Waarom Krachttraining een Doodlopend Spoor is

Deel 3: De kracht-snelheidsmythe

Also available in English

Credit: Kirby Lee voor USA TODAY Sports, CC-By

In het vorige deel hebben we al gezien dat er waarschijnlijk niet zoiets is als pure spierkracht: de kracht van een spier verschilt per taak. Gelukkig lijken de meeste krachttrainers dan ook niet echt meer geïnteresseerd in de kracht van geïsoleerde spieren. Het zou immers functioneler zijn om in ketens te werken.

Toch laten veel trainers (en wetenschappers) zich leiden door een eigenschap van geïsoleerde spieren: de kracht-snelheidsrelatie. Is dat niet gek? Pak er aan drankje bij en ga er eens goed voor zitten, want dit is me nogal een verhaal!

De kracht-snelheidsrelatie voor dummies

De kracht-snelheidsrelatie komt in essentie op het volgende neer: hoe sneller een spier verkort, hoe minder kracht zij kan leveren (zie rode lijn in afbeelding hieronder). Dit is vrij intuïtief. Als je een biceps curl doet met een klein gewicht kan je deze probleemloos omhoog knallen, terwijl je een groot gewicht net aan in beweging kan krijgen.

Verschillende trainingsvormen hebben verschillende effecten op de kracht-snelheidsrelatie (rode lijn = vóór training; aangepast uit (1)).

Volgens bovenstaande afbeelding heeft een spier dus wel degelijk een bepaalde maximale kracht of om vollediger te zijn, een bepaald kracht-snelheidsprofiel. Dit is niet alleen leuk voor Triviant, want in de praktijk zouden we er ook wat mee kunnen. Door op de juiste manier te trainen kunnen we de kracht-snelheidsrelatie namelijk omhoog schuiven (1,2). Dat betekent meer kracht bij dezelfde snelheid (en mogelijk zelfs een grotere maximale snelheid).

Hierbij is het zo dat je met name beter wordt in het bereik waarin je traint. Als je met zwaardere gewichten traint, zul je vooral meer kracht kunnen leveren bij lagere snelheden (zie blauwe lijn), terwijl je met lichtere gewichten meer ‘snelkracht’ zal kunnen leveren (zie groene lijn). Maar hoe je ook traint, er is altijd een belangrijke bonus: de curve blijft te allen tijde een vloeiende lijn. Het trainen met zware gewichten zou je op den duur dus ook explosiever maken. Hoezo “krachttraining is een doodlopend spoor”?!

Een korte geschiedenis

Laten we bij het begin beginnen: waar komt deze kracht-snelheidsrelatie vandaan? Welkom in 1938! Nobelprijswinnaar Archibald Vivian Hill — A.V. voor vrienden — draaide een kikker de nek om (arme kikker!) en sneed er een beenspier uit om er vervolgens een serie experimenten mee te doen (3).

De kracht-snelheidsrelatie van de spier bepaalde hij door er verschillende gewichten aan te hangen en er steeds een elektrische stroom doorheen te jagen (zie onderstaande figuur). Hij zorgde er bovendien voor dat de spier op maximale voorspanning was voordat deze kon verkorten. Zodra hij de spier los liet, kon deze dus maximaal snel verkorten; zie het als een soort katapult.

Het ‘quick-release’ experiment van A.V. Hill, maar ik bemoei niet (aangepast uit (4)).

Op deze manier kwam hij aan een hele reeks datapunten, waar hij vervolgens een mooie curve doorheen kon trekken. En wat bleek nu? Hoe zwaarder het gewicht was, hoe langzamer de spier verkortte. De kracht-snelheidsrelatie is geboren!

Van kikkers naar mensen

Afgezien van het feit dat wij geen kikkers zijn, zul je waarschijnlijk inzien dat dit een behoorlijk onnatuurlijke situatie was. Gelukkig besloot een aantal wetenschappers daarom om deze relatie ook bij levende mensen te testen (5). Helaas reageren de meeste mensen er niet zo heel goed op wanneer ze onder spanning gezet worden, dus een andere aanpak was nodig.

