Symmetrie & asymmetrie.

De symmetrie in biologische structuren is van wezenlijk belang voor het functioneren. Een artikel van mij

 

Gepubliceerd in “SPORTGERICHT” vakblad voor leraren lichamelijke opvoeding.

vakblad voor training, onderwijs en wetenschap
57e jaargang – nummer 5 – oktober 2003

Leven is het ultieme voorbeeld van werkende complexiteit.

Een universele reeks van bouwregels lijkt als leidraad te dienen voor het ontwerp van organische structuren. Deze leidraad is er zowel voor eenvoudige koolstofverbindingen als voor complexe cellen en weefsels.

Een organisme (bacterie, paard of mens) ontwikkelt zich door een onnavolgbare opeenvolging van interacties. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een vast aantal verschillende componenten. Deze componenten, of subsystemen, zijn opgebouwd uit kleinere moleculaire bouwstenen, die onafhankelijk van elkaar, hun eigen dynamisch gedrag vertonen.

Een voorbeeld van het dynamisch gedrag is de mogelijkheid om chemische reacties te katalyseren.
Wanneer deze bouwstenen worden gecombineerd in een wat grotere functionele eenheid, zoals in een cel of in een weefsel, dan ontstaan echter volslagen nieuwe en onvoorspelbare eigenschappen.
Daartoe horen bijvoorbeeld ook het vermogen om te bewegen, van vorm te veranderen en te groeien.

Alle levende organismen worden gemaakt van dezelfde bouwstenen: respectievelijk gaat het om C, H,O, N en Ph. atomen. Het enige onderlinge verschil is gelegen in de positionering van bovengenoemde atomen.

 

 

Zolang er leven is op aarde past de natuur eenvoudige assemblageregels toe.
Dit gebeurt in een zich continu herhalend patroon.
Een herhalend patroon vanaf de kleinste, eenvoudige moleculaire structuren tot aan de grootste complexe weefsels. De bouwwerken worden opgebouwd met; spiralen, driehoeken, viifhoeken, zeshoeken.

Het fenomeen waarbij componenten samengaan om grotere, stabiele structuren te vormen, die nieuwe eigenschappen hebben en niet voorspelbaar zijn uit de onderdelen waaruit ze gemaakt zijn, staat bekend als het zelfassemblerend vermogen.
In het menselijk lichaam gaan grote moleculen zich samenvoegen in cellulaire onderdelen, bekend als organellen.
Cellen voegen zich samen tot organen etc.

 

Collagene draden

 

Het resultaat ervan is, dat een lichaam wordt opgebouwd als een laag na laag gestapeld systeem. Een systeem dat zelf weer een onderdeel is van een groter systeem.

 

Het bouwmateriaal Microtubuli

We weten maar weinig over het mechanisme dat de moleculaire opbouw regelt. We weten echter nog minder van het samengaan van groepen moleculen tot levende cellen en weefsels.
Van de “krachten” die in de diverse groeperingen uitgeoefend worden weten we eveneens zeer weinig.

 


Filamenten opbouw

Ingmar Heytze verwoordde het als volgt: “Atomen klitten samen om een tijdje jij en ik te zijn, totdat alles wordt herschikt.” 

Het zelf-assemblerend vermogen van de mens.

Tensegrity is een begrip dat verbonden is aan de bovengenoemde krachten. Het begrip tensegrity refereert aan een bouwsysteem uit de architectuur. Het gaat hier om een bouwsysteem waarbij het bouwwerk zichzelf stabiliseert. Dit laatste is gebaseerd op het feit dat de trekspannings- en compressiekrachten op een bepaalde wijze zijn verdeeld over het hele bouwwerk.

Tensegrity als basis voor het zelfassemblerend vermogen was al bekend voordat men de dubbele helix-opbouw van het D.N.A
op het spoor kwam. Het begrip is een samenvoeging van de Engelse woorden: Tension en Integrity.

Tensegrity eigenschappen.

Tensegrity structuren hebben enkele kritische eigenschappen gemeen:

1. Tensegrity structuren zijn mechanisch stabiel.
Niet vanwege de stabiliteit van de onderdelen, maar vanwege
de structuur van het gehele bouwwerk.
2. Trek- en drukkrachten worden over de héle structuur verdeeld.
Het bouwwerk vindt daardoor zijn eigen balans
3. Een toename in spanning in een bepaald deel, resulteert in een
toename van de spanning in andere delen.
Dit gebeurt zelfs in de tegenoverliggende onderdelen.
Deze alles omvattende toename in trekspanning wordt in
evenwicht gehouden door een toename van compressie in de
steunbalken !
4.Trekspanning (energie) verplaatst zich over de kortste afstand
tussen twee punten!
Daarom zijn tensegrity structuren uitermate precies geplaatst.
Dit om de van buitenaf komende krachten op te vangen.
Zij geven een maximum aan sterkte, gegeven de massa van het
materiaal.
5. Tensegrity vindt plaats door het hele lichaam.
Op bijna alle denkbare niveaus.

