Er zijn twee hoofdoorzaken voor spierkramp voorgesteld en afhankelijk van welke oorzaak iemand aanhangt, zal de keuze van preventie- en behandelingsstrategieën worden bepaald. Dit suggereert een of/of dichotomie, en dit is hoe de literatuur vaak wordt gepresenteerd, met luide stemmen die sterke standpunten aan beide zijden verkondigen. Er moet echter worden erkend dat het beeld helemaal niet duidelijk is en dat het bewijsmateriaal aan beide zijden van het debat zwak is. Het is onwaarschijnlijk dat één enkel mechanisme alle krampen in alle situaties kan verklaren, en daarom is het zoeken naar één enkel oorzakelijk mechanisme waarschijnlijk zinloos. Hieruit volgt dat strategieën voor de preventie en behandeling van de aandoening waarschijnlijk ook niet eendimensionaal zullen zijn. Echter, wat ook de primaire oorzaak is, het is duidelijk dat kramp gepaard gaat met actieve contractie van de aangedane spier, zoals blijkt uit hoge niveaus van elektrische spieractiviteit .

Stoornissen in de hydratatie en de elektrolytenbalans

De rol van veranderingen in de hydratatiestatus en de elektrolytenbalans als een factor in de etiologie van EAMC werd verworpen door Schwellnus, die zei dat “wetenschappelijk bewijs ter ondersteuning van de hypothesen van ‘elektrolytendepletie’ en ‘dehydratie’ voor de etiologie van EAMC voornamelijk afkomstig is van anekdotische klinische waarnemingen, reeksen van in totaal 18 gevallen, en één kleine (n =10) case-control studie” . Deze beoordeling van het bewijsmateriaal is in veel latere publicaties herhaald: zo schreven Qiu en Kang dat “het ondersteunende bewijsmateriaal voornamelijk afkomstig is van anekdotische waarnemingen en gevalsbeschrijvingen” . Er kan echter meer bewijs zijn dan deze auteurs toegeven.

Het sterkste bewijs dat zweet-gerelateerde elektrolyt onevenwichtigheden een factor zijn bij sommige spierkrampen wordt gevonden in de grootschalige observationele en prospectieve studies van industriële arbeiders – voornamelijk studies van mijnwerkers, scheepsstoker, bouwvakkers en staalfabriek arbeiders die werden uitgevoerd in de jaren 1920 en 1930 – waar het toedienen van zoutdranken of zouttabletten in staat was om de incidentie van krampen aanzienlijk te verminderen . Deze studies waren onvermijdelijk beperkt door de destijds beschikbare methoden, maar zij hadden het voordeel dat zij toegang hadden tot grote bevolkingsgroepen en dat er zorgvuldige medische dossiers werden bijgehouden met betrekking tot de productiviteit. Het is gemakkelijk om veel van de oudere literatuur terzijde te schuiven, maar sommige van de waarnemingen waren uitgebreid en nauwgezet. Ze moeten ook worden gelezen in de context van de normale publicatieconventies van die tijd.

Hoewel de methodologieën beperkt waren, waren sommige van de waarnemingen scherp en soms opmerkelijk vooruitziend. Moss publiceerde bijvoorbeeld een uitgebreid rapport waarin hij gevallen van kramp bij mijnwerkers documenteerde en de factoren die mogelijk tot de ontwikkeling van deze krampen hebben bijgedragen. Hij schreef het ontstaan van krampen, die in sommige gevallen ernstig invaliderend waren, toe aan (1) hoge luchttemperaturen; (2) overmatig drinken van water veroorzaakt door droogheid van mond en keel; en (3) aanhoudend hard werken.

