Enkele weetjes over buik- en rugspieren

Indeling

• Spieren werken zoals een accordeon
• Spieren zorgen voor stabiliteit, beweging en bescherming van de tussenwervelschijven
• Nadeel van spieren: ze worden snel moe
• Spiermoeheid vermindert de controle over bewegingen
• Wat gebeurt er bv. bij rechtop staan, vooroverbuigen en heffen?
• Rugspieren die niet continu geactiveerd worden, vervetten
• Oefenen en een goede fysische conditie kunnen geen spiermoeheid en lage rugpijn verhinderen
• Ervaren atleten minder lage rugpijn dan niet-atleten?
• Ook de rugspieren verouderen
• Zware kwetsuren van rugspieren zijn uiterst zeldzaam
• Referenties

Spieren werken als een accordeon

Een groot aantal genen zijn verantwoordelijk voor de vorming, structuur en functie van de massa skeletspieren die ongeveer 40% van het lichaamsgewicht uitmaken. Omdat ze opgebouwd zijn uit elastische collageen- en titineiwitten^1,2,3 functioneren spieren als een accordeon. Opdat alle gewrichten een bepaalde ruimtelijke houding zouden kunnen aannemen of een activiteit zouden kunnen uitvoeren, moeten ze samen al dan niet krachtig samentrekken om daarna opnieuw te ontspannen. Zo zullen bv. de ontwikkelde spanningen in de rug- en buikspieren tijdens het vooroverbuigen en opheffen van voorwerpen verschillen van die welke nodig zijn om gewoon recht te staan of te springen^4,5. Deze variërende spierspanningen oefenen grote en wisselende krachten uit op de wervels maar vooral op de tussenwervelschijven.

Spieren zorgen voor stabiliteit, beweging en bescherming van de tussenwervelschijven

Wij zijn rechtop lopende zoogdieren. Om al onze verschillende dagelijkse (beroeps)activiteiten te kunnen blijven uitvoeren is het essentieel dat onze wervelzuil (zie blog ‘Wervelzuil’) kan bewegen maar ook continu gestabiliseerd wordt. Daarom moeten de grote spieren van de rug en buik - zonder dat we ons daarvan bewust zijn - een aanhoudende bijzondere grote inspanning leveren. Zij doen dat met dezelfde intensiteit als de dij- en kuitspieren die verhinderen dat we niet onverwachts door onze knieën of enkels zouden zakken^5,6.
Veel patiënten die lijden aan allerlei spieraandoeningen hebben alle moeite van de wereld om hun wervelzuil te stabiliseren, laat staan gecontroleerd te bewegen. De buik- en rugspieren zijn ook verantwoordelijk voor een gelijkmatige krachtverdeling van belastingen op de wervelzuil zodat ze zowel de wervels als de tussenwervelschijven kunnen beschermen tegen het optreden van letsels^7,8,9.
Zonder perfecte samenwerking tussen de buik- en rugspieren zullen er in de vernoemde structuren vroeg of laat problemen optreden.

Nadeel van spieren: ze worden snel moe.

Als men bedenkt hoe hard spieren moeten werken (maar dat voelen we niet!) om dynamische rugactiviteiten zoals rechtopstaan, zitten, draaien, vooroverbuigen en (op)heffen te kunnen uitvoeren dan is het niet verwonderlijk dat onze rugspieren snel moe kunnen worden.
De snelheid waarmee dit gebeurt, hangt af van de hoeveelheid energieproducerende lichaampjes (= mitochondrieën) in de spiercellen¹⁰. De hoeveelheid mitochondriën verschilt van persoon tot persoon en is genetisch bepaald. Dit is één van de belangrijkste verklaringen waarom sommigen bij de minste activiteit snel vermoeid geraken.

