Spieractivatie bij elite zwemmers: een gecontroleerde laboratoriumstudie

Inleiding

Er is weinig informatie voorhanden over de epidemiologie van letsels in het zwemmen.
McFarland & Wasik vergeleken blessures ten gevolge van zwemtraining, met blessures die optraden tijdens crosstraining bij vrouwelijke zwemsters¹. Crosstraining werd omschreven als ‘alle activiteiten die zwemmers naast het zwemmen zelf uitvoeren met het oog op prestatieverbetering’. De letselratio bedroeg 1,07 per 1000 blootstellingen voor crosstraining en 1,05 per 1000 blootstellingen voor het zwemmen. Tijdens het zwemmen traden blessures vooral op ter hoogte van de schouder (55%), de knie (11%) en de lage rug (11%). Bij crosstraining kwamen de meeste letsels voor ter hoogte van het onderste lidmaat. De letselratio ‘bovenste lidmaat ten opzichte van het onderste lidmaat’ bedroeg voor het zwemmen 3:1 terwijl dat voor crosstraining 1:4 was. Lopen en sprinten waren de crosstrainingsactiviteiten waarbij het vaakst een letsel ontstond (47%), terwijl het letsel in 24% van de gevallen optrad tijdens het uitvoeren van krachttraining.
Junge et al. onderzochten de prevalentie van blessures tijdens de Olympische Zomerspelen van 2008². Het letselrisico in het zwemmen was lager dan in andere sporten zoals voetbal, handbal of taekwondo. Zesendertig (3,4%) van de 1046 zwemmers liepen een blessure op tijdens de Olympische Spelen. Het overgrote deel van de letsels werd opgelopen tijdens training (62,5%), een minderheid tijdens competitie (34,8%).

Zwemmen is een zeer vakkundig proces³. Elite zwemmers zijn sneller in het water. Dit is niet enkel omwille van meer kracht en een grotere fitheid, maar vooral omdat ze beter aangepast zijn aan het bewegen in water. Zwemmen is een uitzonderlijke sport aangezien trainingen en wedstrijden plaatsvinden in een vloeibaar medium, met zwemmers die moeten presteren in een horizontale positie. Dat vereist specifieke lichamelijke kenmerken van de zwemmer³.
Elitezwemmers beschikken over een grotere algemene hypermobiliteit⁴. Verder is flexibiliteit afhankelijk van de slag waarin men zich specialiseert⁵. Volgens Blanch beïnvloedt onvoldoende specifieke lenigheid de prestatie negatief³. De vraag kan worden gesteld of een grotere beweeglijkheid en flexibiliteit gevolgen heeft voor de spieractivatie.

Verschillende studies tonen een relatie tussen enerzijds gewrichtslaxiteit/instabiliteit en anderzijds veranderde spieractivatiepatronen. Shultz et al. onderzochten het effect van anterieure knielaxiteit op spieractivatiepatronen voor en na verstoringen ter hoogte van het onderste lidmaat bij gezonde vrouwelijke atleten⁶. Personen met bovengemiddelde laxiteitsscores vertoonden een grotere latentietijd voor biceps femoris reflex en een verhoogde preactiviteit in de mediale gastrocnemius en biceps femoris. Van Deun et al. onderzochten spieractivatiepatronen bij individuen zonder letsels en patiënten met chronische enkelinstabiliteit (CEI) tijdens de overgang van bipodale naar unipodale stand en dat in verschillende condities⁷. De proefpersonen met chronische enkelinstabiliteit hadden een significant latere onset van spieractiviteit in de heup-, knie- en enkelregio. Terwijl in de controlegroep de spieractiviteit optrad alvorens de overgang te maken van bipodale naar unipodale stand, trad de spieractiviteit bij patiënten met enkelletsels pas op nadat de transitie was ingezet. Bovendien vertoonden patiënten met CEI minder variatie in spierrecruteringsvolgorde tussen verschillende condities (ogen open – ogen gesloten) in vergelijking met de controlegroep.
Zover wij weten, zijn er nog geen eerdere studies gebeurd die de spieractivatiepatronen ter hoogte van de onderste lichaamshelft bij zwemmers onderzochten. Deze studie had als doel de aanvang van spieractiviteit en spierrecruteringsvolgorde na te gaan bij een groep zwemmers tijdens de overgang van bipodale naar unipodale stand, onder drie condities: ogen open, ogen gesloten en foampad. De resultaten worden vergeleken met de gegevens van een controlegroep. Binnen de zwemmersgroep worden de spieractivatiepatronen tussen beide benen vergeleken. Op basis van klinische bevindingen/ervaring wordt verwacht dat: (1) zwemmers een latere activatie vertonen van spieren rond de heup, knie en enkel; (2) zwemmers minder zullen variëren van strategie tussen verschillende testcondities; (3) er geen verschil is tussen het activatiepatroon van het dominante en het niet-dominante been.