De bouwstructuren.

 

In zijn grondvorm onderscheiden we een opbouw van frames met steunbalken. Het gaat om een systeem waarbij elke balk trek- en drukkrachten kan opvangen. De balken zijn zodanig met elkaar verbonden in driehoeken, vijfhoeken of zes- hoeken, dat zij elkaar op de verbindingspunten fixeren. Daarmee bewerkstelligen ze een gewaarborgde stabiliteit.

 

 

Dit is een constructie waarbij het systeem van de spankabels de trekspanning opvangt en waarbij het systeem van de harde delen de drukkrachten verwerkt. Het geheel is te vergelijken met een tent met tentstokken en scheerlijnen. Voordat er van buitenaf kracht op dit systeem wordt uitgeoefend, is het gehele systeem al onder trekspanning en drukkracht gebracht.
(préstress of voorspanning.)

Tensegrity in het menselijk lichaam.

De ongeveer 206 menselijke botten worden bij de mens verbonden door structuren die te vergelijken zijn met spankabels.
De botten fungeren als steunbalken. De spieren, banden, kapsels e.d. als préstress spanningsdragers.

 

Een rug met schematisch enkele spankabels.

 

Op microscopisch niveau zijn het de eiwitten die samen met andere sleutelmoleculen zichzelf stabiliseren. Mensen, planten en dieren zijn geëvolueerd tegen de zwaartekracht in. Voor de anatomische bouwwijze en de mechanische basisprincipes vormt dit geen enkel probleem.
100 miljoen jaar geleden hadden we, onder vergelijkbare omstandigheden, reeds zwaardere voorgangers in het dierenrijk.

 

X miljoen jaar oud.
Allen gebouwd volgens dezelfde tensegrity bouwregels.

 

(of wel we zien hier het verschil tussen mechanica en biomechanica).
Spieren zijn zèlf regulerende kabelspanners.
Dat komt in de bouw niet voor.
Spieren zijn zowel effector (veroorzaken spanning),
als sensor (registreren spanning).
De sensor kan bovendien qua gevoeligheid van instelling veranderd worden. (Hierover later.)

Een intrafusale, zichzelf regulerende sensor, die via de extrafusale spieren tevens effector is. De regulatie van de spierspanning vindt op diverse neurologische niveaus plaats. Via de feedbacklus van het extrafusaal spierweefsel, via de gamma motorische-lus naar de intrafusale spiervezels.
Zie plaatje het Y regelsysteem hieronder.

Conclusie:

Spierspanning kan dus “onbewust” opgewekt en gereguleerd worden!!!

Indien de voorspanning en het regelbereik bepaald kunnen worden door het organisme zelf, dan is de vraag:
– Wat is dan de uitgangswaarde?
– Welk referentiekader wordt er gebruikt?

De uitgangswaarde van de spierspanning wordt (net zoals in het gehele chemische en biologische regelsysteem) fundamenteel gebaseerd op: Laag energetische stabiliteit.
Dit is een grondbeginsel in de chemie en biologie. Een onnodig hoger energieniveau kost meer zuurstof en meer voedsel en bedreigt derhalve het voortbestaan.

De werking van het regulatiesysteem.

Stel er komt een energetische krachtgolf het lichaam binnen.
We springen bijvoorbeeld van een tafel. De energiegolf loopt in dit voorbeeld van caudaal naar craniaal. (Van de voeten naar het hoofd toe). De schok wordt daarbij via de tensegritystuctuur van banden, spieren en botten geabsorbeerd.

De energetische impact verloopt via de grote driehoek, vijfhoek en zeshoekstructuren naar de kleinere driehoek, vijfhoek en zeshoekstructuren. Uiteindelijk mondt het uit in de kleinste moleculaire pentagons en hexagonen.

 

Tensegrity schematisch naar dieper gelegen structuren.

Dus van buiten naar binnen en van grote veelhoeken naar de kleinere. Hierbij wordt de meeste energetische kracht geabsorbeerd door compressie van de botten.
Dit, omdat trekspanning in een tensegrity systeem ten alle tijden
wordt omgezet in compressie in de steunbalken.

