Auteur(s): S. Leseman, H. Faber Titel: De effekten van lenigheidstraining op gewrichten Jaargang: 8 Jaartal: 1990 Nummer: 6 Oorspronkelijke paginanummers: 301-314 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: www.versus.nl
De effekten van lenigheidstraining op gewrichten S. Leseman H. Faber Inleiding Naar aanleiding van het eerder in dit tijdschrift verschenen artikel "Gewrichten: lenigheid en stijfheid" (1), wordt hier bekeken welke theoretische mogelijkheden er bestaan om een gewricht leniger te maken, dat wil zeggen een grotere bewegingsuitslag te kunnen laten maken. Vooraf zij vermeld dat wordt uitgegaan van een ongestoord bewegend gewricht; het gaat hier dus niet om het leniger maken van een geïmmobiliseerd gewricht. Het zal u bekend zijn dat met name in de sportwereld veelvuldig gepoogd wordt de lenigheid van bepaalde gewrichten te vergroten door middel van geforceerde bewegingen 'door de eindstand heen', terwijl er geen enkele aanwijzing bestaat dat dit een positieve uitwerking heeft in de zin van betere prestaties. Los van de vraag of dit leniger maken een zinvolle bezigheid is, blijkt in de praktijk wel dat indien een gewricht regelmatig geforceerd in de eindstand wordt gebracht, de bewegingsmogelijkheid toeneemt. Bekeken wordt nu welk mechanisme dit theoretisch zou kunnen ondersteunen. Theoretische mogelijkheden Er zijn in principe vijf mogelijkheden om de bewegingsuitslag in een gewricht te doen toenemen: 1. het kontaktareaal van de concave gewrichtspartner verkleinen bij een gelijkblijvende kromtestraal, door toename van de schuifkomponent (figuur 1 en 2). 2. de kromtestraal van de concaviteit vergroten bij een gelijk blijvende booglengte (figuur 3). 3. het kontaktareaal van de convexiteit vergroten bij een gelijk blijvende kromtestraal, door toename van de schuifkomponent (figuur 4). 4. de kromtestraal van de convexiteit verkleinen bij een gelijk blijvende booglengte (figuur 5). 5. de kontaktoppervlakken van zowel de concaviteit als van de convexiteit vergroten (figuur 6). Figuur 1. Het model in de uitgangspositie.
Figuur 2. Verkleind kontaktareaal op concaaf. Figuur 3. Vergrote kromtestraal van concaaf.
Figuur 4. Vergroot kontaktareaal op convex. Figuur 5. Verkleinde kromtestraal van convex.
Figuur 6. Beide kontaktoppervlakken vergroot. Het is nu de vraag welke van de vijf genoemde mogelijkheden voor het leniger maken van een gewricht in vivo kunnen optreden. Ons inziens vallen opties 2 en 4 af, omdat het veranderen van de vormgeving van de gewrichtspartners veel meer tijd zou vergen dan in werkelijkheid nodig blijkt. Mogelijkheid 3 lijkt ons ook nogal onwaarschijnlijk, omdat er, zover ons bekend, nog nooit osteofytvorming (een aanpassing van het lichaam om een kraakbeenoppervlak te vergroten) aan een convexiteit is waargenomen. Om dezelfde reden valt ook mogelijkheid 5 af. Als enige mogelijkheid blijft dus over het verkleinen van het kontaktoppervlak op de concaviteit bij een gelijkblijvende kromtestraal (de situatie zoals voorgesteld in figuur 2). Dit kan alleen bereikt worden door een verder van de gewrichtsspleet vandaan liggend momentaan rotatiecentrum. De schuif component moet in grootte toegenomen zijn (1). Om een beter begrip te krijgen van de wijze waarop dit in een gewricht gerealiseerd zou kunnen worden, is het volgende computermodel ontwikkeld. Het computermodel Als basis voor dit model is gekozen voor een evolvente-vorm. Dit is een spiraalvormige figuur, waarvan de kromtestraal voortdurend van grootte verandert (zie appendix). Deze manier van opbouwen van een gewrichtsmodel sluit beter aan bij de werkelijkheid dan een model waarin gekozen is voor cirkelvormige