Hij stelde ook vast dat krampen de neiging hadden op te treden tijdens de tweede helft van een werkploeg en bij mannen die lichamelijk minder fit waren, zodat niet alleen zweetverlies maar ook vermoeidheid een rol speelden in de etiologie. Er zij op gewezen dat kramp niet werd toegeschreven aan uitdroging of verhoogde serumelektrolytenconcentraties, maar eerder aan “een vorm van watervergiftiging van de spieren, veroorzaakt door de combinatie van een groot verlies van chloride door zweten, overmatig drinken van water en tijdelijke verlamming van de nieruitscheiding”. Chloride werd gewoonlijk gemeten in lichaamsvloeistoffen omdat er destijds geen goede test bestond voor natrium, maar er is een nauw verband tussen de natrium- en chlorideconcentratie in zweet. Dit wijst niet op uitdroging, zoals de meeste latere schrijvers beweren (b.v. Bergeron), maar eerder op een ongepaste, en misschien overmatige, inname van gewoon water in combinatie met grote verliezen van elektrolyten in het zweet. Schwellnus verwijst naar de theorieën van “uitdroging” en “uitputting van elektrolyten”, terwijl Qiu en Kang zeggen dat “deze theorie suggereert dat overmatig zweten en daarmee gepaard gaand verlies van elektrolyten kan leiden tot een slechte werking van spieren en zenuwen die deze spieren van slag houden, waardoor spierkrampen ontstaan” . Dit is geen juiste weergave van de theorieën die in de jaren twintig en dertig van de vorige eeuw werden voorgesteld.

Het is ook niet juist om te zeggen dat er geen grootschalige prospectieve studies zijn geweest om de rol van de water- en zoutbalans in de etiologie van spierkrampen te beoordelen. Dill et al. rapporteerden de bevindingen van interventiestudies die werden uitgevoerd op de bouwplaats van de Hoover Dam en in de staalfabrieken van Youngstown, Ohio . Op deze beide plaatsen verrichtten grote aantallen mannen dagelijks zwaar lichamelijk werk in een extreem hete omgeving. Zij ontdekten dat degenen die aan kramp leden de volgende kenmerken vertoonden: (1) uitdroging; (2) verlaagde concentratie van natrium en chloride in bloedplasma; (3) weinig of geen natrium of chloride in de urine; (4) verhoogde serum eiwitconcentratie; (5) verhoogd aantal rode cellen; en (6) normale osmotische druk.

Dit geeft een complex beeld: sommige van deze bevindingen zijn typisch voor uitdroging (1, 4 en 5), terwijl andere consistent zijn met overhydratatie (2, 3). Zij meldden echter ook dat injectie van isotone zoutoplossing het bloedprofiel normaliseerde en onmiddellijk verlichting van de symptomen bracht. In de grootste interventiestudie, gerapporteerd in hetzelfde artikel, voegden zij zoutoplossing toe aan het water dat werd gegeven aan de 12.000 mannen die in een van de fabrieken werkten, terwijl de mannen in de fabrieken in de omgeving gewoon water bleven krijgen; dit was effectief in het bijna volledig elimineren van gevallen van spierkramp, hoewel in voorgaande jaren, en in andere fabrieken in hetzelfde jaar waar gewoon water werd gegeven, tot 12 gevallen van kramp ziekenhuisopname vereisten op een enkele dag.

In een gecontroleerde omgeving kan een ernstige beperking van de natriuminname resulteren in hyponatriëmie en gepaard gaan met algemene kramp van de skeletspieren in afwezigheid van lichaamsbeweging. Enkele recentere studies hebben veranderingen in de hydratatiestatus en plasma-elektrolytenconcentraties beoordeeld bij atleten die spierkrampen hebben ervaren; deze studies omvatten marathonlopers , deelnemers aan een 56 km wegwedstrijd , deelnemers aan een Ironman triatlon , en deelnemers aan een 161 km ultramarathon . Geen van deze studies toonde een verband aan tussen kramp en serum veranderingen in elektrolyten, maar het is belangrijk op te merken dat serum concentraties van elektrolyten van weinig belang kunnen zijn. Lokale intracellulaire en extracellulaire elektrolytconcentraties kunnen relevant zijn omdat zij het rustmembraanpotentiaal van zowel spieren als zenuwen beïnvloeden, maar het is onwaarschijnlijk dat veranderingen in plasmaconcentraties deze veranderingen kunnen volgen; er zijn goede aanwijzingen dat veranderingen in de plasmaconcentratie van deze elektrolyten geen lokale intramusculaire veranderingen weerspiegelen tijdens intensieve of langdurige inspanning. Het is ook zo dat bloedmonsters meestal niet zijn genomen op het moment van de kramp, maar pas later, meestal als de kramp is verdwenen; in sommige gevallen was dit enkele uren na het verdwijnen van de kramp, zodat het ontbreken van enig verband misschien niet verrassend is. Schwellnus et al. erkenden dat verstoringen in de elektrolytenconcentraties kunnen leiden tot veranderingen in de neuromusculaire prikkelbaarheid, en dit kan een rol spelen bij de algemene skeletspierkramp die in sommige industriële contexten wordt gemeld, maar stellen dat de meeste EAMC alleen de spieren beïnvloedt die betrokken zijn bij de inspanningstaak, wat suggereert dat systemische verstoringen moeten interageren met lokale veranderingen die zich voordoen in de actieve spieren.