Je ziet bij regelmatig grote belasting, bijv. bij gewichtheffers dat zowel in de botmassa als in de botstructuur veranderingen optreden. De energetische golf dooft in het lichaam normaliter, qua intensiteit, gelijkmatig uit. Als een golf over het strand. In steeds kleinere veelhoeken.

Een op een tensegrity structuur binnenkomende kracht verdeelt zich echter alleen dan gelijkelijk, als de afstanden van de spankabels precies gelijk zijn.
Zo niet, dan gaat 100% van de energiegolf over de kortste weg!

Als de energiegolf botst op een asymmetrische structuurlaag wat dan ?

Trekspanning wordt voortgeplant over de kortste afstand tussen twee botten. Dit verloopt volgens de alles of niets wet. Hier kiest de krachtgolf dus een bepaalde richting. Dit resulteert dan in een piekbelasting op het aankomstpunt.
Relatief gering in de kleinere structuren, relatief groot in de grotere.

Als er meerdere asymmetrieën aanwezig zijn, dan ontstaat er zelfs een enorme energetische piekbelasting op een structuur
die daar niet op berekend is.
Dit levert voor het lichaam een bedreigende situatie op. Bovenstaande situatie kan ontstaan als b.v. een bekken scheef staat. De energetische krachtsafwikkeling is dan verstoord.
De binnenkomende kracht kan niet gelijkelijk verdeeld worden.
Het systeem kan derhalve decompenseren.

 

De biomechanica behoeft een driedimensionaal model.

Je ziet bij A, dat er vijf scheerlijnen c.q. spandraden vertrekken.
Als de kracht bij A binnenkomt dan wordt deze energie,
tenminste als het model symmetrisch is, over vijf lijnen verdeeld.
Volgens de rekensom:
100% Energie gedeeld door 5 = 20 % Energie.
Het eerstvolgende station waar de energie binnenkomt krijgt derhave 20% E van de originele energie.

De energiegolf c.q. kracht die dan in de stations B 1,2,3,4,5  aankomt is 1/5 van de totale impact.
Wat ook duidelijk in het model te zien is, is dat er lijnen naar dieper gelegen balken gaan. Hierdoor kan de energie c.q. kracht in de diepere structuren mede opgevangen worden.
De energiereductie verloopt naar de kleinere hexagonen als een soort “Droste cacaobus-effect”.
In feite loopt de energie door tot op intracellulair niveau, uitmondend in de “van der Waals” krachten.

Veel van de energieopvang vindt, zoals al eerder gezegd, plaats in de botten. Bij veel kracht absorptie veranderd de dichtheid van botweefsel.
Dit is een fysiologische aanpassing.
Gewichtheffers hebben een dichtere botstructuur dan zwemmers.

Je kan na de éérste asymmetrie dus al 80% van je eerste opvangcapaciteit kwijt zijn! Station B krijgt niet 20% maar de volle 100% te verwerken. Een en ander is afhanklijk van het aantal spankabels dat in de eerste opvang participeert.
Bovendien speelt het lengte- verschil tussen de kabels een rol.
Bij een tweede asymmetrie verlies je mogelijk meer dan 96% van je originele opvangcapaciteit. (20% : 5 = 4 %
in het derde station C, etc. etc.)

Het is te vergelijken met een motorhelm.
De klap is gelijk groot met of zonder helm, echter de verdeling over het oppervlak geeft de beschermende werking.
Je krijgt geen puntbelasting.

Asymmetrieen in de diepere lagen kunnen waarschijnlijk beter gecompenseerd worden. De totale hoeveelheid energie is dan immers al sterk gereduceerd.

De reactie op een asymmetrische impact.

Het lichaam gaat zich tegen een dergelijke asymmetrische impact actief verdedigen. Station C kan niet meer verdragen dan 10%.
Het gamma motor reflex systeem verandert de lengte van de langste spankabel zodanig, dat er door de spiercontractie toch een symmetrie ontstaat. (Pseudo-symmetrie)

 

Het Y regelsysteem.

De scheerlijnen (spieren) naar de hoekpunten worden even kort gemaakt. Het is een proces van selectieve hypertonie.
(Diagnose: hamstring is te kort, is niet juist. Hij is juist actief hypertoon. De hypertonie corrigeert de  bekken – foutstand of knie-foutstand.)

 

De spieren aan de rechterkant gaan samentrekken om de scheefstand te verminderen.