profielen, omdat gewrichten in werkelijkheid immers ook een voortdurend veranderende kromtestraal hebben (3). Daar het model op deze manier is opgebouwd, is er ook slechts één close packed position (de situatie van maximale congruentie, die gepaard gaat met maximale ligamentaire spanning) (3). In het model zijn tevens twee reëel georiënteerde ligamenten opgenomen. In de close packed position wordt de verlenging van deze ligamenten op vijf procent gesteld, omdat collageen bindweefsel geen grotere verlenging toelaat zonder te ruptureren (2). Het model is door middel van tien stappen van de ene uiterste gewrichtspositie naar de andere te bewegen, waarbij de computer in elke stand de absolute lengte van het ligament en de relatieve verlenging ervan berekent. In het computermodel is tevens de ligging van het momentaan rotatiecentrum te veranderen; verder van de gewrichtsspleet af of er dichter naar toe, waarmee een funktiestoring kan worden nagebootst (1,3). Het gewricht in het model kan dus zowel stijver als leniger worden gemaakt, waarbij direkt kan worden afgelezen wat de gevolgen hiervan zijn voor de benodigde kontaktarealen op de beide gewrichtsprofielen en wat dit betekent voor de verlengingen van de ligamenten. In figuur 7 is het model afgebeeld
met standaard parameters. Zowel een neutrale positie als een uiterste bewegingsuitslag zijn afgebeeld. Figuur 7. Het model met standaard parameters. a. Maximale close packed position b. Middenstand c. Maximale loose packed position Veranderingen in de ligamenten Interessant is nu natuurlijk wat er in het geval van een grotere lenigheid door een verhoogd draaipunt gebeurd moet zijn met de sturende strukturen rond het gewricht, aangezien deze de ligging van het momentaan rotatiecentrum bepalen. Bij geforceerd bewegen van een gewricht "door de eindstand heen" moeten collageenvezels kapot gemaakt worden, omdat deze verantwoordelijk zijn voor de stabiliteit in de eindstand van het betreffende gewricht. Deze geruptureerde vezels zullen na verloop van tijd opnieuw aangelegd worden. Men zou kunnen veronderstellen dat deze nieuwe vezels simpelweg langer zijn dan de geruptureerde en op deze manier een grotere bewegingsuitslag toelaten. Men gaat dan echter voorbij aan het feit dat deze vezels dan hun sturende werking over het "oude" bewegingstrajekt kwijt zijn; slappe ligamenten kunnen niet sturen (1). Een mogelijke verklaring voor het optreden van de vergroting van de lenigheid van het gewricht is de volgende. Indien de eigenaar van het gewricht regelmatig de uiterste standen tracht te vergroten, zullen er vezels worden aangelegd in richtingen die niet meer uitsluitend passen bij de oorspronkelijke bewegingsuitslag, maar die tevens ten dele een grotere uitslag toe laten omdat dit op dat moment een gevraagde funktie is. Ook zullen er vezels verdwijnen en weer andere worden aangelegd omdat de richting van de trekkrachten op de ligamenten verandert. Deze hypothese kan worden geïllustreerd aan de hand van het computermodel: het gewricht wordt "geforceerd" in een eindstand gebracht door een stap meer te maken dan normaal. Berekeningen laten zien dat de procentuele verlenging van het ligament het gestelde maximum van vijf procent overschrijdt. Dit betekent dat het ligament scheurt (figuur 8).
Figuur 8. Het model in een geforceerde eindstand. Indien in het model ligamenten worden gebruikt die passen bij een grotere schuifcomponent, dus bij een hoger liggend momentaan rotatiecentrum, blijkt de bovengenoemde hoekstandsverandering wel mogelijk zonder vezels te beschadigen (figuur 9). Figuur 9 Verhoogd draaipunt met een kleiner benodigd kontaktareaal op concaaf.
