Klinische biomechanica van de wreeftrap in voetbal in relatie tot liespijn. Een literatuuroverzicht

Inleiding

Driedimensionale ketenbewegingen zoals de voetbaltrap zijn complexe vaardigheden vanwege de combinatie van vereiste precisie en hoge snelheden en daarbij de betrokkenheid van veel spieren en gewrichten^1,2. Dit speelt zich af in een tijdsbestek van een kwart seconde^1,3,4,5,6. De vraag hoe een voetballer gewrichten coördineert tijdens een totale lichaamsbeweging om een krachtige en gerichte trap te verkrijgen is van belang voor sportartsen, (sport)fysiotherapeuten en trainers. Kennis van de onderliggende biomechanica van de wreeftrap, ook wel de ‘soccer instep kick’ genaamd, kan tot een beter inzicht leiden in de traptechniek en mogelijk tot aangrijpingspunten voor blessurepreventie en behandeling. Moderne technieken als driedimensionale bewegingsanalyse en real time EMG tijdens functionele bewegingen geven een steeds beter inzicht in de ketenbiomechanica van allerlei populaire sporten als voetbal, tennis, honkbal en golf^{1,4,7,8,9,10,11,12,13}.

De wreeftrap is de meest krachtige trap in het voetbal1. In de kliniek blijkt dat het schieten over grote afstanden bij personen met liespijn vaak tot toename van klachten leidt^14,15,16. Bij de wreeftrap worden hogere balsnelheden bereikt dan bij de ‘outstep kick’ en de ‘inside kick’. Daarom wordt deze geanalyseerd in relatie tot blessures^17,18,19. In dit artikel wordt getracht de lezer op een klinische wijze inzicht te bieden in biomechanica en fysieke vaardigheden die voorwaardelijk zijn voor de perfecte wreeftrap. Mobiliteit lijkt hierbij sterk bepalend. Om de hypothese dat mobiliteitsverlies gerelateerd is aan blessures als liespijn nader te toetsen, moet deze duidelijk gespecificeerd zijn. Hierbij wordt tevens aangesloten op reeds bestaande kennis over adductie-gerelateerde liespijn^20,21,22,23.

Materiaal en methode

In de PubMed database werd gezocht naar relevante literatuur gedateerd tot juni 2011. Gebruikte zoektermen waren “soccer”, “football”, “kick”, “kicking”, “instep”, “biomechanics”, “kinetics”, “kinematics”, “EMG”, “muscle”, “range”, “motion”, “adductor “, “groin” en “pain”, “injury”.

Zoekresultaten en selectie

De zoekstrategie (schema 1) leverde 1697 hits op. Op titel werden 63 artikelen geselecteerd die gerelateerd waren aan biomechanica van de trapbeweging en/of liespijn. Na beoordeling van het abstract vielen er 30 studies af omdat ze gericht waren op vergelijkingen tussen rassen, geslacht, leeftijd, diagnostische modaliteiten voor liespijn, prevalentie en incidentie van liespijn, trainingseffecten bij voetbal, verschillen in balans bij voetballers, schotvariabelen, bal impact dynamica of lokale spierkracht. Van deze selectie werden crossreferenties gecontroleerd door beoordeling van de titel en vindbaarheid binnen PubMed. Beschikbare literatuur over voetbal, sportspecifieke bewegingen op hoge snelheid, bewegingsanalyse en functionele anatomie, die reeds in bezit was, werd tevens gebruikt.

Resultaten

Fasen van de trapbeweging en segmentacties

De voetbaltrap kenmerkt zich door een totale lichaamsbeweging waarin alle dimensies vertegenwoordigd zijn. In deze beschrijving wordt de indeling van Brophy²⁴ aangehouden (tabel 1). Deze is meer gedetailleerd dan de verdeling in drie fasen zoals die door Naito⁴ werd beschreven of die volgens Wickstrom²⁵ en Masuda²⁶ die een indeling in vier fasen beschrijven. Een gedetailleerde weergave maakt nog beter duidelijk wat er opeenvolgend in de bewegingssegmenten gebeurt.

Fase 1: Preparation
Het doel van deze fase (figuur 1) is om, naast de planning van het schot, voorwaartse snelheid en bewegingsvrijheid te genereren.

