Nooit meer sportblessures?
Augustus 2025, een oefenmatch tussen Napoli en Olympiakos. Romelu Lukaku, de topspits van Napoli, krijgt een pass van een ploegmaat op het middenveld. Hij stormt naar voren, dribbelt langs drie tegenspelers en ziet dat de keeper de linkerhoek van het doel onbeschermd laat. Het publiek voelt wat er kan gebeuren en houdt de adem in. Lukaku maakt zich klaar voor een verwoestend schot … Maar, hij valt plots en grijpt met een grimas naar zijn linker bovenbeen. Het noodlot sloeg toe bij Lukaku. Hij maakte een foute beweging en scheurde daardoor zijn quadriceps. In plaats van doelpunten te vieren, wacht hem een revalidatie van minstens drie maanden, de langste uit zijn carrière.
Niet alleen topsporters zoals Romelu Lukaku, maar ook recreatieve sporters moeten soms noodgedwongen rust nemen omdat ze een blessure hebben opgelopen door overbelasting of een verkeerde beweging hebben gemaakt. Niets is zo frustrerend als opbouwen naar een doel, maar dan in de lappenmand te belanden. Vandaag kunnen we echter de belasting tijdens het sporten op ons
lichaam nog niet accuraat meten, om met die informatie blessures te voorkomen.
Of toch wel? Dankzij een slimme sportbroek van het bedrijf Skinetix, die deels ontwikkeld werd in mijn scriptie, komt die droom dichterbij dan ooit. Het zou weleens een kantelpunt kunnen zijn in de sportwereld. De wetenschap achter deze sportbroek wordt uitgelegd in dit artikel. Alvast een tipje van de sluier: het heeft te maken met elastiekjes, reactiekrachten en appels …
Sporten zet het lichaam onder druk (en trek)
Om te begrijpen hoe deze sportbroek werkt, moeten we eerst uitleggen hoe blessures ontstaan. Sporten is namelijk een zware inspanning voor het lichaam. Bij elke beweging vangen onze spieren, pezen en gewrichten een impact op. Onze weefsels worden dan afwisselend samengedrukt en uitgerekt, net zoals een elastiekje. Een sterk elastiekje kan veel vervormen, maar een versleten exemplaar zal knappen bij de kleinste verandering. Op dezelfde manier zullen bij een juiste trainingsbelasting de weefsels zich aanpassen aan de impact van de beweging, waardoor ze die beter kunnen weerstaan. Zo zorgen de weefsels ervoor dat de spieren sterker worden en dat we een bepaalde inspanning langer kunnen volhouden. Dat is het positieve effect van sporten! Maar, bij te veel of te weinig training gebeurt het omgekeerde: de weefsels verzwakken en het risico op blessures neemt toe. Sporters weten echter vaak niet weten wanneer ze “te ver” gaan, waardoor ze blessures oplopen.
“If it is not in the ground reaction force, it did not happen”
Net zoals we de werking van het hart meten aan de hand van onze hartslag, gebruiken sportwetenschappers de grondreactiekracht als maatstaf om de belasting van sporten op onze weefsels te meten. Of iemand nu wandelt, loopt of springt, telkens wanneer een persoon zich afzet tegen de grond om voort te bewegen, duwt de grond met evenveel kracht terug. Deze kracht heet de grondreactiekracht. Het is de grondreactiekracht die bepaalt hoeveel belasting het lichaam te verduren krijgt en voor spierpijn zorgt!
Tot nu toe konden we de grondreactiekracht alleen meten in gespecialiseerde labo’s met peperdure apparatuur. Dat is niet praktisch voor alledaagse sporters. De slimme sportbroek brengt daar verandering in, door het mogelijk te maken om de grondreactiekracht overal, continu en goedkoop te meten. In de broek zijn kleine sensoren verwerkt die de versnelling meten tijdens een beweging. Er zitten bijvoorbeeld sensoren ter hoogte van de dijen en kuiten. Daarna is een biomechanisch model nodig om met de metingen van de sensoren de grondreactiekracht te berekenen. Dat is niet eenvoudig, want de grondreactiekracht verandert bijvoorbeeld door de beweging, ondergrond, sportschoenen, lichaamsbouw… We willen dus de berekening van de grondreactiekracht zo accuraat mogelijk maken in vergelijking met de gespecialiseerde apparatuur. Welk biomechanisch model maakt de sportbroek dan zo slim?
Het geheim van de sportbroek
Het geheim van de slimme sportbroek schuilt in een wet, waarvan je waarschijnlijk al eens hebt gehoord: de tweede wet van Newton. Newton bedacht deze wet toen een appel op zijn hoofd viel. Na eens goed gevloekt te hebben, realiseerde hij zich dat de buil op zijn hoofd ontstond door de kracht van de 
vallende appel, en dat die gelijk moest zijn aan de massa van de appel vermenigvuldigd met zijn versnelling. In mijn scriptie gebruikte ik de tweede wet van Newton om de gemeten versnellingen van de broek om te zetten naar krachten.
