Bewegen en sport
1. Biomechanica van bewegen en sport
1.1 Bewegingsstelsel
Biomechanica analyseert en interpreteert de mechanische interactie tussen het lichaam, meer bepaald
het bewegingsstelsel, en de omgeving. De interactie kan statisch zijn, zoals bij een houding, maar ook
dynamisch, zoals bij allerlei (sport)bewegingen. Biomechanica is fysica toepassen op het menselijk
lichaam.
Naast de steeds aanwezige zwaartekracht is de interactie afhankelijk van de “dynamiek” van de
beweging en dat weerspiegelt zich in de externe krachten die vanuit de omgeving op het lichaam
inwerken. Die externe krachten gaan gepaard met interne krachtwerking in het bewegingsstelsel.
Dit noemen de belasting die inwerkt op de componenten van het bewegingsstelsel of het muscolo-
skeletaal systeem. Spieren leven via de peesaanhechting de interne krachten overheen de
scharnierende gewrichten die de beenderen verbinden.
Het bewegingsstelsel wordt gezien als een keten van
segmenten. Elke aansturing gebeurt vanuit de
hersenen, van daaruit worden onze zenuwen
geactiveerd en die geven een signaal aan de
spierpeessystemen (spierpeescomplexen). Die trekken
uiteindelijk samen en daardoor bewegen de botten
t.o.v. elkaar, ter hoogte van de gewrichten en die
gewrichten worden op zijn plaats gehouden door
kraakbeen, kapsel en ligamenten.
Dit is een voorbeeld van de afstoot bij lopen. Groen is
de grondreactievector en rood is de kracht die geleverd
moet worden door de achillespees om die externe
kracht te genereren. De rode pijl is veel groter dan de
groene en dat heeft te maken met hefboomwerking.
Daardoor zijn interne krachten veel groter dan externe
krachten.
1
, Als je loopt dan lever je per stap ongeveer een verticale
kracht van 2x uw lichaamsgewicht. Dus als je 60kg
weegt, dan lever je per stap die je loopt 120kg aan een
snelheid van 8 à 9km per uur. Dat zie je op de
linkergrafiek, wat de evolutie van de grondreactiekracht
weergeeft. Je ziet op de horizontale as het
lichaamsgewicht (50KG), die iets sneller loopt, dan
lopen die krachten op tot 1300N of 130KG (dus iets
meer dan het dubbele).
Als je kijkt naar de interne kracht (kracht die geleverd
wordt door de achillespees), dan zie je dat die krachten oplopen tot 3000N of 300kg. Dat betekent dat
de interne kracht ongeveer 6x het lichaamsgewicht is, per stap je die je zet.
(Samengevat in het algemeen: de externe grondreactiekracht die inwerkt op de steunvoet bij wandelen
schommelt rond één maal lichaamsgewicht, maar bij de interne krachtwerking in het enkelgewricht
van het steunbeen bedraagt dat als nel 2,5 maal lichaamsgewicht. Bij lopen wordt dat wegens de
grotere dynamiek al gauw het dubbele.)
1.2 Biomechanische “belasting”
Belasting is een positief gegeven, want als je gaat trainen word je sterker. Als uw belasting lager is dan
wat je lichaam aankan, ga je een biopositief effect hebben en vice versa met een bionegatief effect.
We bespreken nu het biopositief effect.
1.2.1 Beenderenstelsel
Eerst het beenderenstelsel. Dat kent enkele functies:
- Hefboomwerking voor de spieren
- Aanhechting voor en bescherming van weke weefsels
- Opslag van calcium
- Vorming van bloedcellen.
Een bot heeft geen statistische structuur. Een bot past zich aan aan de
belasting en dat noemen we de Wet van Wolf. Hoe meer je een bot belast,
hoe sterker het bot wordt. Het bot past zich aan, in de richting waarin de
belasting gebeurd.
Bv. de tibia (het onderbeen/scheenbeen), is het sterkst is verticale richting. Denk aan de tackle op
Wasilewski bij het volgende. De kracht die uitgeoefend werd op het been van Wasilewski was niet veel
groter dan de kracht zet per stap die hij doet, het is wel in een andere richting. Dat is een typisch
voorbeeld dat een bot veel belasting aankan in 1 richting, maar als je het in een andere richting gaat
geven, dan breek je het. Ook dat is de Wet van Wolf.
