Elektromyografie en bewegingsanalyse bij lopen op een loopband onder een hellingshoek: consequenties voor knierevalidatie

Samenvatting

Spieractiviteit, gewrichtshoeken en hartslag tijdens op een helling lopen werden vergeleken teneinde gegevens te verzamelen voor de knierevalidatie. De doelen van dit onderzoek waren het kwantificeren van de niveaus van spieractivering bij verschillende hellingshoeken van de loopband, alsmede het vaststellen van de hellingshoek(en) waarbij de bewegingsuitslag van de knie het gewricht niet verder in gevaar zou brengen. De gemiddelde en maximale elektromyografische activiteit van de quadriceps (vastus medialis obliquus en vastus lateralis) en hamstrings (biceps femoris en de mediale hamstrings [semimembranosus/semitendinosus]) werd vastgelegd tijdens het lopen onder een hellingshoek van 0, 12 en 24%.

Zes proefpersonen (leeftijd = 28,5 ± 3,7 jaar, lengte = 1,79 ± 0,05 m en gewicht = 74,7 ± 7,9 kg) liepen op zelfgekozen snelheden bij iedere hellingshoek, terwijl de hoeken in enkel, knie en heup, de hartslag en de elektromyografische activiteit (oppervlakkige elektroden) werden vastgelegd. De maximale willekeurige contracties leverden een relatieve referentie op voor de elektromyografische activiteit tijdens het lopen. De gemiddelde en maximale elektromyografische activiteit nam significant toe over de verschillende hellingshoeken voor de vastus medialis obliquus (125 en 154%), de vastus lateralis (109 en 139%) en de biceps femoris (53 en 46%), maar bleef gelijk voor de mediale hamstrings. De maximale knieflexie op het moment dat de hiel de onderlaag raakte, nam significant toe met de hellingshoek. Ondanks verminderde zelfgekozen snelheid bij toenemende hellingshoek was er sprake van een significante toename van de hartslag met een toenemende hellingshoek.

De resultaten van dit onderzoek verschaffen een fundamenteel inzicht in de activiteitenniveaus van de quadriceps en de hamstrings, de bewegingsuitslagen van de onderste extremiteit en de belasting van het cardiovasculaire systeem bij lopen op de loopband onder een hellingshoek bij gezonde proefpersonen. De resultaten geven ook een indicatie dat een hellingshoek juist boven de 12% wellicht het beste is voor knierevalidatie teneinde patellofemorale klachten of mogelijke spanning op de voorste kruisband zo gering mogelijk te houden. Het profijt dat deze functionele activiteit oplevert, is een aanbeveling voor de toepassing ervan bij revalidatie en verschaft een basis ter vergelijking van patiënten met knieletsel.

Het doel van revalidatie is een patiënt terug te brengen naar de toestand van vóór het letsel. ‘Dit kan worden bereikt door het versterken van spieren rondom de aangedane gewrichten, het herstellen of handhaven van de bewegingsuitslag en, wellicht het allerbelangrijkste, het vermijden van verdere schade aan een reeds getroffen weefselstructuur’. Het onderhavige onderzoek werd uitgevoerd om te bepalen of deze doelen met lopen zijn te bereiken door het vastleggen van de musculaire activiteit, de gewrichtshoeken in de onderste extremiteit en de cardiovasculaire reactie, bij een gezonde populatie tijdens omhooglopen op een loopband, om zo een basis te bepalen ter vergelijking van patiënten met letsel.

De elektromyografische (emg) activiteit van de M. vastus medialis en lateralis, de mediale hamstrings en de M. biceps femoris tijdens het lopen is al eerder vastgelegd. Resultaten van deze onderzoeken duiden erop dat tijdens horizontaal lopen de quadriceps de maximale activiteit bereikt op het moment dat de hiel de grond raakt (25% maximale willekeurige contractie) en dat hij relatief inactief is in het midden van de standfase totdat de hiel de volgende keer wordt neergezet. Bij training onder een hellingshoek onderzocht Brandell het effect van snelheid en hellingshoek op de emg-activiteit van de quadriceps en kuitmusculatuur. Deze auteur concludeerde dat toenemende snelheid en hellingshoek resulteerden in een relatieve toename van de emg-activiteit van de beide vastus in vergelijking met de kuit.