Hierdoor ontstaat de situatie zoals geschetst in figuur 2: een gewricht met een hoger liggend draaipunt, een kleiner benodigd kontaktoppervlak op de concaviteit en een grotere bewegingsuitslag in vergelijking met de uitgangssituatie van figuur 1. Het gewricht is leniger geworden. Hierbij dient rekening gehouden te worden met het feit dat in een normaal funktionerend gewricht de halfwaardetijd van collageen zo'n 300 dagen bedraagt. De halfwaardetijd van de matrix wordt op 8 tot 10 dagen gesteld (2). Het leniger maken van gewrichten neemt echter minder tijd in beslag. Een verklaring hiervoor is de eerder genoemde hypothese over het kapot trekken van vezels. Het is bekend dat bij traumata van periarticulair bindweefsel de halfwaardetijd hiervan beduidend afneemt. Waarden van 2-3 dagen voor de matrix en 8-10 dagen voor de collagene vezels worden genoemd (2). Het opnieuw aanleggen van geruptureerde vezels kan dus veel sneller geschieden dan in een aanpassingssituatie waarbij geen laesies zijn opgetreden. Conclusie Het leniger maken van gewrichten berust op het ruptureren van collagene vezels in kapsel en ligamenten rond het gewricht, waarna het lichaam zich gelukkig zodanig aan kan passen dat er een nieuwe, ongestoord funktionerende situatie ontstaat met een grotere bewegingsmogelijkheid. In deze situatie is het momentaan rotatiecentrum verder van de gewrichtsspleet af komen te liggen ten opzichte van de oude situatie en zal een deel van het kraakbeenoppervlak op de concaviteit niet meer gebruikt worden en verdwijnen. Appendix Ter verduidelijking van het begrip evolvente kan men er het beste zelf één tekenen. Men neme een bekertje, een touwtje en een potlood. Bevestig het potlood aan het einde van het touwtje en wikkel het andere eind van het touwtje om de beker. Terwijl de beker vast wordt gehouden, wikkelt men het touwtje af (waarbij dit strak moet blijven staan) terwijl het potlood met de punt omlaag op de onderlaag wordt gehouden. De baan die het potlood nu tekent is een evolvente met een cirkelvormige evolute (3). Een evolvente kan als volgt worden geconstrueerd: We nemen een cirkel met straal r in een assenstelsel en kiezen een beginhoek a1 (fig. 10). Figuur 10. Bepaling van de coördinaten van een evolvente. De lijn A2 - P is een raaklijn aan de cirkel in punt A2. De boog (A1- A2) = b, is gelijk aan A2 - P. N.B. Slechts twee punten (A1 en P) van de evolvente zijn aangegeven.
Bij deze hoek hoort een punt A1. Dit wordt het eerste punt van de evolvente met de volgende coördinaten: ( ) x = r cos a1 (1) ( ) y = r sin a1 (2) Een volgend punt maken we door een grotere hoek te kiezen die a2 wordt genoemd. We berekenen nu punt A2 door a2 in te vullen in (1) en (2). Vervolgens wordt de booglengte b berekend met behulp van de formule: b = r ( a2 a1) Nu wordt de raaklijn aan punt A2 bepaald en lengte b hierop afgepast (punt P), zodat de uiteindelijke coördinaten van P de volgende worden: x = r cos y = r sin ( a2) + b sin( a2) ( a2) b cos( a2) Bewegen van het model Om het model te laten roteren wordt concaaf vast verondersteld en convex bewogen. Hiertoe wordt concaaf in tien gelijke stukken verdeeld. Het model kan dus in tien stappen heen en weer bewogen worden. In de ongestoorde situatie gaat dat als volgt: De verhouding tussen de lengten van concaaf en convex wordt bepaald. Dit is bijzonder eenvoudig, namelijk de lengte van convex gedeeld door de lengte van concaaf. Het stuk dat op concaaf gebruikt is, wordt met deze uitkomst vermenigvuldigd en zo hebben we de lengte van het stuk dat op convex moet worden gebruikt. De kontaktpunten op convex en concaaf zijn hiermee bekend. Door nu te zorgen dat de raaklijnen aan convex en concaaf samenvallen wordt convex op de juiste manier tegenover concaaf geplaatst. Op deze manier wordt zowel het hele kontaktareaal van convex als van concaaf gebruikt. We kunnen het model gestoord laten bewegen door de afgemeten stukken op convex kleiner of groter te kiezen. Kleiner betekent meer rol, groter betekent meer schuif. Heterolateraal bewegen gebeurt door negatieve waarden te nemen voor een afgemeten stuk op convex. Het draaipunt wordt bepaald met behulp van de methode ontwikkeld door Reuleaux. Dit komt op het volgende neer. Indien de coördinaten van 2 punten van een lichaam voor en na rotatie bekend zijn, is via een middelloodlijnkonstruktie (3) de ligging van het draaipunt te bepalen. Ligamenten In het model zijn ook een tweetal ligamenten opgenomen. In de close packed position wordt de lengte berekend en gesteld dat het ligament vijf procent verlengd is. Andere getallen voor deze verlenging kunnen ook gekozen worden. Meer dan vijf procent is echter niet aan te raden vanwege rupturen die dan optreden. Bij iedere rotatiestap rekent de computer de lengte van de ligamenten door en de daarbij behorende procentuele verlengingen. LITERATUUR 1. Riezebos,C. en F.Krijgsman Gewrichten: lenigheid en stijfheid Versus, tijdschrift voor Fysiotherapie nr.2 (1990). 2. Morree, J.de Dynamiek van het menselijk bindweefsel Bohn, Scheltema en Holkema, Utrecht (1989). 3. Oonk, H.H.N. Osteo- en Arthrokinematika Henric Graaff van Ussel, Weert (1988).