2
, Deze afbeelding gaat over de structuur van het bot. Het sterk verkalkt
compact bot omgeeft het spongieus bot dat bestaat uit een matrix van
botbalkjes. Het compact bot is veel sterker dan het spongieus bot. Een
bot kan tot 1% vervorming aan.
Afhankelijk van de belasting gaat uw bot sterker worden op de
plaatsen waar het veel belast wordt. Links zie je de druk en
trekspanningslijnen en rechts zie je waar het bot het sterkst is en dat
is waar die lijnen het dichtst bij elkaar liggen.
De Wet van Wolf wordt als volgt omschreven: “De inwendige structuur en de uitwendige vorm van
levend bot wordt in belangrijke mate bepaald door de overheersende mechanische belasting en volgt
fysische wetmatigheden, waarbij het bot met een minimum aan materiaal zijn functie kan vervullen”.
Mechanische belasting is dus essentieel om het bot in goede conditie te houden. Dat geeft kleine
beschadigingen van het botweefsel die gevolgd worden door botopbouw. Het is belangrijk de belasting
zeer geleidelijk op te drijven. De tijdsdimensie is maanden/jaren, anders ontstaan er stressfracturen.
Er geldt hierbij een grote interindividuele variabiliteit in de mate waarop het bot reageert op
verandering in mechanische belasting (ongeveer 50% erfelijke factor) en ook leeftijd, geslacht en ziekte
spelen een rol. Bv. naarmate je ouder wordt, worden de botten alsmaar zwakker.
Wijziging in mechanische belasting dat de botkwaliteit kan beïnvloeden is aantoonbaar door de
botdensiteit (Bone Mass Density) te meten. Een hogere botdensiteit wijst op meer verkalkt en dus
sterker bot. Zoals ik hierboven zei worden botten zwakker met de leeftijd. Maar op een bepaald
moment kan een bot zo zwak zijn, dat er sprake is van osteoporose. Dat betekent dat uw bot zodanig
soft is, dat het bij kleine belastingen al breekt. Dat is vooral wanneer we ouder worden.
Als we botdensiteit vergelijken van bv. tennissers in de dominante arm en de niet-dominante arm, dan
zien we dat de arm die het meest belast wordt, een grotere botdensiteit heeft.
Dit is een studie van een groep kinderen die fysieke
activiteit krijgt en een groep kinderen die geen
fysieke activiteit krijgt. We zien na afloop van de
interventie dat de experimentele groep op
verschillende locaties in het lichaam een
significante hogere winst in botdensiteit hadden
(gemiddeld +7%), de controle groep gemiddeld
+2%.
Langs de andere kant worden er verliezen in botdensiteit gemeten van meer dan 10%, die te wijten is
aan systematische onderbelasting van het beenderstelsel.
Vanaf een leeftijd van 30 à 40 jaar neemt de botsterkte af met gemiddeld 5% per 10 jaar, en dit is bij
vrouwen dikwijls nog meer uitgesproken.
Studies zeggen dat de botdensiteit lineair daalt. Als je belasting doet, gaat uw bot beter worden en
start je met meer botkapitaal, zodanig dat je langer bestand bent tegen die lineaire afname in
botkwaliteit.
3
, We bekijken nu hoe die botomvorming
werkt. Dat ontstaat door de
samenwerking van osteoblast en
osteoclast. Bij iedere fysieke
inspanning breng je telkens wat schade
aan aan uw weefsel en botten. Die
schade wordt dan weggenomen en
nadien wordt er weefsel gevormd die
sterker is dan het weefsel die er
daarvoor aanwezig was. Dat is het principe van training. Je gaat telkens uw lichaam een beetje pijn
doen. Uw lichaam gaat zich dan sterker maken door zich te herstellen en te ontwikkelen
Dat gebeurt dus ook bij botten. Van zodra er belasting wordt aangebracht zullen de osteoclasten het
afbreken en zullen de osteoblasten nieuw botweefsel aanbrengen.