Spiermoeheid vermindert de controle over bewegingen

Wanneer spieren moe worden, treden veranderingen op in hun stofwisseling. Omdat ze dan meer afvalstoffen opstapelen, zullen ze niet alleen minder efficiënt samentrekken^11,12,13, maar zal ook de centrale controle vanuit de hersenen tekortschieten om hun samentrekkingskracht te regelen en te stimuleren¹⁴. Hierdoor wordt het lastiger om bewegingen te coördineren en te controleren^15,16, wat kan leiden tot een minder stabiele houding van de rug en moeilijkheden om dagelijkse (beroeps)activiteiten vlot uit te voeren^17,18,19.
Ter hoogte van de lage rug kan spiermoeheid dus ook spierpijn veroorzaken maar spiermoeheid en spierpijn zijn zelden een reden om blijvende lage rugpijn te ontwikkelen en chronische lage rugpijnlijder te worden. Daarom onderzoekt men in het laboratorium welke krachten er op de wervelzuil moeten uitgeoefend worden om letsels te veroorzaken ter hoogte van de wervels en de tussenwervelschijven²⁰ die een reden van chronische pijn zouden kunnen zijn.

Wat gebeurt er bv. bij rechtop staan, vooroverbuigen en heffen?

Wanneer u mooi rechtop staat, zal u ervaren dat uw rugspieren iets korter worden. Uw lage rug rekt zich ongeveer 12° uit²¹. Wanneer u vooroverbuigt om iets op te rapen, worden de rugspieren uitgerekt en moeten ze ook een grote kracht ontwikkelen om de invloed van de zwaartekracht op het bovenlichaam te overwinnen^4,22. Het is dan begrijpelijk dat de rugspieren krachtiger moeten werken bij vooroverbuigen dan bij rechtstaan^23,24,25,26. Wanneer we onze lage rug bv. van 30° tot ongeveer 70° vooroverbuigen, neemt de maximaal te ontwikkelen spierkracht toe met ongeveer 18%²⁷.
Zij die vaak moeten vooroverbuigen en heffen ontwikkelen sneller moeheid in hun spieren, waardoor ze hun rug steeds dieper gaan doorbuigen. Dit is vooral zo bij diegenen die over minder elastische eiwitten beschikken en dus van nature niet soepel genoeg zijn en een minder goede rugbeweeglijkheid hebben^25,28. Diegenen die een zwaar rugbelastend beroep uitoefenen, zoals verplegend personeel, mijnwerkers, havenarbeiders etc., maar een soepele en ruim beweeglijke lage rug hebben, ervaren zelden rugpijn²⁹.

Rugspieren, die niet continu geactiveerd worden, vervetten

Met magnetische scanningstechnieken heeft men aangetoond dat er bij ongeveer 15% van de adolescenten te veel vet voorkomt in de belangrijkste spier in de lage rug, de zogenoemde multifidusspier. Dit percentage stijgt tot 81% bij 40-jarigen³⁰. Vet in de rugspieren staat - ook - in verband met onvoldoende fysische activiteiten en toenemende digibesitas (Fig. 1).
Wanneer men zijn spiervezels niet gebruikt, worden ze omgezet in vet³¹. Deze omzetting blijkt geen invloed te hebben op de bewegingen van de rug³². Wanneer er ook een invasie is van vet in de energie-installaties van de spiercellen (= mitochondriën), kan er veel minder energie geproduceerd worden (ATP) (Fig. 2). Hierdoor kunnen de spieren hun inwerkende krachten op de tussenwervelschijven niet meer evenredig verdelen en kunnen er periodische opstoten van lage rugpijn opstaan³⁰.

Figuur 1. Elektronenmicroscopisch beeld van een rugspier (M. Multifidus) - 7500 x vergroot - bij een persoon van 36 jaar zonder rugklachten. Veel spiervezels bevatten verdruppels. (Declerck, Narula, Kakulas, NeuroMuscular Pathology, Perth, Western Australia - X90/370, EM 90/55, 90/1917, F, 36 years)

Figuur 2. Elektronenmicroscopisch beeld van een energieproducerend orgaantje (= mitochondrium) in de belangrijkste rugspier (M. Multifidus) – 57000 x vergroot – bij een persoon van 40 jaar. Men ziet een invasie van vetdruppels. (Declerck, Narula, Kakulas, NeuroMuscular Pathology, Perth, Western Australia - X90/368, EM90/56, M, 40 years)

Oefenen en een goede fysische conditie kunnen geen spiermoeheid en lage rugpijn verhinderen

Iedereen ervaart aanzienlijke voordelen wanneer hij of zij een goede fysieke conditie en sterke rugspieren opbouwt en onderhoudt. Maar sterke rugspieren en een hoge graad van fitheid vormen geen absolute garantie om lage rugpijn te voorkomen^{29,33,34,35,36,37}. Fysiek fitte personen recupereren niet noodzakelijk sneller wanneer ze een opstoot van lage rugpijn ervaren³⁸ en fysieke oefenprogramma’s kunnen evenmin zekerheid verschaffen dat men geen lage rugpijn meer zal ontwikkelen³⁹. Uiteraard zal men door regelmatige oefening de bloedvoorziening en het metabolisme van de spieren stimuleren, vermoedelijk ook de (resterende) mitochondriën sterker activeren en hierdoor moeheid helpen onderdrukken.