De oplossing? Deelnemers die écht hun best doen en isokinetische apparaten (zie onderstaande video). Deze apparaten zorgen ervoor dat je (nagenoeg) de hele beweging met een van tevoren ingestelde snelheid uitvoert. Hiermee kun je dus per snelheid de maximale kracht bepalen. En zo kun je dus wederom een serie datapunten verkrijgen om er vervolgens een lijn doorheen te trekken. Het moet onze geluksdag zijn, want deze lijn lijkt opvallend veel op die van Hill!

Een isokinetische leg extension

Een kleine kanttekening is dat bij isokinetische experimenten altijd meerdere spieren tegelijk actief zijn, terwijl Hill toch echt geïsoleerde spieren bekeek. Maar gezien het feit dat de lijnen heel goed overeenkomen, maakt dit de case voor het toepassen van de kracht-snelheidsrelatie dus eigenlijk alleen maar sterker!

FYI: Vlak na de Tweede Wereldoorlog is er een — op z’n minst — bijzonder onderzoek uitgevoerd waarin er geëxperimenteerd werd met werkelijk(!) geïsoleerde spieren bij levende mensen (6). Dit was mogelijk door de ingrijpende operaties die ze hadden ondergaan; vermoedelijk waren het oorlogsslachtoffers. En ook hier kwam de bekende kracht-snelheidsrelatie uit tevoorschijn.

En toen ging het mis…

Het moment van de waarheid: bepaalt deze — toch wat kunstmatig bepaalde — spiereigenschap ook hoe natuurlijkere bewegingen verlopen? Voor de duidelijkheid, met “natuurlijkere bewegingen” bedoel ik bewegingen waarbij meer dan één gewricht betrokken is: rennen, springen, duwen, trekken, etc. Alias, complexe bewegingen. Zo ja, dan zijn we hier klaar en moeten we snel naar de gym om aan ons kracht-snelheidsprofiel te gaan werken! Zo nee, dan moeten we (helaas) nog even verder kijken.

Ik zal het antwoord alvast verklappen: nee. Het kan ook nooit simpel, hè? Toegegeven, bij veel complexe bewegingen vind je — net als bij de curve van Hill — dat een toename in snelheid samenhangt met een afname in kracht (7–11). Maar in onderstaande afbeelding kun je ook zien dat de lijn veel rechter is dan de oorspronkelijke curve. Quasi-lineair versus hyperbool, om er een paar mooie termen uit te gooien.

Bij complexe bewegingen is de kracht-snelheidsrelatie veel rechter dan de Hill-curve voor geïsoleerde spieren (aangepast uit (12)).

Hoe kan dit? In bewegen bestaat een paradox: we bewegen ons lichaamszwaartepunt of onze handen/voeten doorgaans in een rechte lijn, maar moeten hiervoor lichaamssegmenten draaien (13). Maak maar eens een duwbeweging en kijk naar de beweging van je hand, onderarm en bovenarm. Deze transformaties van rotaties naar translatie — alias segmental dynamics — verklaren voor een belangrijk deel waardoor de kracht-snelheidsrelatie bij complexe bewegingen afwijkt van de bekende Hill-curve (12).

Op zichzelf vertonen spieren weliswaar nog altijd de Hill-curve, maar door de segmental dynamics draagt hun kracht steeds minder bij aan de kracht van de totaalbeweging naarmate deze steeds sneller wordt. Simpeler gezegd: als je een explosieve squat doet, leveren je spieren aardig wat kracht, maar gaat relatief veel daarvan ‘verloren’. Dit komt door de segmental dynamics die daar in het spel zijn.

