tussen kop en kom mogelijk is (A). Figuur 5. Een CPP bestaat alleen aan de kant van het gewricht daar waar deze het minst gekromd is. Een CPP daar waar het gewricht het sterkst gekromd is, leidt ertoe dat in alle ander standen dan de CPP geen normaal contact tussen kop en kom mogelijk is (4). Evenwicht in de close-packed position Aan de hand van een fictief gewricht (figuur 6) wordt geprobeerd het principe uit te leggen van het verzorgen van evenwicht tijdens de CPP. Dit gewricht bestaat uit een kop en kom en een (versimpeld) bijbehorend ligamentair stelsel. Voor de inzichtelijkheid heeft dit model een vorm waarbij het contactoppervlak in de CPP precies horizontaal loopt. Zoals eerder vermeld, moet voor elke stand gelden dat de reactiekracht steeds loodrecht op het profiel van kop en kom in het contactpunt staat (figuur 6a,b en c). Doordat de reactiekracht door het draaipunt loopt, kunnen ligamenten het gewricht stabiel en weer-

5 standloos elke stand laten aannemen. Figuur 6. Schematische weergave van een fictief gewricht in 6 situaties. Bij het bewegen van het gewricht bestaat de eis dat de werklijn van de reactiekracht steeds vanuit het contactpunt door het momentane draaipunt heen gaat. Dit geldt voor alle standen tot en met het punt waarop het gewricht net niet in de CPP staat. In de CPP kan het aangrijpingspunt nagenoeg instantaan op elke plek op het contactoppervlak aangrijpen. Hierdoor kan de reactiekracht in een CPP een moment leveren. De stand van het gewricht in figuur 6c, is de stand juist voor de CPP. Een zeer kleine hoekstandverandering linksom zorgt ervoor dat het gewricht geen contactpunt meer heeft, maar een contactoppervlak (figuur 6d). Dit wil echter niet zeggen dat de reactiekracht zomaar willekeurig een richting kan aannemen. Nog steeds staat deze loodrecht op het contactoppervlak; er is namelijk nog steeds geen wrijvingskracht. Echter, in het geval dat het gewricht in de CPP staat, hoeft de reactiekracht niet meer door het draaipunt te lopen. De reactiekracht kan in principe op het gehele contactoppervlak aangrijpen. De reactiekracht levert dan een moment om het draaipunt, dat nog steeds gedicteerd wordt door de ligamenten. Mechanisch gezien vormen de reactiekracht en de ligamentaire krachten een koppel. De aanwezigheid van ligamentaire krachten is even cruciaal voor evenwicht in de CPP als het aangrijpingspunt en de richting van de reactiekracht. Om dit mechanisch systeem te verduidelijken, wordt een omgekeerde wip als voorbeeld gebruikt (figuur 7). Figuur 7. Als er met behulp van een stuitnok evenwicht gemaakt wordt, is het essentieel dat het draaipunt op zijn plaats gehouden wordt. Het koppel, gemaakt door de reactiekracht en de kracht in het draaipunt, zorgt voor een uitwendig moment. In de bovenste tekening van figuur 7 wordt een situatie getoond waarbij een uitwendige (trek)kracht wordt gecompenseerd door een kracht aan de andere zijde. De wip heeft een scharnierpunt (rc) dat niet van plaats kan veranderen. Indien de momenten die de twee krachten leveren gelijk zijn, bestaat er evenwicht en is er dus geen beweging. Stel, u wilt de spierkracht vervangen door een energetisch voordelige reactiekracht, bijvoorbeeld door een soort stuitnok te plaatsen aan de linkerzijde van de wip (onderste tekening in figuur 7), hoe wordt dan evenwicht gemaakt? Het lijkt voor de hand te liggen dat dit kan wanneer het moment van de reactiekracht t.o.v. het draaipunt even groot is als het moment van de uitwendige kracht. Echter, dit is alleen waar in-