Stel je voor dat het lichaam bestaat uit appels in plaats van lichaamsdelen. Elke sensor in de sportbroek meet hoe zo’n “appel” versnelt. Wanneer we de massa van elk lichaamsdeel vermenigvuldigen met de versnelling van de corresponderende sensor, dan is het resultaat de kracht op elk lichaamsdeel. Tel al die krachten op, en je krijgt de grondreactiekracht!
Toekomstmuziek?
Door de grondreactiekracht te meten tijdens het sporten, kan de sportbroek de totale belasting van een trainingssessie op het lichaam berekenen. Op die manier kunnen we trainingen op een slimme manier opbouwen en blessures vermijden voor ze ontstaan. Coaches zullen hun atleten beter kunnen opvolgen, en kinesitherapeuten zullen gerichter revalidaties kunnen begeleiden. Op termijn zal ook de belasting op het zorgsysteem afnemen, want sporters worden geholpen om anders en beter te trainen. Niet alleen krachtiger, sneller of langer, maar ook gezonder.
Uiteraard staat de ontwikkeling van deze slimme sportbroek nog in zijn kinder(sport)schoenen. Het model uit mijn scriptie om de grondreactiekracht te berekenen kan verder verbeterd worden, maar de eerste resultaten zijn alvast veelbelovend. Misschien staat over enkele maanden wel het volgende artikel in de krant …
Juli 2026, WK-finale België tegen Frankrijk. Romelu Lukaku staat opnieuw op het veld na zijn blessure. Hij denkt nog even terug aan de voorbije maanden. Dankzij een sportbroek met sensoren kon hij tijdens de revalidatie van zijn gescheurde quadriceps de trainingen perfect opbouwen, en is hij weer in topvorm. Hij wordt abrupt in het moment gebracht door Kevin De Bruyne, die hem een pass geeft. Als vanouds stormt hij naar het doel … En scoort!
Bibliografie
J. Vanrenterghem, N. Nedergaard, M. Robinson, and B. Drust, “Training load monitoring
in team sports: A novel framework separating physiological and biomechanical
load-adaptation pathways,” Sports Medicine, vol. 47, pp. 1–8, 11/2017. doi: 10.1007/
s40279-017-0714-2.
[2] J.Verheul, N. J. Nedergaard, J. Vanrenterghem, and M. A. Robinson, “Measuring biomechanical
loads in team sports – from lab to field,” Science and Medicine in Football, vol. 4,
no. 3, pp. 246–252, 07/2020. doi: 10.1080/24733938.2019.1709654.
[3] A. Karatsidis, G. Bellusci, H. Schepers, M. D. Zee, M. Andersen, and P. Veltink, “Estimation
of ground reaction forces and moments during gait using only inertial motion
capture,” Sensors, vol. 17, no. 1, 12/2016. doi: 10.3390/s17010075.
[4] K. P. Clark, L. J. Ryan, and P. G. Weyand, “A general relationship links gait mechanics
and running ground reaction forces,” Journal of Experimental Biology, vol. 220, no. 2,
pp. 247–258, 01/2017. doi: 10.1242/jeb.138057.
[5] R. Blickhan, “The spring-mass model for running and hopping,” Journal of Biomechanics,
vol. 22, no. 11, pp. 1217–1227, 01/1989. doi: 10.1016/0021-9290(89)90224-
8.
[6] J. Verheul, N. J. Nedergaard, M. Robinson, et al., “Biomechanical loading during running:
Can a two mass-spring-damper model be used to evaluate ground reaction forces for
high-intensity tasks?” Sports Biomechanics, vol. 20, no. 5, pp. 571–582, 07/2021. doi: 10.
1080/14763141.2019.1584238.
[7] P. D. Leva, “Adjustments to zatsiorsky-seluyanov’s segment inertia parameters,” Journal
of Biomechanics, vol. 29, no. 9, pp. 1223–1230, 09/1997. doi: 10.1016/0021-
9290(95)00178-6.
[8] J. Verheul, W. Gregson, P. Lisboa, J. Vanrenterghem, and M. A. Robinson, “Whole-body
biomechanical load in running-based sports: The validity of estimating ground reaction
forces from segmental accelerations,” Journal of Science and Medicine in Sport, vol. 22,
no. 6, pp. 716–722, 06/2019. doi: 10.1016/j.jsams.2018.12.007.
[9] N. J. Nedergaard, J. Verheul, B. Drust, et al., “The feasibility of predicting ground reaction
forces during running from a trunk accelerometry driven mass-spring-damper model,”
PeerJ, vol. 6, 12/2018. doi: 10.7717/peerj.6105.
