De kinematische keten

Bij tennis is altijd sprake van gecombineerde bewegingen in meerdere gewrichten, die onderdeel zijn van een kinematische keten (dit is een bewegingsketen). Deze bewegingen zijn proportioneel en hebben een vaste sequentie, dat wil zeggen dat bewegingen in de onderscheiden gewrichten een gepast aandeel hebben in de totale beweging en in een vaste volgorde plaatsvinden.

Omdat ons lichaam tijdens tennis beweegt ten opzichte van een vaste massa (de aarde) en wij onder invloed staan van de zwaartekracht, is de kinematische keten opgebouwd vanaf de basis (voetcontact).

Van hieruit verplaatsen bewegingen, die ten dienste staan van bijvoorbeeld de forehand, de backhand, de volley en de service, zich naar de periferie: het racket.

De pols en hand zijn dus de laatste elementen van de bewegingsketen.  Daarna volgt geen vaste verbinding met  massa aarde, maar beweegt de pols en hand zich in de vrije ruimte.

Dit noemen we een open kinematische keten. Alle tennisbewegingen bevinden zich dus in een open kinematische keten.

Een tennisslag kunnen we  beschrijven volgens deze bewegingsketen, opgebouwd vanuit de basis, in de volgorde:  voeten en enkels -> knieën -> heupen/ bekken -> romp -> schouders en ellenbogen -> naar polsen en handen (voorkeursarm + racket enerzijds, stabilisatiearm anderzijds).

De tennisslag kan worden beschouwd als  een totale beweging, opgebouwd vanuit het voetcontact,  in onderscheiden delen van het lichaam in een onveranderlijke, vaste volgorde.

Het doel  is een optimale energieoverdracht mogelijk te maken voor de meest efficiënte slag, door middel van de kinematische keten.

Bij een goed gebruik hiervan zal er zo weinig mogelijk  ‘ruis’ op het bewegingsverloop liggen, doordat de weerstand van tegenwerkende delen in het lichaam minimaal zal zijn.  In de fysica spreekt men van het  minimal principle: optimaal resultaat bij  minimaal toegevoerde energie.

Anatomische vlakken

Binnen de biomechanica en met name in de arthrokinematica   (gewrichtsmechanica),   worden (deel-) bewegingen beschreven in onderscheiden vlakken van beweging.

Bij deelbewegingen van de tennisslag kunnen we het volgende onderscheiden:  de voorbereiding  van de slag,  vervolgens  het bewegen naar de bal toe, de slagbeweging door de bal heen en de uitzwaai van het racket. Deze spelen zich af in onderscheiden vlakken:      

1. Na de splitstep daalt het lichaamszwaartepunt om in de volgende bewegingsfase weer te stijgen. Het lichaam beweegt zich van laag naar hoog in het  frontale vlak.
2. Het lichaam beweegt zich in voorwaartse richting, naar de bal toe, in het sagittale vlak.
3. De romp beweegt zich tijdens de slag in het transversale vlak (romprotatie).

Driedimensionaal is het resultaat  één samengestelde beweging  van laag naar hoog ↑, van achteren naar voren →, met romprotatie  in drie successievelijke vlakken: frontaal, sagittaal en transversaal.

Het voorgaande in aanmerking genomen betekent dit dus dat een tennisslag bepaald wordt door de kinematische keten in een driedimensionale ruimte, waarbij het accent van onderscheiden delen van de keten ligt in verschillende anatomische vlakken.

In  onderstaande fotoserie  van de forehand van Federer zijn deze componenten duidelijk te zien.  De beweging van laag naar hoog (frontale vlak). De voorwaartse beweging , vanuit de benen naar de romp  en de romprotatie.

Ook voor de arm geldt op macro niveau: een beweging met het racket van laag naar hoog (topspin) in het frontale vlak.  Met, tegelijkertijd een beweging van het racket  van rechts (-achter)  naar links  (-voor) in het transversale vlak, in voorwaartse richting (sagitale vlak).                                  

Driedimensionaal betekent dit dat de arm met  het racket zich beweegt  vanuit  het rechtsonder octant (VII), naar het linksboven octant (I).

Kijken we naar de arm op meso niveau  dan beschrijven we arthrokinematisch bewegingen van de humerus (bovenarm) ten opzichte van de scapula (schouderblad) in het glenoïdale gewricht (schoudergewricht).                                                                                                                                            

Het assenstelsel wordt dan gedacht  vanuit de fossa glenoïdalis (schouderkom), onafhankelijk van de positie in de ruimte.  De bewegingsrichtingen zijn in dat geval:  anteflexie, horizontale adductie en endorotatie.