Ervaren atleten minder lage rugpijn dan niet-atleten?

Neen! Over het algemeen ervaren atleten niet meer of niet minder lage rugpijn dan niet-atleten. Hieruit kan men slechts afleiden dat oefenen vermoedelijk wel weerstand kan ontwikkelen tegen het optreden van lage rugpijn, maar geenszins dat deze oefeningen opstoten van lage rugpijn zullen verhinderen of rugletsels zullen voorkomen. Zware sporten zoals gewichtheffen en gymnastiek houden wel een verhoogd risico in om sneller wervels te kwetsen en discusdegeneratie te veroorzaken. Lopen daarentegen vertoont geen verhoogd risico op lage rugpijn of discusdegeneratie^40,41,42.

Ook de rugspieren verouderen

De sterkte en kracht van rugspieren zijn het grootst tussen de leeftijd van 30 tot 40 jaar. Vijftig tot 60% gaat verloren wanneer we verder verouderen⁴³. Wat men ook uitvoert tijdens het leven en hoe ‘actief’ men ook blijft, het verouderingsproces vermindert niet alleen de spiermassa. Het resulteert ook in een minder krachtige en tragere spiersamentrekking omdat ze makkelijker vermoeid geraken. Deze fenomenen en het feit dat veel spiervezels vervetten, noemt men ‘sarcopenie’.

Zware kwetsuren van rugspieren zijn uiterst zeldzaam.

Onnatuurlijke, drastische en extreme rugspieractiviteit zoals lange tijd in een voorovergebogen houding staan of werken, kan leiden tot spierstijfheid, spierpijn en lichte spierschade^{44,45,46,47,48,49}. Maar er zijn uitzonderlijke, zware en ingrijpende omstandigheden vereist - zoals een verkeersaccident met bv. wervelbreuken - om een ernstige scheur in de rugspieren te veroorzaken. Gelukkig bezitten de rugspieren een zeer rijke bloedvoorziening en een bijzonder hoge stofwisseling, waardoor ze zeer snel kunnen herstellen en recupereren⁵⁰. Daarenboven zullen de stamcellen die zich in het spierweefsel bevinden, de zogenaamde myogene progenitor cellen, geactiveerd worden om nieuwe spiervezels aan te maken^51,52,53.

In de volgende blog moet duidelijk worden waarom aanhoudende spierpijnen in de lage rug duiden op andere problemen.

