Soms zie je onderzoeken die je verrassen of aan het denken zetten. Het promotie-onderzoek van bewegingswetenschapper Tjerk Zult is er zo eentje. Zijn onderzoeksresultaten laten zien dat wanneer iemand zijn rechterarm traint, de linkerarm ook versterkt wordt, zelfs al bungelt hij er ontspannen bij. En als je er een spiegel bij pakt, wordt dat effect nog eens versterkt: spiegeltraining zorgt voor 27% extra toename van spierkracht bij de niet-getrainde hand. Wij waren benieuwd en vroegen Tjerk waarom hij dit onderwerp heeft gekozen en hoe je dit precies onderzoekt.
Hi Tjerk, allereerst gefeliciteerd met je PhD! Wij zijn benieuwd… Waar houd jij je op deze wereldbol allemaal mee bezig?
Hi, ik ben Tjerk en vorige maand ben ik gepromoveerd met een onderzoek naar de interactie tussen ledenmaten wanneer er krachttraining wordt uitgevoerd met één hand of been door gezonde mensen en mensen met een gereconstrueerde voorste kruisband.
Naast mijn onderzoek ben ik zelf een fanatiek atleet met de focus op sprinten en verspringen. Door mijn sportverleden waaronder jarenlang atletiek en CrossFit werd mijn interesse gewekt voor de studie Bewegingswetenschappen. Ik heb zowel mijn Bachelor als Master in Groningen gedaan om vervolgens aan een promotietraject te beginnen, wederom bij het Centrum voor Bewegingswetenschappen in Groningen. Na het succesvol afronden van mijn promotietraject in juni 2017 is het gelukt om een onderzoeksplek te bemachtigen aan de Anglia Ruskin University in Cambridge. Hier ga ik onderzoeken hoe het komt dat ouderen met visuele beperkingen twee keer zo veel kans hebben om te vallen tijdens het lopen.
Wat heb je precies onderzocht tijdens je promotietraject?
Ik heb meerdere dingen onderzocht. Namelijk welke gebieden in het brein een rol spelen bij cross-educatie, hoe het cross-educatie-effect vergroot kan worden, en of cross-educatie ook klinisch relevant kan zijn.
Het fenomeen van cross-educatie is al meer dan 100 jaar bekend en houdt in dat er een leer- of overdrachtseffect is van het getrainde ledemaat naar het niet-getrainde ledemaat waardoor bijvoorbeeld de spierkracht in beide armen toeneemt na het trainen van alleen je rechterarm. Het cross-educatie-fenomeen speelt zich voornamelijk in de hersenen af en daarom hebben wij gekeken welke structuren in het brein een rol spelen bij cross-educatie. Wij vonden dat vooral pre-motorische gebieden, verantwoordelijk voor het plannen van een beweging, en de motorische schors, verantwoordelijk voor het uitvoeren van een beweging, betrokken zijn bij cross-educatie.
Literatuuronderzoek heeft uitgewezen dat het trainen van een arm of been gemiddeld leidt tot 8% krachttoename in het niet-getrainde ledemaat. Deze krachttoename is aanzienlijk, maar zou wellicht kunnen worden vergroot door middel van spiegeltherapie. De spiegel, geplaatst tussen twee ledematen, creëert de illusie dat je beide kanten aan het trainen bent. Literatuur laat zien dat spiegeltraining het cross-educatie-effect kan vergroten voor motorische taken waarbij weinig spierkracht nodig is. Wij waren benieuwd of spiegeltraining ook werkt voor oefeningen waarbij veel spierkracht noodzakelijk is. We hebben daarom gezonde mensen drie weken lang (15 sessies) krachttraining laten doen met hun rechterarm waarbij de ene groep trainde met de spiegel en de andere groep zonder de spiegel. Na drie weken was de maximale spierkracht van de niet-getrainde linkerarm met 34% toegenomen voor de groep die trainde zonder spiegel en met 61% voor de groep die trainde met de spiegel. Spiegeltraining zorgde dus voor 27% meer cross-educatie dan training zonder een spiegel.