Er is enig experimenteel bewijs dat individuele atleten die grote hoeveelheden zout in hun zweet verliezen, vatbaarder kunnen zijn voor spierkrampen. In tegenstelling tot de eerdere grootschalige industriële gegevens, is dit bewijs voornamelijk afkomstig van kleine studies, gevalsbeschrijvingen en anekdotische verslagen, en is daarom onvermijdelijk nogal zwak . Stofan e.a. ontdekten dat het verlies van natrium in het zweet tijdens de training groter was bij voetballers die vatbaar waren voor kramp (n = 5) dan bij een groep spelers zonder voorgeschiedenis van EAMC . Vervolgens onderzocht dezelfde onderzoeksgroep een referentiegroep van American football spelers (n = 8) zonder krampverleden, en een kramp-gevoelige groep (n = 6) . De natriumconcentratie in het gehele bloed (zoals de auteurs beweren, maar in werkelijkheid gaat het om de natriumconcentratie in het plasma) bleef na de training onveranderd in de controlegroep (138,9 ± 1,8 tot 139,0 ± 2,0 mmol/L), terwijl deze bij de krampgevoelige spelers een dalende tendens vertoonde (137,8 ± 2,3 tot 135,7 ± 4,9 mmol/L). Bovendien registreerden drie proefpersonen in deze groep waarden lager dan 135 mmol/L. De spelers in de krampgevoelige groep consumeerden een groter percentage van hun totale vocht als gewoon water in plaats van elektrolyt houdende sportdranken (hoewel het verschil in natriuminname klein was) en hadden een hogere natriumconcentratie in het zweet (52,6 ± 29,2 mmol/L vs. 38,3 ± 18,3 mmol/L), waardoor ze een groter natriumtekort opliepen tijdens de trainingssessie.

Ter ondersteuning van een rol voor verstoringen van de water- en zoutbalans als oorzakelijke factor, toonden Ohno en Nosaka aan dat een lichaamsvochttekort van 3% van de lichaamsmassa, geïnduceerd door intermitterende blootstelling aan een sauna zonder oefening, het aantal proefpersonen deed toenemen dat EAMC ontwikkelde tijdens een spierkramptest in de teenbuigspieren, maar niet in de kniestrekspieren. Jung et al. lieten deelnemers een vermoeiend protocol in de kuitspieren uitvoeren om EAMC’s te induceren. Bij de ene proef namen de proefpersonen een koolhydraat-elektrolytendrank in een tempo dat vergelijkbaar was met de zweetconcentratie, terwijl bij de andere proef geen vloeistof werd geconsumeerd en zich een milde (1% verlies van lichaamsmassa) hypohydratie ontwikkelde. Negen deelnemers ondervonden krampen in de koolhydraat-elektrolyt proef, vergeleken met zeven in de hypohydratie proef. Van de zeven personen die in beide proeven EAMC kregen, was de tijd tot het begin van de kramp meer dan verdubbeld in de koolhydraat-elektrolytproef (36,8 ± 17,3 min) vergeleken met de hypohydratieproef (14,6 ± 5,0 min). Proefpersonen die krampen ondervonden zweetten meer (2,0 ± 0,9 L/min) dan degenen die dat niet deden (1,3 ± 0,6 L/min). Het is niet duidelijk of er in deze studies een effect van volgorde van behandeling was dat de resultaten zou kunnen hebben verstoord (dit wordt hieronder verder besproken).