Fase 2: Back swing
Het doel van deze fase (figuur 2) is het formeren van een spanningsboog of “tension arc”1. Hierbij wordt het gehele lichaam opgespannen in de diagonaal van het schietbeen, romp en arm aan de niet-schietkant (tabel 2). De sporter genereert zo een groot beweging gerelateerd moment⁴. Dit geschiedt in de zweeffase van het lichaam, er is geen grondcontact.

Fase 3: Leg cocking
Het doel van deze fase (figuur 3) is om een hoge heupflexiesnelheid te genereren (tabel 3). Terwijl de romp naar de schietkant roteert, vindt er gelijktijdig heup en knieflexie plaats in het schietbeen.

Fase 4: Acceleration
Het doel van deze fase (figuur 4) is het bereiken van de maximale versnelling van de knie-extensie en de daaraan gekoppelde maximale voetsnelheid (tabel 4). Dit garandeert de grootst mogelijke impact en energietransmissie van de voet naar de bal³¹.

Fase 5: Follow through
Na het balcontact, wat 10 ms duurt², maakt de speler zijn beenzwaai af (figuur 5). Bij een maximale wreeftrap komt het standbeen los van de grond. Het schietbeen zwaait ver door bij toenemende rompflexie (tabel 5).

Krachtanalyse van de wreeftrap

Een maat voor de kwaliteit van de trap is de balsnelheid^2,24,30. Het is relevant om na te gaan welke krachten bijdragen aan een effectieve trap en, in het kader van blessurepreventie, wat de bijdrage van spierkracht is aan het schot. Bij onderzoek naar de oorzakelijkheden van balsnelheid is het gebruikelijk om de hoeksnelheid van het onderbeen als uitkomstmaat te nemen^2,32. Bij de wreeftrap wordt de hoeksnelheid van het onderbeen niet alleen veroorzaakt door het moment (kracht x arm) van spieren over het kniegewricht zelf, maar van het netto moment van alle betrokken gewrichten in de gehele bewegingsketen (beweging gerelateerd moment). Het effect van intersegmentale bewegingen is vele malen groter dan de optelsom van de effecten van alle gewrichten en spieren afzonderlijk uit de bewegingsketen³³. Romprotatie vormt een essentieel onderdeel van het schot¹. Naito⁴ onderzocht de causale relatie tussen drie-dimensionale bewegingen van betrokken lichaamsdelen (segmenten) en de hoeksnelheid van het onderbeen tijdens de wreeftrap. Hierbij werd onderscheid gemaakt tussen gewrichtsbewegingen (intersegmentaal beweginggerelateerd moment), spierkracht (spiergerelateerd moment), en grondreactiekrachten (grondreactiegerelateerd moment).

Intersegmentaal beweginggerelateerd moment
Vanwege het driedimensionale karakter van de trap werd het beweging gerelateerd moment verdeeld in centrifugale, Coriolis en gyroscopische momenten⁴. Het bleek dat de hoeksnelheid van het onderbeen voor 49 procent veroorzaakt wordt door centrifugaalkrachten die worden gegenereerd door snelheid van de heupflexie van het schietbeen. Coriolis krachten van het schietbeen dragen 17 procent bij. Het Corioliseffect is de bijbeweging van het schietbeen door de rotatie van het lichaam om zijn lengte-as en geeft het been de abductie- en exorotatiecomponent3. Daarnaast draagt het romprotatiemoment (tegengestelde thorax-bekkenrotatie) voor 34 procent bij aan de hoeksnelheid van het onderbeen. Hiervan wordt de helft gegenereerd door het spier-gerelateerd moment van de romprotatoren (m. Obliquus Internus en Externus) en de andere helft door het gyroscopisch gerelateerde moment. Gyroscopische krachten treden voornamelijk op in het rotatievlak.