Cross-educatie heeft potentie om de revalidatie na een eenzijdig letsel te versnellen. Bijvoorbeeld na een beroerte waarbij een zijde van het lichaam vaak is aangedaan, of na een orthopedische blessure zoals een gebroken arm/been of afgescheurde voorste kruisband. Echter, er zijn nog maar heel weinig klinische cross-educatiestudies uitgevoerd. Daarom hebben wij onderzocht of cross-educatie, toegevoegd aan het standaard revalidatieprogramma na een voorstekruisbandreconstructie, kan bijdragen aan een sneller herstel. Wij hebben helaas niet kunnen aantonen dat extra krachttraining met het gezonde been het herstel van het geopereerde been kan bevorderen. Dit komt wellicht doordat de revalidatie zich volledig richt op het geopereerde been en het cross-educatie-effect daardoor te klein is om een significante bijdragen te leveren aan het herstel. Daarnaast lopen patiënten de eerste vijf weken na de operatie veel op krukken waardoor het gezonde been automatisch al veel belast wordt en er een ‘natuurlijk’ cross-educatie-effect plaatsvindt.
Hoe ben je op het idee gekomen om dit te onderzoeken?
Spiegeltherapie werd al bij patiënten met een beroerte toegepast, waarbij het trainen van de niet-aangedane zijde leidt tot verbeterde functie en sneller herstel van de aangedane zijde. De training bij deze patiënten bestond uit oefeningen die weinig kracht vergden en wij waren benieuwd of spiegeltherapie ook werkt voor krachttrainingspecifieke oefeningen. Daarnaast wilden we weten of cross-educatie ook voor andere patiëntgroepen van toegevoegde waarde kan zijn en daarom hebben wij het cross-educatie effect onderzocht bij patiënten na een voorstekruisbandreconstructie.
Gaat het hier om spieractivatie of ook om een toename van spiermassa?
Het gaat hier met name om een verbeterde aansturing vanuit de hersenen. De cross-educatietraining zorgt ervoor dat de neurale output vanuit de hersenen via het ruggenmerg naar de spier verbetert, waardoor iemand in staat is om meer kracht te leveren na een aantal weken training. Verschillende cross-educatiestudies bij gezonde mensen hebben dit al aangetoond en laten ook zien dat er geen sprake is van hypertrofie. Deze studies zijn veelal kortdurend (3 tot 6 weken) en aangezien hypertrofie bij krachttraining pas rond de vijfde trainingsweek optreedt, is het logisch dat het primaire mechanisme van cross-educatie een verbeterde aansturing is.
Echter, studies met een meer klinische invalshoek laten zien dat cross-educatie wel degelijk een effect kan hebben op spiermassa. Gezonde mensen lieten hun linkerarm vrijwillig drie weken in het gips zetten waarbij de cross-educatiegroep krachttraining bleef doen met de rechterarm terwijl de controlegroep niet trainde. Na drie weken bleek de cross-educatiegroep geen verlies te hebben van spiermassa en spierkracht, dit was wel het geval voor de controlegroep. Dit duidt erop dat cross-educatie niet leidt tot een toename van spiermassa bij gezonde mensen, maar wel kan voorkomen dat de spiermassa afneemt wanneer een ledemaat niet getraind kan worden vanwege een blessure.
Is er een verklaring voor het cross-educatie-effect?
Er zijn twee theorieën die het cross-educatie-effect kunnen verklaren en hierbij is het belangrijk om te weten dat de rechter hersenhelft verantwoordelijk is voor het aansturen van de linker lichaamszijde en dat de linker hersenhelft de rechter lichaamszijde aanstuurt. De theorie van ‘bilateral access’ zegt dat het trainen van je rechterarm of -been leidt tot veranderingen in het geheugenspoor dat op een centrale plek in het brein ligt opgeslagen. Zowel de linker- als rechterhersenhelft kunnen een beroep doen op dit geheugenspoor waardoor de spierkracht aan beide lichaamszijden toeneemt. De ‘bilateral activation’-theorie gaat ervan uit dat tijdens het trainen van je rechterarm/-been zowel het geheugenspoor in je linker als rechter hersenhelft verandert waardoor je met beide kanten meer kracht kunt leveren. Er is geen unaniem bewijs dat een theorie waar is, dus hoogstwaarschijnlijk is het een combinatie van de twee theorieën die leiden tot het cross-educatie-effect.
Hoe kan dit toegepast worden bij de revalidatie van patiënten?