Referenties

¹ Trotter JA, ‘Functional morphology of force transmission in skeletal muscle. A brief review’,
Acta Anat, 1993, 146:205
² Prado LG, Makarenko I, Andresen C et al., ‘Isoform diversity of giant proteins in relation to passive and active contractile properties of rabbit skeletal muscles’,
J Gen Physiol, 2005, 126:461
³ Buckingham M, Rigby PW, ‘Gene regulatory networks and transcriptional mechanisms that control myogenesis’,
Dev Cell, 2014, 28:225
⁴ Dolan P, Adams MA, ‘The relationship between EMG activity and extensor moment generation in the erector spinae muscles during bending and lifting activities’,
J Biomech, 1993, 26:513
⁵ Stokes IA, Gardner-Morse M, Henry SM et al., ‘Decrease in trunk muscular response to perturbation with preactivation of lumbar spinal musculature’,
Spine, 2000, 25:1957
⁶ Alexander RM, ‘Elastic mechanisms in animal movement’,
Cambridge University Press, Cambridge, 1988
⁷ Trafimow JH, Schipplein OD, Novak GJ et al., ‘The effects of quadriceps fatigue on the technique of lifting’,
Spine, 1993, 18:364
⁸ Dolan P, Adams MA, ‘Repetitive lifting tasks fatigue the back muscles and increase the bending moment acting on the lumbar spine’,
J Biomech, 1998, 31:713
⁹ van Dieën JH, van der Brug P, Raaijmakers TA et al., ‘Effects of repetitive lifting on kinematics. Inadequate anticipatory control or adaptive changes?’,
J Mot Behav, 1998, 30:20
¹⁰ Glancy B, Hartnell LM, Malide D et al., ‘Mitochondrial reticulum for cellular energy distribution in muscle’,
Nature, 2015, 523:617
¹¹ Bigland-Ritchie BR, Cafarelli E, Vøllestadt NK, ‘Fatigue Fatigue of submaximal static contractions’,
Acta Physiol Scand, 1986, 556 (Suppl):137
¹² Bigland-Ritchie BR, Dawson NJ, Johansson RS et al., ‘Reflex origin for the slowing of motoneurone firing rates in fatigue of human voluntary contractions’,
J Physiol, 1986, 379:451
¹³ Stuart M, Butler JE, Collins DF et al., ‘The history of contraction of the wrist flexors can change cortical excitability’,
J Physiol, 2002, 545:731
¹⁴ Gandevia SC, Allen GM, Butler JE et al., ‘Supraspinal factors in human muscle fatigue. Evidence for suboptimal output from the motor cortex’,
J Physiol, 1996, 490:529
¹⁵ Taimela S, Kankaanpää M, Luoto S, ‘The effect of lumbar fatigue on the ability to sense a change in lumbar position. A controlled study’,
Spine, 1999, 24:1322
¹⁶ Björklund M, Crenshaw AG, Djupsjöbacka M et al., ‘Position sense acuity is diminished following repetitive low-intensity work to fatigue in a simulated occupational setting’,
Eur J Appl Physiol, 2000, 81:361
¹⁷ Davidson BS, Madigan ML, Nussbaum MA, ‘Effects of lumbar extensor fatigue and fatigue rate on postural sway’,
Eur J Appl Physiol, 2004, 93:183
¹⁸ Madigan ML, Davidson BS, Nussbaum MA, ‘Postural sway and joint kinematics during quiet standing are affected by lumbar extensor fatigue’,
Hum Mov Sci, 2006, 25:788
¹⁹ Vuillerme N, Anziani B, Rougier P, ‘Trunk extensor muscles fatigue affects undisturbed postural control in young healthy adults’,
Clin Biomech, 2007, 22:489
²⁰ Takahashi I, Kikuchi S, Sato K et al., ‘Mechanical load of the lumbar spine during forward bending motion of the trunk-a biomechanical study’,
Spine, 2006, 31:18
²¹ Adams MA, Dolan P, Hutton WC, ‘The lumbar spine in backward bending’,
Spine, 1988, 13:1019
²² Anderson CK, Chaffin Db, Herrin GD et al. ‘A biomechanical model of the lumbosacral joint during lifting activities’,
J Biomech, 1985, 18:571
²³ McNeill T, Warwick D, Andersson G et al., ‘Trunk strengths in attempted flexion, extension, and lateral bending in healthy subjects and patients with low-back disorders’,
Spine, 1980, 5:529
²⁴ Macintosh JE, Bogduk N, Pearcy MJ, ‘The effects of flexion on the geometry and actions of the lumbar erector spinae’,
Spine, 1993, 18:884
²⁵ Dolan P, Earley M, Adams MA, ‘Bending and compressive stresses acting on the lumbar spine during lifting activities’,
J Biomech, 1994, 27:1237
²⁶ Dolan P, Mannion AF, Adams MA, ‘Passive tissues help the back muscles to generate extensor moments during lifting’,