Enkele takeaways van botweefsel:
- Botweefsel is sterk
- Botweefsel is een dynamisch weefsel dat zich in vivo vormt onder invloed van inwerkende
mechanische belasting
- Er is een biopositief effect bij juiste belasting
- Bij toenemende leeftijd is er een verlies aan botdensiteit
- Opbouw van botkapitaal op jonge leeftijd is essentieel voor de gezondheid
1.2.2 Gewrichten
De gewrichtsvorm bepaalt samen met de ligamenten de
bewegingsmogelijkheden van het gewricht. De bewegingsmogelijkheden
hangen af van de vorm van het gewricht.
Het gewrichtskraakbeen bevindt zich tussen 2 botten en heeft als
biomechanische functie het overbrengen van de belasting tussen de
aangrenzende beenderen en zorgen voor een glad en slijtvast glij-oppervlak.
Kraakbeenbeschadiging is echt nauwelijks zelfherstellend en dient dus
absoluut vermeden te worden.
Gewrichtskraakbeen wordt optimaal samengesteld bij optimale belasting,
maar die tijdsdimensie is maanden/jaren.
1.2.3 Ligamenten en pezen
De 2 structuren worden samen besproken omdat ze allebei vooral bestaan uit collageen bindweefsel.
Collageen wordt ook een biologische “rekker” genoemd. Dit komt omdat het onder normale
fysiologische belasting tot 7% rek aan kan. Eens je over die rek gaat, dan scheurt het en kan het zijn
functie niet meer vervullen.
Ligamenten verbinden beenderen over de tussenliggende gewrichten en sturen gewrichtsbewegingen
terwijl de gewrichtscongruentie bewaard blijft. Denk aan gewrichtsbanden ter hoogte van de enkel die
ervoor zorgen dat uw enkel mooi blijft bewegen. Ligamenten kunnen in verschillende richtingen gaan,
die ‘elastiek’ rond de knie of enkel moet in verschillende richtingen kunnen bewegen.
4
1. Biomechanica van bewegen en sport
1.1 Bewegingsstelsel
Biomechanica analyseert en interpreteert de mechanische interactie tussen het lichaam, meer bepaald
het bewegingsstelsel, en de omgeving. De interactie kan statisch zijn, zoals bij een houding, maar ook
dynamisch, zoals bij allerlei (sport)bewegingen. Biomechanica is fysica toepassen op het menselijk
lichaam.
Naast de steeds aanwezige zwaartekracht is de interactie afhankelijk van de “dynamiek” van de
beweging en dat weerspiegelt zich in de externe krachten die vanuit de omgeving op het lichaam
inwerken. Die externe krachten gaan gepaard met interne krachtwerking in het bewegingsstelsel.
Dit noemen de belasting die inwerkt op de componenten van het bewegingsstelsel of het muscolo-
skeletaal systeem. Spieren leven via de peesaanhechting de interne krachten overheen de
scharnierende gewrichten die de beenderen verbinden.
Het bewegingsstelsel wordt gezien als een keten van
segmenten. Elke aansturing gebeurt vanuit de
hersenen, van daaruit worden onze zenuwen
geactiveerd en die geven een signaal aan de
spierpeessystemen (spierpeescomplexen). Die trekken
uiteindelijk samen en daardoor bewegen de botten
t.o.v. elkaar, ter hoogte van de gewrichten en die
gewrichten worden op zijn plaats gehouden door
kraakbeen, kapsel en ligamenten.
Dit is een voorbeeld van de afstoot bij lopen. Groen is
de grondreactievector en rood is de kracht die geleverd
moet worden door de achillespees om die externe
kracht te genereren. De rode pijl is veel groter dan de
groene en dat heeft te maken met hefboomwerking.
Daardoor zijn interne krachten veel groter dan externe
krachten.