Materiaal en methode

Deelnemers

Dertien zwemmers van de Vlaamse Zwemfederatie participeerden in de studie. De inclusiecriteria waren: mannen en vrouwen met een leeftijd van minimum 13 en maximum 35 jaar, die behoorden tot een selectie beloftevolle zwemmers en bereid waren het toestemmingsformulier (goedgekeurd door de Ethische Commissie) te ondertekenen. Personen mochten niet deelnemen als aan hun deelname mogelijke nadelen of risico’s verbonden waren.

De resultaten van de zwemmers worden in deze studie vergeleken met 20 controlesubjecten. Deze informatie werd eerder verzameld⁸. Inclusiecriteria waren: geen voorgeschiedenis van blessures aan de enkel, knie, heup of rug, tekenen van het toestemmingsformulier. De controlegroep bevatte studenten aan de Katholieke Universiteit Leuven. Het betrof studenten ‘Bewegingswetenschappen’ en studenten ‘Revalidatiewetenschappen en Kinesitherapie’. Deze groep is fysiek actief en participeert in sportactiviteiten.

Procedure

De proefpersonen stonden blootsvoets op een krachtenplatform met de voeten op heupbreedte, armen ontspannen naast het lichaam. Na 15 sec bipodale stand, moesten de deelnemers overgaan tot unipodale stand, die eveneens 15 sec moest worden volgehouden. De taak werd telkens drie keer uitgevoerd onder drie condities: ogen open (EO), ogen gesloten (EC) en een conditie op een instabiele ondergrond (“foampad” (FO)). In de EO- en FO-conditie werd aan de proefpersonen gevraagd om hun blik te richten op een egaal witte muur. In de EC-conditie kregen de proefpersoon een geblindeerde bril op het hoofd. Er waren voldoende rustpauzes om vermoeidheid zoveel mogelijk te vermijden.

Dataverzameling

De verplaatsing van het lichaamszwaartepunt (COP) werd gemeten door twee krachtenplatformen (500 samples/sec; Bertec Corporation, Ohio). De spieractiviteit werd geregistreerd met behulp van een 16-kanalen EMG systeem (2000 samples/sec; MyoSystem 1400; Noraxon USA, Scottsdale, Ariz). Bewegingsartefacten werden herleid tot een minimum met een analoge filter. Een bilaterale EMG-meting werd uitgevoerd voor lumbale multifidi en obliquus abdominis internus. Ter hoogte van het onderste lidmaat werden volgende spieren gemeten: peroneus longus, tibialis anterior, vastus medialis obliquus, vastus lateralis, adductor longus, gluteus medius en gluteus maximus. In de zwemmersgroep werden de spieren van beide benen gemeten, bij de controlegroep enkel de spieren van het dominante been. De plaatsing van de elektroden was gebaseerd op de instructies van Basmajian & De Luca⁹, met respect voor minimale afstanden en vermijden van crosstalk.  Signalen van het krachtenplatform en EMG-signalen werden geregistreerd met behulp van een Micro 1401 data-acquisitiesysteem en Spike 2 software (Cambridge Electronic Design Ltd, Cambridge, Engeland). De verkregen informatie werd geanonimiseerd.