Extrapolatie extravaganza

Toch gaan veel trainers en onderzoekers ervan uit dat de kracht-snelheidsrelatie die ze vinden bij complexe bewegingen vooral wordt bepaald door de intrinsieke kracht-snelheidsrelatie of contractiele capaciteit van spieren. Zo zou de kracht-snelheidsrelatie bij jump squats voornamelijk afhangen van de contractiele capaciteit van beenspieren (14,15). Door de oefening alleen al uit te voeren met een diepere of juist minder diepe kniebuiging, kunnen de exacte kracht-snelheidswaarden echter al behoorlijk van elkaar verschillen (16,17). Kun je nagaan wat er zou gebeuren als je verschillende vormen van springen, rennen, schoppen, etc. met elkaar gaat vergelijken… Deze verschillen zitten hooguit ten dele in de contractiele capaciteit van spieren; segmental dynamics spelen waarschijnlijk een (veel) belangrijkere rol (12,16).

Het is weliswaar verleidelijk om fenomenen als de kracht-snelheidsrelatie te extrapoleren voorbij hun oorspronkelijke context, maar dit blijkt zelden gerechtvaardigd. Als we complexe bewegingen daadwerkelijk willen begrijpen, moeten we (onder andere) zien te achterhalen hoe het centraal zenuwstelsel rekening houdt met segmental dynamics bij het coördineren van deze bewegingen (18). Dit zal een monumentale klus worden, maar zeker is dat een precieze aansturing van zogenaamde bi-articulaire spieren, zoals de hamstrings, hierbij cruciaal is (13,19).

Dus?

Mijn punt: het verbeteren van kracht-snelheidswaarden in een oefening/beweging leidt niet automatisch tot verbetering van deze waarden in een doelbeweging, zelfs als daarbij dezelfde spieren betrokken zijn. De output (kracht, snelheid, vermogen, etc.) bij een complexe beweging is immers sterk afhankelijk van de specifieke aansturing van betrokken spieren (zie ook deel 2). Het advies om te zorgen voor “stresses that allow for a more complete adaptation to occur across the entire force-velocity curve” (20) is dan ook een leeg advies.

FYI: Ondanks dit alles is er bewijs dat het kracht-snelheidsprofiel van een sporter op een jump squat zeer waardevol kan zijn voor het programmeren van sprongtraining (21). Dit betekent echter niet dat dit profiel fundamentele waarde heeft; hij dient in principe dan ook alleen binnen de specifieke context van tweebenig verticaal springen gebruikt te worden. Daar zou hij voor de praktijk wel eens ‘the best we have’ kunnen zijn, maar we moeten dus veel verder blijven zoeken als we prestaties echt willen begrijpen.

Een reddingslijn voor krachttraining?

Toch kunnen sterkere spieren in theorie wel degelijk zorgen voor betere prestaties in een totaalbeweging. De nadruk ligt hier op “kunnen”, want hiervoor is een nieuwe aansturing essentieel; als de aansturing hetzelfde als voorheen blijft, gaan de prestaties zelfs achteruit. Zo zou een toename van 10% in de kracht van kniestrekkers met een nieuwe, optimale controle leiden tot een toename in spronghoogte van 1 cm; met de controle die voorheen optimaal was, zou dit echter leiden tot een afname in spronghoogte van maar liefst 7 cm (22)!

Dit betekent echter nog niet dat we (periodiek) moeten proberen om ‘pure’ spierkracht te trainen. Zelfs op spierniveau is denken vanuit de kracht-snelheidsrelatie namelijk misleidend. Zo is het verleidelijk om te denken dat tijdens een sprongafzet de kniestrekkers snel verkorten en dus relatief weinig kracht leveren. In werkelijkheid verkorten hun spiervezels echter nauwelijks en leveren deze dus veel kracht (23). Hiermee brengen ze hun pezen op aanzienlijke spanning, die ze in de eindfase van de beweging abrupt vrijgeven; zie het als een katapulteffect. En kniestrekkers (althans, de meeste) zijn als mono-articulaire spieren nog relatief eenvoudig; wat er in bi-articulaire spieren gebeurt is nog moeilijker om in te schatten.