6 dien het draaipunt op zijn plaats gehouden wordt. De kracht die het draaipunt op zijn plaats houdt is even belangrijk als de reactiekracht van de stuiknok op de wip. Dit is als volgt in te zien: doordat er sprake is van evenwicht moet ten opzichte van elk punt gezien evenwicht bestaan. Stel we gaan ten opzichte van het contactpunt van de reactiekracht naar de momenten kijken. We zien dat de krachten in het draaipunt nu een aan het uitwendig moment tegengesteld moment moeten leveren. In geval van evenwicht moeten deze twee momenten even groot, maar tegengesteld gericht zijn. Net zoals bij de wip, kan het moment van de reactiekracht slechts één richting hebben; in het geval van het fictieve gewricht steeds rechtsom. Vanuit een kinematisch oogpunt is dit ook een vereiste. Een oneindig klein extern moment leidt direct tot verplaatsing van het aangrijpingspunt van de reactiekracht (figuur 6e) en een beweging rechtsom (figuur 6f). Met nadruk dient vermeld te worden dat het verplaatsen van het aangrijpingspunt over een contactoppervlak met nagenoeg oneindige snelheid gaat. Praktische relevantie Het staan met gestrekte knieën is veel minder vermoeiend dan met gebogen knieën. Ook in de elleboog is dit waar te nemen. Figuur 8a en c laat een proefpersoon zien met een gewicht in zijn hand. a b Figuur 8. Een proefpersoon wordt gevraagd een gewicht in de hand te nemen. In de eerste positie is het ellebooggewricht net niet gestrekt (a), in de tweede positie staat het ellebooggewricht in de CPP (b). Het EMG laat duidelijk zien dat er in de CPP veel minder spieractiviteit is. c In twee posities is het EMG van de biceps gemeten. Één positie waarbij het ellebooggewricht licht gebogen is en één positie met het ellebooggewricht in de CPP. In de tweede positie heeft de zwaartekracht een grotere momentsarm en daardoor een groter moment ten opzichte van het ellebooggewricht. Normaal gesproken moeten de biceps dan meer kracht leveren om evenwicht te realiseren. Het EMG laat echter zien dat de activiteit van de biceps in de tweede stand beduidend lager is (figuur 8c). De reactiekracht van het gewricht in CPP levert het buigend moment. De aanwezigheid van een CPP is ook voelbaar. Het in palmairflexie duwen van een al maximaal geflecteerde pols is pijnlijk. Terwijl hetzelfde naar de kant van dorsaalflexie, daar waar de CPP zich bevindt, veel minder gevoelig is. Hetzelfde is het geval in de enkel bij plantair- en dorsaalflexie, waarbij maximale dorsaalflexie de CPP is. Discussie Een close-packed position is een zeer bijzondere (eind)stand in het gewricht. Een CPP stelt ons in staat om op energetisch zeer zuinige wijze externe lasten te kunnen (ver)dragen. Dit komt doordat een gewricht in die stand zelf, met passieve structuren, een moment kan leveren. Doordat in een CPP

7 sprake is van een relatief groot contact oppervlak, is er geen dwingende eis meer van het door het draaipunt heen moeten lopen van de reactiekracht. Wanneer het draaipunt door de ligamenten op zijn plaats gehouden wordt, zorgt het koppel van de ligamentaire kracht en de reactiekracht voor een uitwendig moment. Doordat het moment in de CPP alleen door passieve structuren wordt geleverd, kan het energieverbruik zeer laag zijn. Er hoeven immers weinig tot geen spieren actief te zijn. Dit is een mooi voorbeeld van het minimum principle. LITERATUUR 1. MacConaill, M.A.M. & Basmajian, J.V. Muscles and movement. The Williams en Wilkins Company 1969 (USA) 2. Ingen Schenau van, G.J., Mullender, M., Soest, A.J. & Toussaint, H. Biomechanica: klassieke mechanica toegepast op het bewegen van de mens. Faculteit der Bewegingswetenschappen Vrije Universiteit, Amsterdam Meer van de, P., Lagerberg, A. & Faber, H. Spierversterking bij instabiliteit: zinvol? Versus tijdschrift voor fysiotherapie, nr 5: , Oonk, H.H.N. Osteo- en arthrokinematica. Uitg. Henric Graaff van Ijssel, Weert, Riezebos, C. & Krijgsman, F. Gewrichten: lenigheid en stijfheid. Versus tijdschrift voor fysiotherapie, nr 2: , Riezebos, C., Lagerberg, A., & Kistemaker, D.A. Het funktiegestoorde gewricht. Versus tijdschrift voor fysiotherapie, nr 4: , 1997