Het spier verdedigingsmechanisme is niet specifiek.
Spiertonusverhoging gebeurt ook bij bijvoorbeeld eenzijdige zenuw- prikkeling. Het lichaam wordt dan als verdedigingsreactie naar de niet aangedane zijde getrokken. Bij sterke zenuwoverprikkeling, doen veel spiergroepen mee, met als gevolg dat alles als een korset wordt vastgezet. We kennen dit spierverzet “defense musculair” ook van andere situaties b.v. bij ontstekingen, bij sterke vibraties, bij koorts en bij sterke geluiden.

Spieren kunnen vele jaren hypertoon zijn, met als gevolg:

– de aanhechtingsplaatsen (origo en insertieplaatsen)
(periost = botvlies) worden overprikkeld, we zien hier botgroei
optreden.
–  de spierfysiologie verandert,
botstukken komen door de spanning in een andere
(fout)stand te staan.
– Bot groeit in de richting van de trekkracht.
Deze “artrose” is op X ray aantoonbaar.

Deze botgroei is op zichzelf weer een beschermings-mechanisme!  (het verbetert de insertie) Met andere woorden het verdedigingsmechanisme zorgt voor een:

Hoog energetische, gebalanceerde pseudo-symmetrie.

Bij een langdurige hoge spierspanning, door welke oorzaak dan ook, ontstaat er een hypertone vicieuze cirkel. Door een verkeerde houding, door een scheefstand of een verdedigingsstand (door b.v. wortelprikkeling of asymmetrie) ontstaat een dergelijk abnormale spierspanning.
Deze spanning veroorzaakt prikkeling in het spierweefsel onder andere door verzuring. Via allerhande feedback mechanismen, die elkaar continu versterken en beïnvloeden ontstaat een chronische overprikkeling.

 

 

Er is geen ontspanning, slechte weefselverversing, verminderde  zuurstof toevoer. De vraag is nu, wie kan er en op welke wijze, deze vicieuze cirkel doorbreken?
Welke preventieve maatregelen zijn noodzakelijk ter voorkoming van een recidief?

Manuele geneeskunde.

Het doorbreken van de vicieuze cirkel kan alleen door een
inhibitie (-) te bewerkstelligen in het zichzelf versterkende en instandhoudende cirkel – mechanisme. Dit kan o.a. door spierverslappers. Deze werken àspecifiek en pakken niet de oorzaak aan. Het middel zal dan ook snel zijn effect verliezen.

Manuele geneeswijzen pretenderen de oorzaak aan te pakken d.m.v. het toepassen van een inhibitiereflex op de spierspoel, waarbij tevens het lichaam in balans wordt gebracht.
Indien dit op de juiste manier wordt gedaan en er eveneens de recidief voorkomende instructie wordt gegeven, is dit de meest afdoende methode. Ergens een “kraak” zetten of aan de nek trekken is niet alleen obsoleet, het is letterlijk en figuurlijk “non sense”. Massages zijn heerlijk en nooit contra- indicatief. Ze werken alleen niet causaal.
Dit laatste geldt ook voor warmteapplicatie, saunagebruik e.d.

Uit het icosahedron model is begrijpelijk te maken dat fout- standen hun invloed kunnen doen gelden op verderweg gelegen delen. Prof.Karl Lewit stelde, op het schoudercongres in Eindhoven (2002), dat een schouderprobleem kon ontstaan door een fout in de bekkenstand of een fout in de heupstand. Door de spanning op de buikwand te verhogen, middels een korset, kon de patiënt haar schouder weer bewegen. Het korset zorgde voor herstel van de spannings- integriteit.

Het is moeilijk voor te stellen dat een fout in de heupstand aanleiding is voor schouderklachten. Makkelijker is het voor te stellen dat als de voorpaal van een tent scheef staat, het tentzeil achter niet goed zit. Correcties met de scheerlijnen helpen wel iets maar niet afdoende. Artsen en therapeuten zoeken de oorzaak meestal daar waar het pijn doet. Dit ligt voor de hand, maar het blijkt vaak niet te kloppen.

Gecompenseerde asymmetrieen geven vaak aanleiding tot klachten ergens anders in het lichaam. Ze zijn meestal de oorzaak van de vicieuze dysfunctie-cirkel. De klachten kunnen schijnbaar plaatsvinden tot op orgaanniveau toe.
De vraag is: zijn dat, door het geprikkelde zenuwweefsel, sensaties die naar het orgaan verwijzen of doet het orgaan daadwerkelijk mee? Een “spanningsfout” van thoracaal 4, geeft regelmatig aanleiding tot hartkloppingen, die bij houdings- verandering kunnen veranderen. Het orgaan doet hier dus wel degelijk mee.
Een tweede vraag die je kunt stellen heeft betrekking op duur van het effect. Dit is moeilijk te beantwoorden. De spierspanning die inwerkt op de wervels en andere botstukken verandert in de tijd. Soms snel, soms pas na jaren. Soms zijn wervels eenvoudig te resetten, soms lukt dat niet. Soms reversibel en soms irreversibel
(scoliose!!).