Spierkrachtgerelateerd moment
Bijzonder opvallend is dat de snelheid van de knie-extensie niet wordt bepaald door spierkracht van het schietbeen. Het bewust inschakelen van spierkracht van de m. Quadriceps levert zelfs een negatieve bijdrage (50%) aan de snelheid van de knie-extensie⁴. Bevindingen van Masuda²⁶ ondersteunen dit en tonen ook aan dat voetballers van hoger niveau geen grotere cross-sectional area (CSA) hebben van de beenspieren dan minder geoefende spelers terwijl de balsnelheid fors hoger ligt bij de eerste groep. Tevens wordt er geen verschil gevonden tussen CSA van de dominante en niet-dominante zijde. Spiergroepen blijken wel tonisch actief te zijn tijdens de wreeftrap maar vertonen volgens verschillende auteurs geen maximale piekactiviteit voor of tijdens balcontact^3,13,23. De m. Adductor Longus vertoont gedurende de gehele kickfase een lage excentrische activiteit met een piekcontractie vlak voordat de heup maximaal extendeert3. Hierbij treedt eveneens de snelste verlenging op van de m. Adductor longus. Vlak voor balcontact bereikt de spier zijn maximale lengte waarbij de heup zijn maximale abductie bereikt. Aan de m. Adductor Longus wordt dan ook een controlerende functie toegekend van de heupextensie en abductie³. Vervolgens wordt, na deze prestretch, de flexie gecontroleerd geïnitieerd. De m. Iliopsoas³⁴ en m. Rectus Femoris³⁵ zijn ook actief tijdens balcontact. De laatste vertoont tegelijk met de hamstrings een piekactiviteit. Verondersteld wordt dat het hier met name gaat om kniestabilisatie en niet om het leveren van een extensiemoment over de knie³⁵. Tijdens balcontact bleken verder slechts negatieve spiermomenten^4,13,19,34.

Grondreactiekrachtgerelateerd moment
De relatie tussen balsnelheid en grondreactiekracht wordt beschreven door Naito⁴ en Orloff³¹. Beide tonen geen positieve relatie aan.

Balsnelheid

Davids²³ suggereerde reeds dat coördinatie een bepalende factor is voor talent in het voetbal. Bij geoefende voetballers ligt de balsnelheid anderhalf maal zo hoog als bij hun ongeoefende collega’s, respectievelijk 87 om 61 km/u. De balsnelheid kan voor topspelers oplopen tot boven de 115 km/u²¹. Dörge¹⁹ vond bij het voorkeursbeen een hogere balsnelheid dan bij het niet-voorkeursbeen en relateerde dit aan een goed ontwikkelde coördinatie. Met coördinatie van de wreeftrap wordt een ordelijke en effectieve beweging bedoeld die gekenmerkt wordt door een vaste bewegingsvolgorde van lichaamssegmenten met een hoge snelheid. Geoefende spelers beschikken aan de niet-dominante zijde ook over een hoogwaardige intersegmentale bewegingskwaliteit⁸. Deze kwaliteit wordt weergegeven door het begrip kinematische sequentie.
Diverse auteurs onderstrepen het belang van techniek (sequentie) en lenigheid (ROM) voor een optimale balsnelheid1,^2,4,6,14,19.

Mobiliteit

Geoefende voetballers beschikken over een significant grotere ROM van romprotatie, heupextensie en knieflexie dan minder geoefende spelers, welke gepaard gaat met een hogere balsnelheid^13,26. Vergroting van de rompextensierotatie naar de niet-schietkant vergroot het gyroscopisch moment waardoor de snelheid van de flexierotatie van de romp naar de schietkant toeneemt^1,4. Vergroting van de heupextensie doet het centrifugaalmoment van het schietbeen toenemen4. Eenzelfde relatie bestaat tussen een grote flexiehoek van de knie ROM en een hoge versnelling van het onderbeen naar extensie⁵. Opmerkelijk in dit verband is de aangetoonde relatie tussen balsnelheid en mobiliteit van de heup bij werpers (honkbal)¹¹.
Deze onderlinge relatie tussen de segmenten1 waarbij de mobiliteit van alle in de keten betrokken gewrichten en spieren belangrijk is wordt omschreven als ‘dynamic coupling’³⁶.

Kinematische sequentie

Een juiste timing van intersegmentale bewegingen zal een hoge balsnelheid mogelijk maken1. Dörge¹⁹ stelde dat de voetbaltrap op een zweepbeweging naar de bal lijkt waarin een proximo-distale volgorde te herkennen is. Hierbij gaat een vertraging van het proximale segment vooraf aan de versnelling van een aangrenzend distaal segment^1,3,4,37. Bij aanvang van leg cocking zullen heupflexie en romprotatie gelijktijdig starten. Als oorzaak voor de daarop volgende heupflexievertraging wordt een hoog spiermoment van de knie-extensoren tijdens leg cocking aangetoond^4,6. Indien deze heupvertraging samen gaat met een knieflexie van minstens 90 graden blijkt het centrifugaalmoment, het grootst^4,36.
Hierbij accelereert de knie naar extensie tot en met balcontact. Deze fase kenmerkt zich door een hoge mate van lichaamscontrole ten behoeve van de voet-bal coördinatie2.