[10] N. Nikooyan and A. Zadpoor, “Mass–spring–damper modelling of the human body to
study running and hopping – an overview,” Proceedings of the Institution of Mechanical
Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine, vol. 225, no. 12, pp. 1121–1135,
12/2011. doi: 10.1177/0954411911424210.
[11] T. K. Uchida and S. L. Delp, Biomechanics of Movement - The Science of Sports, Robotics,
and Rehabilitation. SD Books, 2021.
[12] T. R. Derrick, G. E. Caldwell, and J. Hamill, “Modeling the stiffness characteristics of the
human body while running with various stride lengths,” Journal of Applied Biomechanics,
vol. 16, no. 1, pp. 36–51, 2000. doi: 10.1123/jab.16.1.36.
[13] D. A. Winter, Biomechanics and Motor Control of Human Movement. Wiley, 2009. doi:
10.1002/9780470549148.
[14] Independent. “Usain bolt explains how he got injury during world championships relay
and defends decision to continue after rio.” (2017), [Online]. Available: https:
//www.independent.co.uk/sport/general/athletics/usainbolt-
injury-relay-why-how-world-athletics-championships-
2017-video-will-he-race-again-rio-2016-a7892241.html.
[15] T. J. Gabbett, “Debunking the myths about training load, injury and performance: Empirical
evidence, hot topics and recommendations for practitioners,” British Journal of
Sports Medicine, 2018. doi: 10.1136/bjsports-2018-099784.
[16] H. Toremans-DeWeert, “Benchmarking sensorised garments for emg signal monitoring:
Enhancing recovery strategies,” M.S. thesis, Vrije Universiteit Brussel, 2024.
[17] B. L. Scheltinga, J. N. Kok, J. H. Buurke, and J. Reenalda, “Estimating 3d ground reaction
forces in running using three inertial measurement units,” Frontiers in Sports and Active
Living, vol. 5, 05/2023. doi: 10.3389/fspor.2023.1176466.
[18] W. Liang, F.Wang, A. Fan,W. Zhao,W. Yao, and P. Yang, “Extended application of inertial
measurement units in biomechanics: From activity recognition to force estimation,”
Sensors, vol. 23, no. 9, 2023. doi: 10.3390/s23094229.
[19] A. Karatsidis, “Kinetic gait analysis using inertial motion capture: New tools for knee
osteoarthritis,” Ph.D. dissertation, University of Twente, Enschede, The Netherlands,
2018. doi: 10.3990/1.9789036546027.
[20] A. Ancillao, S. Tedesco, J. Barton, and B. O’Flynn, “Indirect measurement of ground reaction
forces and moments by means of wearable inertial sensors: A systematic review,”
Sensors, vol. 18, no. 8, 08/2018. doi: 10.3390/s18082564.
[21] A. D. Vigotsky, K. E. Zelik, J. Lake, and R. N. Hinrichs, “Mechanical misconceptions:
Havewe lost the “mechanics” in “sports biomechanics”?” Journal of Biomechanics, vol. 93,
pp. 1–5, 08/2019. doi: 10.1016/j.jbiomech.2019.07.005.
[22] S. Krishnakumar, B. van Beijnum, C. Baten, P. Veltink, and J. Buurke, “Estimation of
kinetics using imus to monitor and aid in clinical decision-making during acl rehabilitation:
Asystematic review,” Sensors, vol. 24, no. 7, 01/2024. doi: 10.3390/s24072163.
[23] K. Masani, M. Kouzaki, and T. Fukunaga, “Variability of ground reaction forces during
treadmill walking,” J Appl Physiol, vol. 92, no. 5, pp. 1885–1890, 05/2002. doi: 10.
1152/japplphysiol.00969.2000.
[24] OnTracx. “The science behind ontracx.” (12/2024), [Online]. Available: https://
www.ontracx.com/science.
[25] A. Zadpoor and N. Nikooyan, “The effects of lower-extremity muscle fatigue on the vertical
ground reaction force: A meta-analysis,” Proceedings of the Institution of Mechanical
Engineers Part H Journal of Engineering in Medicine, vol. 226, pp. 579–588, 08/2012. doi:
10.1177/0954411912447021.
[26] L. J. R. A. B. Udofa and P. G.Weyand, “Impact forces during running: Loaded questions,
sensible outcomes,” IEEE 13th International Conference on Wearable and Implantable
Body Sensor Networks (BSN), pp. 371–376, 06/2016. doi: 10.1109/BSN.2016.
7516290.
[27] B. ( F. J. M. ) Koopman, “Dynamics of human movement,” THC, vol. 18, no. 4-5, pp. 371–
385, 11/2010. doi: 10.3233/THC-2010-0599.