Voor het ellenboog gewricht vinden we, vanuit de startpositie flexie/exorotatie,   als  bewegingsrichtingen: extensie en endorotatie.   Ten aanzien van de pols zien we vanuit de positie dorsaalflexie/supinatie, de bewegingsrichtingen: palmairflexie en pronatie.

Lichaamszwaartepunt en deelmassa’s

Bij een lichaam in balans bevindt de projectie van het lichaamszwaartepunt zich altijd zich altijd centraal in het steunvlak. (zie onderstaande afbeelding).                                                                                               

Dit geldt ook voor het naar de bal toe glijden, waarbij het lichaam, met in stand houding van het steunvlak, in zijn geheel parallel aan de ondergrond beweegt.

In anatomische stand bevindt het lichaamszwaartepunt zich,  fictief, ter hoogte van S2 (sacrum, heiligbeen).  Dit is geen gefixeerd punt . Het lichaamszwaartepunt verandert van positie bij  verschillende lichaamshoudingen.      

Bij elke veranderde positie van lichaams-deelzwaarepunten (romp, armen, bekken, benen of hoofd) geldt, dat er sprake van balans is, wanneer de zwaartelijn vanuit het lichaams zwaartepunt  in het midden van het steunvlak valt. 

Dit geldt ook voor het naar de bal toe glijden, waarbij het lichaam, met in stand houding van het steunvlak, in zijn geheel transleert t.o.v. ondergrond beweegt (translatie).                                                                                              

De tegengestelde beweging van de   –niet dominante-  balansarm bij de volley,  of de schouder bij de fore- en backhand aan de andere zijde, zorgen eveneens voor die balans.                                                     

De bodycentre of gravity  beweegt zich dus idealiter altijd centraal binnen het momentaan, veranderende steunvlak.

Het ontstaan van de beweging.

De initiële beweging , vanuit de starthouding,  gebeurt door het naar voren verplaatsen van het lichaamszwaartepunt  door middel van musculaire activiteit. Dit gebeurt primair vanuit de basis van de kinetische keten, voeten en enkels.    Secundair  gebeurt dit door verplaatsing van romp en hoofd naar voren.                                                                                                                                   

Deelzwaartepunten van onder-, bovenbenen, bekken en romp verplaatsen zich alternerend naar voren, waardoor het lichaamszwaartepunt (de som van alle deelzwaartepunten) zich naar voren verplaatst.

Relatie tussen spierkracht, spierlengte en spiersnelheid.

In het lichaam maken we bij skeletspieren onderscheid tussen snelle spiervezels, type 2B (witte spiervezels), langzame spiervezels type 1 (rode spiervezels) en spiervezels type 2A (intermediaire spiervezels).

Skeletspieren leveren vermogen, dat wil zeggen arbeid per eenheid van tijd. Dat vermogen, de kracht die de spier levert, hangt van twee dingen af:

• het eerder genoemde spiervezeltype (type 1, 2A of 2B);
• de snelheid waarmee de spier zich verkort; de relatie tussen kracht en snelheid.

Bij een concentrische contractie geldt dat, naarmate skeletspier zich sneller verkort, deze minder kracht zal leveren. Omgekeerd evenredig hieraan is het ook zo dat bij het tillen van een zware last, de snelheid lager zal zijn.                                                                                                                                           

Bij een excentrische contractie is dit anders: neemt de snelheid van een belaste spier toe, dan neemt de kracht toe.  

Bij de tennisslag, zowel forehand als backhand, hebben we al eerder gezien dat door de kinematische keten, waarin  bewegingen in  onderscheiden gewrichten  in een vaste volgorde plaatsvinden, de romp eerder actief is dan de slagarm.                                                                                                                                                

Dat wil zeggen dat de beweging gefaseerd plaatsvindt, waardoor de romp eerder beweegt dan de arm, die relatief achterblijft.  Relatief, want de arm beweegt een fractie later volgend met een excentrische contractie.                                                                                                                                        

Dit is de reden dat racketspeed met veel minder energie tot stand komt bij gebruik van de totale kinematische keten, dan in geval van een beweging van de slagarm bij een gefixeerde romp, c.q. lichaam.  Namelijk, dit laatste  is een concentrische contractie, waarbij toename van kracht (je wil hard tegen de bal slaan!) leidt tot afname van de snelheid. Dus minder racketspeed.

Samengevat:

• concentrische contractie:  sneller bewegen  afname kracht.
• excentrische contractie:    sneller bewegen   toename kracht.

Racketspeed wordt bereikt door te bewegen in de kinematische keten ( opgebouwd vanuit het voetcontact) waarbij de slagarm relatief achterblijft bij de romprotatie. De schouder komt daardoor in een protractiestand.  Spieren in de arm (agonisten) bewegen excentrisch, tot aan het balcontact. Daarna concentrisch voor deze zelfde spieren en excentrisch voor de antagonisten (de extensoren die de beweging uiteindelijk afremmen).