Data-analyse

Signalen van het krachtenplatform en EMG signalen werden verwerkt met behulp van Labview (National Instruments Corp, Austin, Tex). De ruwe data werden gerectificeerd en gefilterd door een “low-pass” filter met een cut-off frequentie van 45 Hz. Er werd een vergelijking gemaakt tussen een vast venster met een duur van 25 msec voorafgaand aan de transitie van bipodale naar unipodale stand en een bewegend venster van dezelfde duur. Aanvang van spieractiviteit werd geïdentificeerd als een toename van meer dan twee standaarddeviaties bovenop de gemiddelde basisactiviteit en werd bijkomend visueel geverifieerd¹⁰. De aanvang van spieractiviteit werd uitgedrukt relatief ten opzichte van de aanvang van de verplaatsing van het COP in het mediolaterale vlak⁷. De aanvang van de verplaatsing van het COP werd beschouwd als tijdstip 0. Een negatieve waarde voor de aanvang van spieractiviteit betekent dat de spieractiviteit optreedt vóór de overgang van bipodale naar unipodale stand werd ingezet.
Tot slot werd er een individuele analyse gemaakt van de spierrecruteringsvolgorde. Voor elk individu werd nagegaan op welk niveau de spieren als eerste activeerden. Hierbij werd een onderscheid gemaakt tussen een distale strategie (enkel), proximale strategie (knie/heup) of gemengde strategie (geen specifiek niveau). Een verschil in spierrecruteringsvolgorde tussen condities werd gedefinieerd als een verandering van het niveau waarop de spieren als eerste activiteit vertoonden.

Statistiek

Leeftijd en lichaamskarakteristieken werden vergeleken tussen de twee groepen met een student t-toets. Geslacht en voorkeursbeen werden vergeleken met de χ²test. Om de gemiddelde waarden en standaarddeviaties voor de aanvang van spieractiviteit ter hoogte van het dominante been te vergelijken tussen beide groepen werd gebruik gemaakt van een niet-gepaarde, gepoolde t-toets. Een vergelijking van de aanvang van spieractiviteit tussen beide benen binnen de zwemmersgroep gebeurde met een variantieanalyse voor herhaalde metingen. Dit werd uitgevoerd voor elke conditie. De vergelijking tussen beide groepen van het aantal subjecten dat hun spieractivatiepatroon wijzigden tussen de EO conditie enerzijds en de EC en FO conditie anderzijds, gebeurde met een χ²test. Statistische verwerking gebeurde met SAS (SAS for Windows, version 9.1.3) en EXCEL (Microsoft® Excel 2002). Het significantieniveau werd gesteld op P<0.05.

Resultaten

Proefpersonen

De zwemmers verschilden van de controlegroep in leeftijd en lichaamslengte (Tabel 1). Er was geen verschil wat betreft beenvoorkeur, geslacht en lichaamsgewicht.

Aanvang van spieractiviteit

De vergelijking van de aanvang van spieractiviteit tussen de zwemmers en de controlegroep wordt weergegeven in tabel 2. Globaal vertoonden de zwemmers een significant latere spieractivatie ten opzichte van de controlegroep. In de EO conditie waren alle waarden significant verschillend met uitzondering van gluteus medius. In de EC conditie was er geen significant verschil voor vastus lateralis, vastus medialis en adductor longus; in de FO conditie voor vastus lateralis,  adductor longus en peroneus longus.
In de controlegroep trad de aanvang van spieractiviteit bijna steeds op voor de overgang van bipodale naar unipodale stand, wat zich vertaalt in het negatieve teken. Voor de EO conditie en de EC conditie zijn alle waarden negatief. In de FO conditie zijn ook alle waarden negatief met uitzondering van peroneus longus en tibialis anterior. Bij de zwemmers trad de aanvang van spieractiviteit op na de overgang van bipodale naar unipodale stand, vertaald in overwegend positieve waarden. In de EO conditie zijn alle waarden positief. In de EC conditie vertonen de kniespieren een negatief teken; in de FO conditie tibialis anderior en vastus lateral.

Spierrecruteringsvolgorde

De variatie in spierrecruteringsvolgorde werd vergeleken tussen enerzijds de EO conditie en anderszijds de EC en de FO conditie (Tabel 3). In de controlegroep veranderden significant (p<0.05) meer personen in spierrecruteringsvolgorde tussen de EO conditie en de EC conditie, vergeleken met de zwemmers. Er was geen verschil tussen de EO conditie en de FO conditie tussen beide groepen. 

Dominant versus niet-dominant

De vergelijking tussen beide benen voor de zwemmersgroep wordt weergegeven in tabel 4. Er was geen significant verschil, met uitzondering van gluteus maximus in de EC conditie.