1
, Als je loopt dan lever je per stap ongeveer een verticale
kracht van 2x uw lichaamsgewicht. Dus als je 60kg
weegt, dan lever je per stap die je loopt 120kg aan een
snelheid van 8 à 9km per uur. Dat zie je op de
linkergrafiek, wat de evolutie van de grondreactiekracht
weergeeft. Je ziet op de horizontale as het
lichaamsgewicht (50KG), die iets sneller loopt, dan
lopen die krachten op tot 1300N of 130KG (dus iets
meer dan het dubbele).
Als je kijkt naar de interne kracht (kracht die geleverd
wordt door de achillespees), dan zie je dat die krachten oplopen tot 3000N of 300kg. Dat betekent dat
de interne kracht ongeveer 6x het lichaamsgewicht is, per stap je die je zet.
(Samengevat in het algemeen: de externe grondreactiekracht die inwerkt op de steunvoet bij wandelen
schommelt rond één maal lichaamsgewicht, maar bij de interne krachtwerking in het enkelgewricht
van het steunbeen bedraagt dat als nel 2,5 maal lichaamsgewicht. Bij lopen wordt dat wegens de
grotere dynamiek al gauw het dubbele.)
1.2 Biomechanische “belasting”
Belasting is een positief gegeven, want als je gaat trainen word je sterker. Als uw belasting lager is dan
wat je lichaam aankan, ga je een biopositief effect hebben en vice versa met een bionegatief effect.
We bespreken nu het biopositief effect.
1.2.1 Beenderenstelsel
Eerst het beenderenstelsel. Dat kent enkele functies:
- Hefboomwerking voor de spieren
- Aanhechting voor en bescherming van weke weefsels
- Opslag van calcium
- Vorming van bloedcellen.
Een bot heeft geen statistische structuur. Een bot past zich aan aan de
belasting en dat noemen we de Wet van Wolf. Hoe meer je een bot belast,
hoe sterker het bot wordt. Het bot past zich aan, in de richting waarin de
belasting gebeurd.
Bv. de tibia (het onderbeen/scheenbeen), is het sterkst is verticale richting. Denk aan de tackle op
Wasilewski bij het volgende. De kracht die uitgeoefend werd op het been van Wasilewski was niet veel
groter dan de kracht zet per stap die hij doet, het is wel in een andere richting. Dat is een typisch
voorbeeld dat een bot veel belasting aankan in 1 richting, maar als je het in een andere richting gaat
geven, dan breek je het. Ook dat is de Wet van Wolf.
2
, Deze afbeelding gaat over de structuur van het bot. Het sterk verkalkt
compact bot omgeeft het spongieus bot dat bestaat uit een matrix van
botbalkjes. Het compact bot is veel sterker dan het spongieus bot. Een
bot kan tot 1% vervorming aan.
Afhankelijk van de belasting gaat uw bot sterker worden op de
plaatsen waar het veel belast wordt. Links zie je de druk en
trekspanningslijnen en rechts zie je waar het bot het sterkst is en dat
is waar die lijnen het dichtst bij elkaar liggen.
De Wet van Wolf wordt als volgt omschreven: “De inwendige structuur en de uitwendige vorm van
levend bot wordt in belangrijke mate bepaald door de overheersende mechanische belasting en volgt
fysische wetmatigheden, waarbij het bot met een minimum aan materiaal zijn functie kan vervullen”.
Mechanische belasting is dus essentieel om het bot in goede conditie te houden. Dat geeft kleine
beschadigingen van het botweefsel die gevolgd worden door botopbouw. Het is belangrijk de belasting
zeer geleidelijk op te drijven. De tijdsdimensie is maanden/jaren, anders ontstaan er stressfracturen.
Er geldt hierbij een grote interindividuele variabiliteit in de mate waarop het bot reageert op
verandering in mechanische belasting (ongeveer 50% erfelijke factor) en ook leeftijd, geslacht en ziekte
spelen een rol. Bv. naarmate je ouder wordt, worden de botten alsmaar zwakker.
Wijziging in mechanische belasting dat de botkwaliteit kan beïnvloeden is aantoonbaar door de
botdensiteit (Bone Mass Density) te meten. Een hogere botdensiteit wijst op meer verkalkt en dus
sterker bot. Zoals ik hierboven zei worden botten zwakker met de leeftijd. Maar op een bepaald
moment kan een bot zo zwak zijn, dat er sprake is van osteoporose. Dat betekent dat uw bot zodanig
soft is, dat het bij kleine belastingen al breekt. Dat is vooral wanneer we ouder worden.