Wanneer we spierkracht proberen te trainen met hooguit de kracht-snelheidsrelatie in ons achterhoofd, gaan we dus voorbij aan allerlei structurele en coördinatieve aspecten. Isokinetische training is hiervan het ultieme voorbeeld: ze zorgt weliswaar voor snelheidspecifieke verbetering op isokinetische taken (24,25), maar in de praktijk hebben we gemerkt dat dit niet of nauwelijks iets bijdraagt aan sportprestaties. De adaptaties zijn (wederom) specifiek. Meer spierkracht in een bepaalde oefening/beweging is dus allerminst een garantie voor meer spierkracht in een doelbeweging. Wordt het patroon duidelijk? Hint: je wordt vooral goed in wat je doet. Soms is het leven gelukkig wel simpel.

FYI: Desalniettemin zien velen isokinetische testen nog steeds als een manier om ‘pure spierkracht’ te meten. Hoe problematisch deze notie is, wordt nog eens treffend onderstreept door de volgende observatie (26): “It is not only the muscular capacity to deliver power that determines the dynamics of a movement, but the movement dynamics also determine how much power can be delivered by muscles.”

Hoe graag we het ook zouden willen, menselijk presteren laat zich niet of nauwelijks in hapklare brokken vangen. Wat we meten tijdens isokinetische testen of — idealiter — Hill-achtige experimenten geeft weliswaar iets aan over de contractiele capaciteit van spiervezels, maar vertelt ons nog lang niet hoe deze tot uiting komt in ‘real life’ situaties.

Conclusie

Is het gek dat er bij krachttraining zwaar wordt geleund op de kracht-snelheidsrelatie? Nee en ja. Nee, omdat mensen van oudsher op zoek zijn naar zekerheid en overzichtelijkheid; de kracht-snelheidsrelatie is een bewezen fenomeen en biedt deze. Ja, omdat deze relatie weliswaar iets zegt over de contractiele capaciteit van een spier, maar deze — zeker in totaalbewegingen — weinig betekent zonder specifieke aansturing.

Wie de alleenheerschappij van de kracht-snelheidsrelatie nog steeds niet wil opgeven, moet zich het volgende realiseren: spieren zitten opgenomen in een informatieverwerkend systeem met talloze feedback-loops en mechanische interacties. Het zou dus een absoluut wonder zijn als deze relatie voldoende zou zijn om bewegingen te begrijpen. Het centraal zenuwstelsel speelt een sleutelrol; tijd om hem zijn troon te geven.

Praktische tips

• Leg de focus zoveel mogelijk op het verbeteren van de specifieke aansturing van belangrijke totaalbewegingen; dit is een precies en tijdsintensief proces.
• Zie isolatieoefeningen in de kern als bijzaak, maar zorg ook hier voor een serieuze mate van specificiteit; analyseer hiervoor de spierwerking in doelbewegingen.
• Kracht-snelheidsrelaties zijn slechts in zeer specifieke gevallen een potentieel waardevolle tool; het verbeteren van tweebenig verticaal springen is zo’n geval (21).