Eigenlijk kan cross-educatie-training met en zonder spiegel toegepast worden bij heel veel verschillende patiëntgroepen waarbij een zijde van het lichaam is aangedaan en het trainen van deze aangedane zijde niet of nauwelijks mogelijk is. Hierbij kan worden gedacht aan neurologische aandoeningen als een hersenbloeding en Multiple Sclerose (MS) en orthopedische aandoeningen zoals een gebroken arm of been en reconstructie van een voorste kruisband. Echter, is er nog maar weinig bekend over de klinische relevantie van cross-educatie, dus toekomstig onderzoek moet uitwijzen wat de meerwaarde van cross-educatie kan zijn voor deze verschillende patiëntgroepen.
Wordt deze behandelmethode al door fysiotherapeuten en huisartsen gebruikt?
Nee, helaas nog niet en dit komt mede doordat er nog te weinig onderzoek is gedaan naar de klinische relevantie van cross-educatie. Persoonlijk denk ik dat cross-educatie vooral van toegevoegde waarde kan zijn bij het herstel van aandoeningen waarbij de aangedane zijde helemaal niet getraind kan worden. Je ziet bijvoorbeeld dat 6 weken volledige rust wordt geadviseerd na een been- of armbreuk. Door gelijk na het ingipsen te beginnen met het trainen van de niet-aangedane zijde kan het herstel mogelijk worden bespoedigd en spiegeltherapie zou in theorie het herstel nog verder kunnen versnellen.
Waar moet je de spiegel plaatsen?
De spiegel moet tussen de twee ledematen in geplaatst worden en het ledemaat waarop het spiegelbeeld geprojecteerd wordt moet zo min mogelijk zichtbaar zijn… Verder is het belangrijk om sieraden te verwijderen, omdat het zien en voelen van bijvoorbeeld een horloge aan een kant een negatieve invloed heeft op de echtheid van de illusie.
Wat verwacht je van toekomstig onderzoek?
Dat er meer klinische studies over dit onderwerp gaan plaatsvinden om te kijken of cross-educatie met en zonder spiegel van meerwaarde kan zijn in de revalidatie van eenzijdige aandoeningen. Daarnaast zal een andere tak van onderzoek zich gaan richten op de onderliggende mechanismen van cross-educatie en dan met name welke andere hersenstructuren dan de primaire motorische schors bijdragen aan cross-educatie en hoe deze hersenstructuren met elkaar communiceren (witte stofbanen).
Heel ander onderwerp… Maar nu we toch met een deskundige bewegingswetenschapper in gesprek zijn, hebben we 1 lastige, maar interessante vraag: het is bekend dat de kracht van de twee ledematen groter is wanneer ze afzonderlijk worden getest dan wanneer deze gezamenlijk worden getest. De zogenaamde “bilateral deficit” is hierbij het verschil tussen de gesommeerde kracht van twee ledematen onafhankelijk en de kracht van de ledematen gezamenlijk. Wat verwacht je van de toepassingen van deze “bilateral deficit” op het gebied van krachttraining en hypertrofie? Zou je meer spiermassa en spierkracht kunnen opbouwen met unilaterale oefeningen dan met bilaterale oefeningen?
Er is twijfel in de literatuur of “bilateral deficit” bestaat en of je meer spiermassa en kracht zou kunnen opbouwen met unilaterale dan bilaterale oefeningen. Een recente studie laat zien van niet. Zij lieten ongetrainde vrouwen 12 weken lang (2 trainingen per week) krachttraining doen waarbij een groep unilateraal trainde en de andere groep bilateraal. Na 12 weken lieten beide groepen evenveel toename zien in spiermassa en spierkracht (zowel unilateraal als bilateraal). Opmerkelijk was dat er geen “bilateral deficit” aanwezig was voordat de vrouwen begonnen met trainen, maar dat de groep die unilateraal trainde wel een “bilateral deficit” liet zien na afloop van het trainingsprogramma waarbij de bilaterale trainingsgroep juist “bilateral facilitation” liet zien. Dit duidt erop dat het aanwezig zijn van een “bilateral deficit” samenhangt met de manier van trainen (unilateraal vs. bilateraal). Oftewel, je wordt beter in dat wat je vaak doet.