Adductiegerelateerde liespijn bij voetbal

Veel sportblessures zoals liespijn, ontstaan of recidiveren tijdens balcontact, sprinten of wenden en keren¹⁶. Hoewel diverse aandoeningen van adductoren, buikspieren en symphyse zijn beschreven bestaat er nog steeds geen consensus over het pathosmechanisme van liespijn^{3,14,39,40,41}. Er is een aantal onderzoeken geweest waarbij de relatie tussen kracht van romp en heup^{42,43,44,45,46,47,48,49} of ROM^{43,50,51,52,53,54,55,56}, is onderzocht ten aanzien van risico, therapie en preventie bij liespijn. Hiervoor lijkt matig bewijs voor kracht en zeer matig bewijs voor ROM⁵⁷. Als therapie bij sportgerelateerde liespijn wordt meestal de effectiviteit van actieve oefentherapie beschreven^16,48,58. Reeds lang geleden werd een klein verlies aan mobiliteit van de heup bij liespijn beschreven. Hierbij werd tevens gehypothetiseerd over de rol hiervan in het pathosmechanisme⁵⁹. Later werd door Verrall38 en Ibrahim⁵⁵ ook een bescheiden maar significant verminderde rotatiemobiliteit van de heup gevonden als risicofactor voor liespijn op basis van osteitis pubis. Bevindingen van Delahaye⁶⁰ ondersteunen deze resultaten. Een afname van heup ROM discrimineert echter niet voor sporters met liespijn⁶¹. Maffey¹⁴ stelde in een systematische review dat heupfunctiebeperkingen een risicofactor voor liespijn kunnen zijn. Stretchen lijkt geen meerwaarde te hebben bij het voorkomen van liesblessures⁵³.

Discussie

De beschikbare literatuur biedt een gedetailleerd overzicht van de wreeftrap.
Om de vraag te beantwoorden aan welke voorwaarden het lichaam van een voetballer moet voldoen is kennis hiervan noodzakelijk.
Om grote momenten, en dus een hoge eindsnelheid, te genereren tijdens een multisegmentale beweging is er een proximo-distale sequentie benodigd. Tot 2005 liet het gebruik van tweedimensionele videoanalysetechnieken zien dat dit bij voetballers, net als bij golfers en tennissers, het geval is. Onderzoek van recentere datum met driedimensionele analyse laat zien dat ook timing van romp en arm beweging bij het schot essentieel zijn.
Bij de beschrijving van mobiliteit, afgeleid van de hoekstanden van gewrichten, moet aangetekend worden dat deze niet altijd consistent gemeten is. De hoeveelheid literatuur biedt echter voldoende informatie over de vraag wat de bijdrage is van spieren en gewrichten aan de maximale wreeftrap.
Er zijn relaties aangetoond tussen balsnelheid en spier en beweginggerelateerde momenten van romp en schietbeen⁴. Hoger geklasseerde, ervaren voetballers schieten harder en vertonen significant meer mobiliteit van romp, arm, heup en knie in de backswing fase¹ en van de knie tijdens leg cocking⁵. Deze resultaten geven samen met de bevindingen van Naito⁴ het belang aan van goede intersegmentale mobiliteit ten aanzien van balsnelheid. Bij de onderzoeken die zochten naar relaties tussen liespijn en mobiliteit blijkt dat er steeds werd gekozen voor klassiek orthopedisch onderzoek van gewrichten en spieren. Mobiliteit speelt voor wat betreft de tension arc een belangrijke rol. Dit is een sportspecifieke functie.
Er werden geen studies gevonden over de timing van de bekkenrotatie (als onderdeel van romprotatie) in de kinematische sequentie van de wreeftrap. Conform de proximodistale bewegingsvolgorde lijkt het aannemelijk dat anterieure bekkenrotatie vooraf gaat aan heupflexie en knie-extensie zoals dat bij andere hoogenergetische sporten als golf reeds is aangetoond⁹.
Hoge spieractiviteit in het schietbeen ontbreekt tijdens balcontact bij de maximale wreeftrap^4,7. Een actieve inzet van de romprotatoren is wel vereist⁴. Tijdens de gehele wreeftrap vertonen spieren een lage activiteit waarbij piekcontracties zich met name vóór de acceleratiefase voordoen en ten dienste staan van de intersegmentale coördinatie. Het blijkt dat een grote ROM van de tension arc een grote prestretch geeft van romprotatoren, heupflexoren en knieextensoren die leg cocking initieert^1,3.
Bij ervaren voetballers gaat de maximale knieflexie met hogere snelheid gepaard dan bij minder ervaren voetballers. Hierdoor kunnen de elastische passieve (myofasciale) structuren meer potentiele energie opslaan en omzetten in kinetische energie ten behoeve van een hoge onderbeenversnelling⁵. Dit maakt overmatige spiercontracties, waarbij neurofysiologische ruis de coördinatie zal verslechteren, overbodig⁶². Intersegmentale coördinatie is gerelateerd aan ROM en snelheid van het innemen van de tension arc^1,3,5.
Ten aanzien van de kinetische keten die door meerdere segmenten gevormd wordt, is het werk van Myers⁶³ interessant. Hij beschrijft meerdere myofasciale systemen met onderlinge anatomische relaties die in grote lichaamsbewegingen worden aangesproken. Vier van deze systemen worden passief verlengd in de tension arc. Dat zijn de spiral line, de front functional line, de superfiscial arm line en de superfiscial front line. Meerdere spieren binnen een systeem kunnen de leg cocking initieren (tabel 6).