Discussie

Deze studie vergeleek de spieractivatiepatronen ter hoogte van het onderste lidmaat en romp tijdens de overgang van bipodale naar unipodale stand van een groep beloftevolle zwemmers met de waarden van een controlegroep. Voor de zwemmers werd het verschil onderzocht tussen het dominante en het niet-dominante been. Uit de resultaten van de studie blijkt dat in vergelijking met een controlegroep (1) zwemmers globaal een latere activatie vertonen van de spieren ter hoogte van het onderste lidmaat en (2) zwemmers minder geneigd zijn om van strategie te veranderen tussen de verschillende condities. Binnen de groep zwemmers werden geen verschillen gevonden tussen beide benen.
De groep zwemmers activeerden hun spieren later dan de controlegroep en meestal na de overgang van bipodale naar unipodale stand. Dit noemen we “feedback” activiteit. De controlegroep maakte gebruik van een “feedforwardstrategie” en activeerden dus hun spieren voor de vrijwillige beweging^11,12. Deze “feedforwardstrategie” is belangrijk ter compensatie van de intrinsieke vertragingen in de reflexbanen en tracht de evenwichtsverstroringen ten gevolge van een vrijwillige beweging tot een minimum te beperken^13,14. Santilli¹⁵ suggereerde dat “feedforwardreacties” waarschijnlijk belangrijke determinanten zijn in het vermijden van bijvoorbeeld enkelverstuikingen.

De individuele analyse van de spierrecruteringsvolgorde gaf aan dat zwemmers minder variatie in strategie vertoonden tussen condities. Slechts 4 op 11 zwemmers veranderden van strategie tussen de EO en de EC conditie, in vergelijking met 12 op 20 controlesubjecten. Personen uit de controlegroep gebruikten tijdens de EC conditie vaker een proximale strategie. Andere studies vonden dat er vaker werd overgaan van een proximale naar een distale spieractivatie bij meer uitdagende taken^16,17. Een mogelijke verklaring is dat deze studies gebruik maakten van een externe verstoring, terwijl in onze studie de proefpersonen een vrijwillige taak uitvoerden. Zes op 11 zwemmers veranderden van strategie tussen de EO conditie en FO conditie. In de controlegroep pasten 15 op 20 subjecten hun strategie aan. In de FO conditie gebruikten zelfs alle controlesubjecten een proximale strategie. Dit is in overeenstemming met andere studies die vonden dat bij stand op een instabiel oppervlak vaker beroep werd gedaan op een heupstrategie¹⁸. Geen enkele zwemmer maakte gebruik van een distale strategie in de EO conditie, terwijl dat in de controlegroep de meest gebruikte strategie was. Uit de gegevens blijkt verder dat de zwemmers minder goed in staat waren om hun spieractivatiepatroon aan te passen aan de veranderende omstandigheden. Een verminderd vermogen van het lichaam om zich aan verschillende verstoringen aan te passen leidt mogelijk tot een verhoogd letsel en een minder goede prestatie¹³. Van Deun et al.⁷ vonden dat ook patiënten met CEI meer moeilijkheden hadden met het aanpassen van hun strategie aan veranderende situaties.