Onderbouwing van bovenstaand fenomeen op microniveau van de spiervezel:

Bij een concentrische contractie van een spier neemt de kracht toe als de beweging trager verloopt. De reden hiervoor is dat de sarcomeer (een functionele eenheid van de skeletspier, bestaande uit actine en myosine filamenten) bij een langzame beweging de tijd krijgt om meer myosine crossbridges te vormen. Dit volgt uit de ‘sliding filament theory’ van Huxley.                                                                                                                                                             

Bij een excentrische contractie levert een spier meer kracht omdat de myosinefilamenten alleen meer crossbridges hoeven te vormen en niet hoeven ‘om te klappen’, zoals wel het geval is bij een concentrische contractie. Daar is namelijk veel meer energie voor nodig in de vorm van ATP. Bij verlenging van de sarcomeer (excentrische contractie) hoeft het actine filament alleen te worden afgeremd.

Proprioceptieve Neuromusculaire Facilitatie (PNF).

        ‘The brain knows not of muscles, only of movement’    (Herman Kabat)

PNF werd halverwege de vorige eeuw ontwikkeld door Herman Kabat,MD,PhD en Margeret Knott, Fysical Therapist, verbonden aan het ‘National Institutes of Health.                                                          

Herman Kabat was klinisch neuroloog en ontving eerder zijn doctoraat aan de University of Minesota, waar hij de basis legde voor het PNF concept met Miland Knopp,MD en Elizabeth Kenny, verpleegkundige.

Hoewel PNF een complex systeem is, dat vooral door fysiotherapeuten gebruikt wordt bij de behandeling van patiënten met neurologische aandoeningen, is voor sporters het belangrijkste aspect van PNF de benadering van bewegingspatronen in een kinematische keten.                                                 

Gebaseerd op de gedachte dat onze hersenen niet zozeer de geïsoleerde spieractiviteit registreert, maar meer in termen van grotere bewegingspatronen, begon Kabat zijn onderzoek naar natuurlijke bewegingspatronen.  Zijn ideeën worden uitgelegd in “Proprioceptive Neuromuscular Facilitation: Patterns and Techniques”.

Grote bewegingspatronen die neurologisch gefaciliteerd worden, hebben een spiraliserend en diagonaal karakter, die plaatsvinden binnen het bewegingssysteem.  Bewegingsvormen van dit type zijn in overeenstemming met de topografische opeenvolging van spieren in de kinematische keten.

PNF patronen zijn 3dimensionaal en vinden dus plaats in het sagittale vlak (flexie, extensie), het frontale vlak (ad-, adductie) en het transversale vlak (rotaties).

De spiraal en diagonaal gefaciliteerde patronen geven een optimale contractie van de hoofdzakelijke spiercomponenten.

Een optimaal bewegingspatroon voor een specifieke ‘spierketen’, stelt spieren in deze keten in staat om aan te spannen vanuit een maximaal verlengde stand naar een maximaal verkorte stand. Hierbij wordt  het patroon uitgevoerd  tijdens de volledige ROM (Range of Motion).  Diagonale, spiraliserende patronen zijn fundamenteel in de kinematische keten.

Hieronder zijn schematisch twee patronen afgebeeld voor de rechter arm, vanaf rechtsonder naar links boven (rood); en vanaf linksonder naar rechtsboven (blauw):

Vertaald naar tennisslagen zien we ten aanzien van de forehand voor  rechtshandigen *), rood in bovenstaande afbeelding:

*)  Hierbij wordt uitgegaan van de uitgangshouding die in deze beschrijving twee fasen kent:                          

Vanaf het moment dat de bal door de tegenstander geslagen wordt en je als ontvangende partij een splitstep positie inneemt, wordt  de romp in afwachting  rechtsom gedraaid, met retractie en depressie  van het scapula, de schouder in exorotatie en abductie, flexie elleboog, supinatie onderarm en extensie pols.   

Vervolgens, vanaf  de stuit van de bal, gaat de rechter arm naar bovenbeschreven extensiepositie (voorspanning).                          

Vertaald naar de backhand voor rechtshandigen,  blauw in bovenstaande afbeelding:

Linkshandigen.

Dezelfde beschrijving geldt voor linkshandigen, met uitzondering van de romprotatie: deze is bij de forehand vanuit linksom gedraaide positie van de romp naar een rechtsom draaiende rotatie.  Bij de backhand  geldt: vanuit een rechtsom gedraaide positie wordt bewogen met een linksom rotatie.