De vraag doet zich voor welke verandering de kwaliteit van de wreeftrap ondergaat bij stoornissen in range of motion. Voetballers zijn zich doorgaans niet van bewust van mobiliteitsstoornissen en zullen de bal met dezelfde snelheid en doeltreffendheid willen lanceren. Bij het ontbreken van voldoende mobiliteit kan alleen compensatoire spierkracht tot een groter moment leiden. Bij dit patroon kunnen heupflexoren overmatig belast worden. Bij diverse sporten is berekend dat de maximaal uitgeoefende spier en pees belasting zich ruim onder het niveau bevindt waarbij weefselschade optreedt64. Hayes-Harris toonde bij sporters aan dat bewegingsstoornissen elders in de keten gerelateerd zijn aan compensatoire rugklachten indien de richting van deze stoornis en sportbelasting met elkaar overeenkomen⁶⁵.
Ook overige klinische fenomenen van liespijn laten zich dan beter begrijpen. In de beschrijving van de anatomie van de liesregio door Robertson blijkt dat diverse structuren zoals de m. Rectus abdominis, m. Abdominus obliquus externus en internus, de m. Adductor longus en de symphysis pubis onlosmakelijk met elkaar verbonden zijn en noemt dit het ventrale krachten transmissie systeem¹³. Een grote overeenkomst bestaat met de beschreven functionele anatomie van Myers⁶³. Op grond van deze functioneel-anatomische beschouwing is de klinische manifestatie van liespijn ook beter te begrijpen bij contralaterale liespijn.
Nader onderzoek naar de prevalentie van stoornissen in ketenmobiliteit bij voetballers met liespijn is gewenst. Om dit te doen zijn nieuwe betrouwbare sportspecifieke mobiliteitstests nodig. Dan kan bepaald worden of deze stoornissen inderdaad een risico en/of prognostische factor zijn voor liespijn bij sporters.

Conclusie

De wreeftrap is de meest krachtige trap in het voetbal. Goede kennis van biomechanica van de wreeftrap is nodig om te begrijpen hoe de balsnelheid gegenereerd wordt.
Voor een trap met een hoge snelheid zijn beweeglijkheid en een goede coördinatie essentieel. In de conservatieve behandeling van liespijn bij voetballers is er voornamelijk evidentie voor stabiliteit en kracht verbeterende oefentherapie. Bij onderzoek naar de relatie tussen mobiliteit en liespijn werd voornamelijk gebruik gemaakt van klassiek orthopedisch onderzoek van lokale structuren. Liespijn bij voetballers zou te maken kunnen hebben met bewegingsstoornissen in de keten met een compensatoire verhoogde belasting van de liesregio. Om deze hypothese verder uit te diepen zijn tests nodig die de intersegmentale mobiliteit van de wreeftrap specificeren.