[28] M. Germanotta, I. Mileti, I. Conforti, Z. D. Prete, I. Aprile, and E. Palermo, “Estimation
of human center of mass position through the inertial sensors-based methods in postural
tasks: An accuracy evaluation,” JSensors, vol. 21, no. 2, 01/2021. doi: 10.3390/
s21020601.
[29] B. L. Scheltinga, H. Usta, J. Reenalda, and J. H. Buurke, “Estimating vertical ground
reaction force during running with 3 inertial measurement units,” Journal of Biomedical
Engineering and Biosciences (JBEB), vol. 9, no. 1, pp. 31–38, 11/2022. doi: 10.11159/
jbeb.2022.006.
[30] J. Verheul, J.Warmenhoven, P. Lisboa,W. Gregson, J. Vanrenterghem, and M. A. Robinson,
“Identifying generalised segmental acceleration patterns that contribute to ground
reaction force features across different running tasks,” Journal of Science and Medicine
in Sport, vol. 22, no. 12, pp. 1355–1360, 12/2019. doi: doi:10.1016/j.jsams.
2019.07.006.
[31] F. d’Andrea, B. Heller, D. James, H. Koerger, and M. Dunn, “Ground reaction force estimation
in football using inertial measurement units during alternate lateral bounding,”
Footwear Science, vol. 11, no. sup1, s77–s78, 06/2019. doi: 10.1080/19424280.
2019.1606087.
[32] N. Haraguchi and K. Hase, “Prediction of ground reaction forces and moments and
joint kinematics and kinetics by inertial measurement units using 3d forward dynamics
model,” JBSE, vol. 19, no. 1, 2024. doi: 10.1299/jbse.23-00130.
[33] M. Pogson, J. Verheul, M. A. Robinson, J. Vanrenterghem, and P. Lisboa, “A neural network
method to predict task- and step-specific ground reaction force magnitudes from
trunk accelerations during running activities,” Medical Engineering I& Physics, 2020. doi:
10.1016/j.medengphy.2020.02.002.
[34] V. M. S. Limited. “Plug-in gait reference guide.” (2016), [Online]. Available: https:
//help.vicon.com/download/attachments/11378719/Plugin%
20Gait%20Reference%20Guide.pdf.
[35] J. Reenalda, M. A. Zandbergen, J. H. D. Harbers, M. R. Paquette, and C. E. Milner, “Detection
of foot contact in treadmill running with inertial and optical measurement systems,”
Journal of Biomechanics, vol. 121, 05/2021. doi: doi:10.1016/j.jbiomech.
2021.110419.
[36] L. C. Benson, C. A. Clermont, R.Watari, T. Exley, and R. Ferber, “Automated accelerometerbased
gait event detection during multiple running conditions,” Sensors (Basel), vol. 19,
no. 7, 03/2019. doi: 10.3390/s19071483.
[37] P. A. Federolf, “A novel approach to study human posture control: “principal movements”
obtained from a principal component analysis of kinematic marker data,” Journal
of Biomechanics, vol. 49, no. 3, pp. 364–370, 02/2016. doi: 10.1016/j.jbiomech.
2015.12.030.
[38] H. Herr and M. Popovic, “Angular momentum in human walking,” Journal of Experimental
Biology, vol. 211, no. 4, pp. 476–481, 02/2008. doi: 10.1242/jeb.008573.
[39] D. D. G. Nikolova and M. Tsveov, “New results for the mass-inertial parameters of human
body based on 3d mathematical modelling,” Journal of Theoretical and Applied Mechanics,
vol. 50, 11/2020. doi: 0.7546/JTAM.50.20.04.05.
[40] K. L. et al., “Investigating the effects of strapping pressure on human-robot interface
dynamics using a soft robotic cuff,” IEEE Trans. Med. Robot. Bionics, vol. 3, no. 1, pp. 146–
155, 2021. doi: 10.1109/TMRB.2020.3042255.
[41] L. K. Smith, J. L. Lelas, and D. C. Kerrigan, “Gender differences in pelvic motions and center
of mass displacement during walking: Stereotypes quantified,” Journal of Women’s
Health & Gender-Based Medicine, vol. 11, no. 5, pp. 453–458, 2002. doi: 10.1089/
15246090260137626.
[42] N. J. Nedergaard, M. A. Robinson, E. Eusterwiemann, B. Drust, P. J. Lisboa, and J. Vanrenterghem,
“The relationship between whole-body external loading and body-worn
accelerometry during team-sport movements,” Int J Sports Physiol Perform, vol. 12, no. 1,
01/2017. doi: 10.1123/ijspp.2015-0712.
[43] U. Nations. “Sustainable development goals.” (2015), [Online]. Available: https://
sdgs.un.org/goals.
[44] R. voor Volksgezondheid en Milieu Nederland. “Sportblessures.” (2024), [Online]. Available:
https://www.sportenbewegenincijfers.nl/kernindicatoren/
blessurerisico.