Recentelijk noteerden Ciccotti et al. echter gelijksoortige grootte en variatiecurven van emg-activiteit in de quadriceps tijdens horizontaal lopen (1,5 m/s) en het op een drempel stappen met een hellingshoek van 10% bij dezelfde snelheid als het horizontaal lopen. Hoewel maar weinig gegevens werden gepresenteerd voor vergelijking, namen de auteurs bij toevoeging van hellingshoek wel een vermindering waar in de activiteit van de vastus lateralis van 16% naar minder dan 10% van een maximum gemeten bij een handmatige spiertest. Daarom blijft het twijfelachtig of een helling oplopen de quadricepsactiviteit feitelijk faciliteert.

De betrokkenheid van de hamstrings speelt ook een rol bij een normale kniefunctie. De hamstrings bieden een dynamische stabiliteit aan de knie doordat ze zowel de mediolaterale als anterieure translatiekrachten op de tibia tegengaan. Het mee-activeren van de antagonistische musculatuur rondom de knie helpt de banden bij het handhaven van gewrichtstabiliteit, het gelijkmatig verdelen van de druk over de gewrichtsoppervlakken en het beheersen van de tibiale translatie. Elektromyografische activiteit van de hamstrings tijdens horizontaal lopen heeft aangetoond dat de hamstrings het been vertragen voordat de hiel wordt neergezet en vervolgens synergistisch werken met de quadriceps tijdens de standfase om de knie te stabiliseren. Er is echter in de literatuur geen verslag gedaan van onderzoek waarin de activiteit van de hamstrings tijdens het lopen onder een hellingshoek is gedocumenteerd.

Quadriceps- en hamstringstraining is niet alleen van belang bij de knierevalidatie, ook moet men rekening houden met een voldoende bewegingsuitslag. De krachten op de voorste kruisband (vkb) nemen enorm toe tijdens de laatste 30 graden van de knieextensie en worden tot een minimum teruggebracht tijdens isometrische quadricepsoefeningen tussen de 60 en 90 graden. Met een toegenomen knieflexie neemt echter de patellofemorale contactdruk aanzienlijk toe. Als gevolg hiervan kan patellofemorale pijn verergeren, maar dit kan worden vermeden en behandeld door het versterken van de quadriceps in knieflexie tussen de 0 en 30 graden. Omdat patiënten met een vkb-reconstructie patellofemorale pijn kunnen hebben, vooral patiënten met een autogene transplantatie van de patellapees, is het van belang oefeningen voor te schrijven die de kracht op de voorste kruisband verminderen door een toegenomen flexie en de patellofemorale pijn tegengaan door het oefenen met de bijna gestrekte knie.

We realiseren ons dat dit een paradoxale aanpak is; wij geloven echter dat oefeningen, uitgevoerd tussen de twee uitersten, ongeveer 30–60 graden knieflexie, overmatige belasting van de voorste kruisband kunnen vermijden en de patellofemorale pijn kunnen beperken.

Een andere overweging met betrekking tot revalidatie, vooral bij atleten die weer aan sport willen gaan doen, is de cardiovasculaire training. Van training op de loopband onder een hellingshoek is aangetoond dat het een significante stijging bewerkstelligt in de zuurstofconsumptie en hartslag, wanneer de hellingshoek van de loopband toeneemt van 0–5% en van 5 tot 10%, waarbij de snelheid van de loopband dezelfde blijft.

Eigenlijk zou een doeltreffende revalidatie gericht moeten zijn op bepaalde spieren, gebruikmakend van een progressie van opgevoerde intensiteit door middel van een geschikte bewegingsuitslag. Ook functionele oefeningen zijn van belang met het oog op spieractivatiepatronen en algemene conditietraining om verder letsel te voorkomen.

Het is noodzakelijk dat specifieke oefeningen waarmee deze doelen het best zijn te verwezenlijken, worden uitgezocht en toegepast. Daarom was het doel van het onderhavige onderzoek het bepalen van een basisinzicht in de activiteitenniveaus van de quadriceps en de hamstrings, de bewegingsuitslagen in de onderste extremiteit en de cardiovasculaire belasting bij het omhoog lopen op een loopband. De resultaten hebben een uitgangspunt verschaft ter vergelijking bij patiënten met verschillende knieaandoeningen, waardoor richtlijnen kunnen worden vastgesteld voor omhooglopen op een loopband bij knierevalidatie.