Als we botdensiteit vergelijken van bv. tennissers in de dominante arm en de niet-dominante arm, dan
zien we dat de arm die het meest belast wordt, een grotere botdensiteit heeft.
Dit is een studie van een groep kinderen die fysieke
activiteit krijgt en een groep kinderen die geen
fysieke activiteit krijgt. We zien na afloop van de
interventie dat de experimentele groep op
verschillende locaties in het lichaam een
significante hogere winst in botdensiteit hadden
(gemiddeld +7%), de controle groep gemiddeld
+2%.
Langs de andere kant worden er verliezen in botdensiteit gemeten van meer dan 10%, die te wijten is
aan systematische onderbelasting van het beenderstelsel.
Vanaf een leeftijd van 30 à 40 jaar neemt de botsterkte af met gemiddeld 5% per 10 jaar, en dit is bij
vrouwen dikwijls nog meer uitgesproken.
Studies zeggen dat de botdensiteit lineair daalt. Als je belasting doet, gaat uw bot beter worden en
start je met meer botkapitaal, zodanig dat je langer bestand bent tegen die lineaire afname in
botkwaliteit.
3
, We bekijken nu hoe die botomvorming
werkt. Dat ontstaat door de
samenwerking van osteoblast en
osteoclast. Bij iedere fysieke
inspanning breng je telkens wat schade
aan aan uw weefsel en botten. Die
schade wordt dan weggenomen en
nadien wordt er weefsel gevormd die
sterker is dan het weefsel die er
daarvoor aanwezig was. Dat is het principe van training. Je gaat telkens uw lichaam een beetje pijn
doen. Uw lichaam gaat zich dan sterker maken door zich te herstellen en te ontwikkelen
Dat gebeurt dus ook bij botten. Van zodra er belasting wordt aangebracht zullen de osteoclasten het
afbreken en zullen de osteoblasten nieuw botweefsel aanbrengen.
Enkele takeaways van botweefsel:
- Botweefsel is sterk
- Botweefsel is een dynamisch weefsel dat zich in vivo vormt onder invloed van inwerkende
mechanische belasting
- Er is een biopositief effect bij juiste belasting
- Bij toenemende leeftijd is er een verlies aan botdensiteit
- Opbouw van botkapitaal op jonge leeftijd is essentieel voor de gezondheid
1.2.2 Gewrichten
De gewrichtsvorm bepaalt samen met de ligamenten de
bewegingsmogelijkheden van het gewricht. De bewegingsmogelijkheden
hangen af van de vorm van het gewricht.
Het gewrichtskraakbeen bevindt zich tussen 2 botten en heeft als
biomechanische functie het overbrengen van de belasting tussen de
aangrenzende beenderen en zorgen voor een glad en slijtvast glij-oppervlak.
Kraakbeenbeschadiging is echt nauwelijks zelfherstellend en dient dus
absoluut vermeden te worden.
Gewrichtskraakbeen wordt optimaal samengesteld bij optimale belasting,
maar die tijdsdimensie is maanden/jaren.
1.2.3 Ligamenten en pezen
De 2 structuren worden samen besproken omdat ze allebei vooral bestaan uit collageen bindweefsel.
Collageen wordt ook een biologische “rekker” genoemd. Dit komt omdat het onder normale
fysiologische belasting tot 7% rek aan kan. Eens je over die rek gaat, dan scheurt het en kan het zijn
functie niet meer vervullen.
Ligamenten verbinden beenderen over de tussenliggende gewrichten en sturen gewrichtsbewegingen
terwijl de gewrichtscongruentie bewaard blijft. Denk aan gewrichtsbanden ter hoogte van de enkel die
ervoor zorgen dat uw enkel mooi blijft bewegen. Ligamenten kunnen in verschillende richtingen gaan,
die ‘elastiek’ rond de knie of enkel moet in verschillende richtingen kunnen bewegen.
4