 

 

scoliose.

Bij scoliose zie je zelfs dat het witte dynamische spierweefsel in de rug (convexe zijde) omgezet wordt in rood spierweefsel. Dit is een aanpassing om langdurige spanningen aëroob te kunnen volhouden. (Guyton, Medical Physiology)

Een fout staand sleutelbeen geeft vaak maagklachten, een fout staande atlas, duizeligheid en oorsuizen. Een bekkenverwringing pseudo-radiculaire uitstraling in het been etc.
De vraag voor velen van ons is, of dit soort inzichten op korte termijn zal leiden tot andere opvattingen in de geneeskunde?
Een Engelse zeekapitein meldde reeds rond 1500 dat het eten van citrusvruchten scheurbuik kon voorkomen. Toch heeft het 250 jaar geduurd voor men het algemeen accepteerde.

Na een langdurige asymmetrische stand zal na correctie enige tijd nodig zijn voor herstel.
Oefeningen en spiertraining hebben in deze fase géén zin.
Net zo min spiertraining geen zin heeft bij een verstuikte enkel of een geïrriteerde zenuw. Pas indien het herstel van zenuwweefsel, kapsels een feit is, is spierversterking, ter voorkoming van een recidief, zinvol. Onbelaste training b.v. zwemmen kan nooit kwaad. Ook al kan dat zelfs pijnlijk zijn.

Verantwoording.
De opvattingen die in dit artikel zijn weergegeven zijn niet gebaseerd op een strikt wetenschappelijke verantwoorde zienswijze. Het is eerder een vorm van fenomenologie, gebaseerd op kritische waarnemingen uit de praktijk, onderdelen uit de wetenschap, analyses vanuit een duidelijk andere invalshoek en door het combineren van allerlei gegevens. Het concept heeft volgens mij wel een hoog waarschijnlijkheidskarakter. Het heeft interessante consequenties voor zowel de sportgeneeskunde als de manuele- geneeskunde.
Literatuur:

1. The Architecture of Life, D.E.lngber, scientific American, Jan.
1998, P.30-39 On Growth and Form. Revised edition.
D’Arcy W.Thopson. Canbridge University Press, 1942 (reprited
1992)
2. Movement and Self-control in Protein Assemblies.
D.L.D.Caspar, In Biophysical Journal. Vol.32, no 1
Page 103 -138; October 1980
3. Cellulair Tensegrity, Defining
New Rules of Biological Design That Govern The Cytoskeleton.
D.E.lngber in Journalof Cell Sclence, Vol.’04, No.3, pages
613.627; March 1993.
4. Geometric Control of Cell Life and Death, C.Schen e.a. in
Science, VOL.276, pages 1425-1428 May 30, 1997 S.
5. Tensegrity, The Architectural Basis of Cellulair
Mechanotransduction. D.Ingber in Annual Review of
Physiology, Vol 59, pages 575.599; 1997
6. Synergetics. R.B.Fuller. New Vork, Mc. Millian 1975; 104,
354.355, 372.420 The icosahedron as the three- dimensional
finite element in biomechanica I support. S.M.Levin
Society of General SystemsResearch, 1986, page G14-G26
7. First supraspinal control of mammalian muscle spindies extra-
and intrafusal coactvation, R.Granit e.a. in Journalof Physiology,
(London), ‘47’ 385,1959
8. Receptor Function of the Muscle spindie. Textbook of Medical
Physiology, AC.Guyton,Saunders Company
9. The innervation of the knee joint.Freeman, Wyke. An anatomical
and histological study in the cat. Journal of Anatomy
(London) 101 (1967) pag.505.
10. Neurphysiology der Gelenke und der Musculatur. Manuelle
Medizin, Dvorak & Dvorak, Thieme Verlag.
11. Geschichte der Manuelle Medizin. A.Cramer, e.a. Springer
Verlag Manuelle Medizin, Diagnostik. Dvorćk & Dvorćk,
Thieme Verlag.
12. Van Quantum tot Quark. Inleiding tot de quantummechanica,
golven en deeltjes. G.’t Hooft. Teleac, 1989