Eén van de mogelijke verklaringen voor het gewijzigd spieractivatiepatroon bij zwemmers is een hypermobiliteit van de gewrichten. Elitezwemmers beschikken, in vergelijking met recreatieve zwemmers, over een significant grotere algemene hypermobilitiet⁴. Enkele studies suggereren een link tussen hypermobiliteit, laxiteit en instabiliteit enerzijds en gewijzigde spieractivatiepatronen anderszijds. Shultz et al.⁶ vonden een grotere latentietijd voor biceps femoris reflex bij gezonde vrouwelijke atleten met bovengemiddelde laxiteitsscores. Van Deun et al.⁷ onderzochten de spieractivatiepatronen bij personen met CEI tijdens de overgang van bipodale naar unipodale stand en vonden een latere aanvang van spieractivatie in de heup, knie en enkelregio voor deze personen in vergelijking met gezonde individuen. Hypermobiliteit en laxiteit blijken echter ook factoren te zijn die het verschil maken tussen de elitezwemmer en de minder goede zwemmer en zijn dus mogelijk een voordeel in deze sport⁴. Blanch³ stelde zich de vraag of er misschien een specifieke hoeveelheid laxiteit/flexibiliteit bestaat die optimaal is. Hij spreekt van een “optimum window” van flexibiliteit. Wanneer de zwemmer over meer of minder flexibiliteit beschikt dan dit optimum, loopt hij mogelijk meer risico om geblesseerd te geraken. Naar onze mening is de hypermobiliteit op zich geen probleem zolang er adequate spierwerking is om de beweging te controleren. Bij de zwemmers in deze studie bleek de spierwerking echter anders te zijn, in vergelijking met een controlegroep, waardoor zwemmers mogelijk meer risico lopen op blessures. Het is belangrijk om rekening te houden met deze andere spieractivitatiepatronen bij de training van beloftevolle zwemmers. Specifieke training kan bijdragen in de preventie van blessures ter hoogte van de onderste lichaamshelft. Het aanbieden van oefeningen met nadruk op anticipatie van posturale veranderingen en een grote variatie aan oefensituaties zou de variatie in spieractivatiepatronen kunnen optimaliseren.
Tot op heden is er ons geen studie bekend die de spieractivatiepatronen vergelijkt tussen het dominante en het niet-dominante been. In onze studie was er geen verschil in de aanvang van spieractiviteit tussen het dominante en niet-dominante been. Zwemmen is een symmetrische sport waarbij tijdens een zwemtraining dezelfde belasting wordt opgelegd aan beide benen. Een verschil tussen beide benen is niet wenselijk en zal de stroomlijn van de zwemmer en bijgevolg de prestatie negatief beïnvloeden.

Enkele bemerkingen met betrekking tot de studie moeten worden vermeld. In deze studie werd de groep zwemmers vergeleken met een groep studenten ‘Bewegingswetenschappen’ en ‘Revalidatiewetenschappen en Kinesitherapie’. Deze groep is fysiek actief en participeert in sportactiviteiten. Verdere studies moeten uitmaken of de spieractivatiepatronen van sporters verschillen van niet-sporters. De zwemmers in deze studie verschilden van de controlegroep voor leeftijd en lichaamslengte. Deze variabelen zouden een rol kunnen spelen in de spieractivatiepatronen.

Een andere beperking van dit onderzoek is dat er geen controle werd doorgevoerd voor de mate van hypermobiliteit. Ook kan de vraag gesteld worden of de laxiteit die zwemmers kenmerkt, kan vergeleken worden met posttraumatische instabiliteit. Dit is een interessante vraagstelling voor toekomstig onderzoek. 

Tot slot kunnen we ons de vraag stellen of oppervlakte EMG kan gebruikt worden om spieractiviteit te meten ter hoogte van de dieper gelegen spieren zoals de multifidus en de obliquus abdominis internus. Sommige auteurs stellen dat men voor een accurate meting van deze spieren gebruik dient te maken van intramusculaire elektroden¹⁹. McGill et al.²⁰  kwamen tot de bevinding dat nauwkeurig geselecteerde elektrodenlokaties toch een representatie van de spieractiviteit weergeven. De relatie tussen “fine-wire” EMG en oppervlakte EMG bleek hoger in een neutrale positie (r²= 0,80-0,90) dan in meer eindstandige posities (r²= 0,35–0,45)19. In deze studie bleef de ruggengraat relatief neutraal en mogen we ervan uitgaan dat oppervlakte EMG een aanvaardbaar alternatief is voor “fine-wire” EMG.

Conclusie

Deze studie verschaft inzicht in de spieractivatiepatronen van zwemmers, in vergelijking met een controlegroep. Blessures ter hoogte van het onderste lidmaat in een zwemmerspopulatie treden meestal op tijdens crosstrainingsactiviteiten. Onvoldoende controle van de spieren ter hoogte van het onderste lidmaat en de romp kunnen een bijdragende factor zijn. Uit de studie blijkt dat zwemmers tijdens de overgang van bipodale naar unipodale stand een significant latere aanvang van spieractiviteit vertonen en minder variëren in spierrecruteringsvolgorde tussen verschillende condities. Het is belangrijk met deze bevindingen rekening te houden bij het trainen van beloftevolle zwemmers.