J Biomech, 1994, 27:1077
²⁷ Mannion AF, Dolan P, ‘The effects of muscle length and force output on the EMG power spectrum of the erector spinae’,
J Electromyogr Kinesiol, 1996, 6:159
²⁸ Dolan P, Adams MA, ‘Influence of lumbar and hip mobility on the bending stresses acting on the lumbar spine’,
Clin Biomech, 1993, 8:185
²⁹ Adams MA, Mannion AF, Dolan P, ‘Personal risk factors for first-time low back pain’,
Spine, 1999, 24:2497
³⁰ Kjaer P, Bendix T, Sorenson JS et al., ‘Are MRI-defined fat infiltrations in the multifidus muscles associated with low back pain?’,
BMC Med, 2007, 5:2
³¹ www.guy-declerck.com / Spinal Pathologies / Paravertebral lumbar spinal muscles
³² Kong MH, Morishita Y, He W et al., ‘Lumbar segmental mobility according to the grade of the disc, the facet joint, the muscle, and the ligament pathology by using kinetic magnetic resonance imaging’,
Spine, 2009, 34:2537
³³ Biering-Sørensen F, ‘Physical measurements as risk indicators for low-back trouble over a one-year period’,
Spine, 1984, 9:106
³⁴ Mannion AF, Dumas GA, Cooper RG et al., ‘Muscle fibre size and type distribution in thoracic and lumbar regions of erector spinae in healthy subjects without low back pain. Normal values and sex differences’,
J Anat, 1997, 190:505
³⁵ Cady LD, Bischoff DP, O’Connell ER e t al., ‘Strength and fitness and subsequent back injuries in firefighters’,
J Occup Med, 1979, 21:269
³⁶ Battié MC, Bigos SJ, Fisher LD et al., ‘Anthropometric and clinical measures as predictors of back pain complaints in industry. A prospective study’,
J Spinal Disord, 1990, 3:195
³⁷ Waddell G, Burton AK, ‘Occupational health guidelines for the management of low-back pain at work. Evidence review’
Occup Med, 2001, 51:124
³⁸ Andersson GB, ‘Epidemiology of low-back pain’,
Acta Orthop Scand, 1998, 281 Suppl:28
³⁹ Linton SJ, van Tulder MW, ‘Preventive interventions for back and neck pain problems. What is the evidence?’
Spine, 2001, 26:778
⁴⁰ Swärd L, Hellström M, Jacobsson B et al, ‘Back pain and radiologic changes in the thoraco-lumbar spine of athletes’,
Spine, 1990, 15:124
⁴¹ Swärd L, Hellström M, Jacobsson B et al., ‘Disc degeneration and associated abnormalities of the spine in elite gymnasts. A magnetic resonance imaging study’,
Spine, 1991, 16:437
⁴² Videman T, Sarna S, Battié MC et al., ‘ The long-term effects of physical loading and exercise lifestyles on back-related symptoms, disability, and spinal pathology among men’,
Spine, 1995, 20:699
⁴³ Sinaki M, Nwaogwugwu NC, Phillips BE et al., ‘Effect of gender, age, and anthropometry on axial and appendicular muscle strength’,
Am J Phys Med Rehabil, 2001, 80:330
⁴⁴ Newham DJ, McPhail G, Mills KR et al., ‘Ultrastructural changes after concentric and eccentric contractions of human muscle’,
J Neurol Sci, 1983, 61:109
⁴⁵ Jones DA, Newham DJ, Round JM et al., ‘Experimental human muscle damage. Morphological changes in relation to other indices of damage’,
J Physiol, 1986, 375:435
⁴⁶ Newham DJ, Jones DA, Clarkson PM, ‘Repeated high-force eccentric exercise. Effects on muscle pain and damage’,
J Appl Physiol, 1987, 63:1381
⁴⁷ Sargeant AJ, Dolan P, ‘Human muscle function following prolonged eccentric exercise’,
Eur J Appl Physiol Occup Physiol, 1987, 56:704
⁴⁸ McNeil PL, Khakee R, ‘Disruptions of muscle fiber plasma membranes. Role in exercise-induced damage’,
Am J Pathol, 1992, 140:1097
⁴⁹ Lieber RL, Fridén J, ‘Mechanisms of muscle injury after eccentric contraction’,
J Sci Med Sport, 1999, 2:253
⁵⁰ Solomonow M, Zhou BH, Baratta RV et al., ‘Biomechanics of increased exposure to lumbar injury caused by cyclic loading. Part 1. Loss of reflexive muscular stabilization’,
Spine, 1999, 24:2426
⁵¹ Brack AS, Rando TA, ‘Tissue-specific stem cells. Lessons from the skeletal muscle satellite cell’,
Cell Stem Cell, 2012, 10:504
⁵² Yin H, Price F, Rudnicki MA, ‘Satellite cells and the muscle stem cell niche’,
Physiol Rev, 2013, 93:23
⁵³ Doles JD, Olwin BB, ‘Muscle Stem Cells on the Edge’,
Curr Opin Genet Dev, 2015, 34:24