Referenties

1. Zatsiorsky, V. M. & Kraemer, W. J. Science and Practice of Strength Training. (Human Kinetics, 2006).
2. Siff, M. C. Supertraining. (2003).
3. Hill, A. V. The heat of shortening and the dynamic constants of muscle. Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences126, 136–195 (1938).
4. McMahon, T. A. Muscles, Reflexes, and Locomotion. (Princeton University Press, 1984).
5. Perrine, J. J. & Edgerton, V. R. Muscle force-velocity and power-velocity relationships under isokinetic loading. Med. Sci. Sports10, 159–166 (1978).
6. Ralston, H. J., Inman, V. T., Strait, L. A. & Shaffrath, M. D. Mechanics of human isolated voluntary muscle. Am. J. Physiol.151, 612–620 (1947).
7. Hintzy, F., Tordi, N., Predine, E., Rouillon, J.-D. & Belli, A. Force-velocity characteristics of upper limb extension during maximal wheelchair sprinting performed by healthy able-bodied females. J. Sports Sci.21, 921–926 (2003).
8. Vandewalle, H., Peres, G., Heller, J., Panel, J. & Monod, H. Force-velocity relationship and maximal power on a cycle ergometer: Correlation with the height of a vertical jump. Eur. J. Appl. Physiol. Occup. Physiol.56, 650–656 (1987).
9. Rahmani, A., Viale, F., Dalleau, G. & Lacour, J.-R. Force/velocity and power/velocity relationships in squat exercise. Eur. J. Appl. Physiol.84, 227–232 (2001).
10. Yamauchi, J., Mishima, C., Fujiwara, M., Nakayama, S. & Ishii, N. Steady-state force-velocity relation in human multi-joint movement determined with force clamp analysis. J. Biomech.40, 1433–1442 (2007).
11. Cormie, P., McCaulley, G. O. & McBride, J. M. Power Versus Strength–Power Jump Squat Training: Influence on the Load–Power Relationship. Med. Sci. Sports Exercise39, 996–1003 (2007).
12. Bobbert, M. F. Why is the force-velocity relationship in leg press tasks quasi-linear rather than hyperbolic? J. Appl. Physiol.112, 1975–1983 (2012).
13. Van Ingen Schenau, G. J. From rotation to translation: Constraints on multi-joint movements and the unique action of bi-articular muscles. Hum. Mov. Sci.8, 301–337 (1989).
14. Jaric, S. & Markovic, G. Leg muscles design: The maximum dynamic output hypothesis. Med. Sci. Sports Exerc.41, 780–787 (2009).
15. Giroux, C., Rabita, G., Chollet, D. & Guilhem, G. Optimal Balance Between Force and Velocity Differs Among World-Class Athletes. J. Appl. Biomech.32, 59–68 (2016).
16. Bobbert, M. F. Effect of unloading and loading on power in simulated countermovement and squat jumps. Med. Sci. Sports Exerc.46, 1176–1184 (2014).
17. Mandic, R., Jakovljevic, S. & Jaric, S. Effects of countermovement depth on kinematic and kinetic patterns of maximum vertical jumps. J. Electromyogr. Kinesiol.25, 265–272 (2015).
18. Bobbert, M. F. & van Ingen Schenau, G. J. Coordination in vertical jumping. J. Biomech.21, 249–262 (1988).
19. van Ingen Schenau, G. J., Pratt, C. A. & Macpherson, J. M. Differential use and control of mono- and biarticular muscles. Hum. Mov. Sci.13, 495–517 (1994).
20. Soriano, M. A., Jiménez-Reyes, P., Rhea, M. R. & Marín, P. J. The Optimal Load for Maximal Power Production During Lower-Body Resistance Exercises: A Meta-Analysis. Sports Med.45, 1191–1205 (2015).
21. Jiménez-Reyes, P., Samozino, P., Brughelli, M. & Morin, J.-B. Effectiveness of an Individualized Training Based on Force-Velocity Profiling during Jumping. Front. Physiol.7, 677 (2016).
22. Bobbert, M. F. & van Soest, A. J. Effects of muscle strengthening on vertical jump height: a simulation study. Med. Sci. Sports Exerc.26, 1012–1020 (1994).
23. Finni, T., Ikegawa, S., Lepola, V. & Komi, P. V. Comparison of force-velocity relationships of vastus lateralis muscle in isokinetic and in stretch-shortening cycle exercises. Acta Physiol. Scand.177, 483–491 (2003).
24. Coyle, E. F. et al. Specificity of power improvements through slow and fast isokinetic training. J. Appl. Physiol.51, 1437–1442 (1981).
25. Caiozzo, V. J., Perrine, J. J. & Edgerton, V. R. Training-induced alterations of the in vivo force-velocity relationship of human muscle. J. Appl. Physiol.51, 750–754 (1981).
26. de Graaf, J. B., Bobbert, M. F., Tetteroo, W. E. & van Ingen Schenau, G. J. Mechanical output about the ankle in countermovement jumps and jumps with extended knee. Hum. Mov. Sci.6, 333–347 (1987).

≪ Deel 2 | Deel 4 ≫