Hoewel talrijke artikelen de bovenstaande bevindingen hebben betwist, lijken twee recente publicaties het debat over de rol van verstoringen van de water- en zoutbalans bij de ontwikkeling van spierkrampen te heropenen. Ohno et al. onderzochten systematisch de gevoeligheid van vrijwillig geïnduceerde EAMC in hamstrings na hypohydratie van 1, 2 en 3% van de lichaamsmassa, geïnduceerd door blootstelling aan sauna zonder oefening. Er trad geen EAMC op bij de negen deelnemers in de controle conditie of na 1% dehydratie; drie proefpersonen ervoeren EAMC in de 2% en zes in de 3% conditie. In de studie van Lau e.a. renden 10 mannen bergafwaarts in een hete omgeving tot ze 2% van hun oorspronkelijke lichaamsmassa verloren. Tien minuten na het beëindigen van de loop kregen zij ofwel gewoon water ofwel een in de handel verkrijgbare orale rehydratieoplossing (ORS) met natrium (50 mEq/L), chloride (50 mEq/L), kalium (20 mEq/L), magnesiumsulfaat (2 mEq/L), lactaat (31 mEq/L) en glucose (18 g/L) in een volume dat gelijk was aan de verloren massa. De gevoeligheid van de kuitspieren voor elektrisch opgewekte kramp werd beoordeeld door middel van een drempelfrequentie (TF)-test die werd uitgevoerd op de basislijn vóór het hardlopen, onmiddellijk na het hardlopen en 50 en 80 minuten na inname van de drank. De gevoeligheid voor spierkramp beoordeeld met TF veranderde niet van de basislijn tot onmiddellijk na het hardlopen in beide condities, maar TF daalde na waterinname met 4,3 Hz (op 30 min) en 5,1 Hz (op 60 min na het hardlopen), maar steeg na ORS inname met respectievelijk 3,7 en 5,4 Hz. De onderzoekers meldden dat de serum natrium- en chlorideconcentraties afnamen na waterinname, maar gehandhaafd bleven na inname van de elektrolythoudende drank.

In overeenstemming met de mechanismen voorgesteld door Moss, Haldane en anderen in de jaren 1920, suggereren deze resultaten dat de combinatie van zweetverlies en waterinname de spieren vatbaarder maakt voor door elektrische simulatie veroorzaakte spierkramp, maar dat de vatbaarheid voor spierkramp afneemt wanneer een drank met een hoog gehalte aan elektrolyten wordt ingenomen. Het is interessant op te merken dat kramp een erkend verschijnsel is bij hyponatriëmie (gedefinieerd als een serum natriumconcentratie < 135 mmol/L) in klinische settings. In de uitgebreide literatuur over inspanningsgeassocieerde hyponatriëmie wordt echter over het algemeen geen melding gemaakt van spierkramp.

Kramp wordt vaak geassocieerd met grote zweetverliezen tijdens langdurige inspanning in de hitte, maar komt ook voor in koele omgevingen met weinig of geen zweetverlies, wat suggereert dat zweetverlies alleen en de daaruit voortvloeiende verstoringen van de elektrolytenbalans niet alle kramp kunnen verklaren. Niettegenstaande deze waarnemingen is er een overweldigend bewijs uit grootschalige industriële omgevingen dat kramp vaker voorkomt in omgevingen die warm zijn (hoewel niet noodzakelijkerwijs vochtig) en waar het zweetverlies hoog is. Ondersteunend bewijs dat verstoringen van de elektrolytenbalans een rol kunnen spelen bij spierkrampen kan worden gevonden in sommige niet-spieroefeningencontexten. Zo kan het gebruik van natriumarme dialysevloeistoffen tijdens onderhoudsdialyse kramp veroorzaken bij nierpatiënten, en normalisatie van de plasma-osmolaliteit en natriumconcentratie door gebruikmaking van de natriumprofileringstechniek kan de frequentie van kramp tijdens dialyse aanzienlijk verminderen. Of dit relevant is voor de trainingssituatie is echter onzeker.

Gewijzigde neuromusculaire controle

Het idee dat de oorzaak van kramp neurologisch is in plaats van rechtstreeks verband te houden met gebeurtenissen die zich in de spier voordoen, is niet nieuw. Telegrafistenkramp, die de kleine handspieren aantast die betrokken zijn bij de repetitieve bewegingen van degenen die een morsecode-instrument bedienen, was het onderwerp van een parlementair onderzoek in het Verenigd Koninkrijk dat zijn bevindingen in 1911 publiceerde. De commissie schreef dat “sommige autoriteiten het als een spieraandoening hebben beschouwd; anderen als een ziekte van het perifere zenuwstelsel; weer anderen als een ziekte van het centrale zenuwstelsel”. Verder schreven zij: “Na zorgvuldige overweging van deze tegenstrijdige theorieën over telegrafistenkramp, en na onderzoek van een aantal telegrafisten die aan de ziekte leden, aanvaardt de commissie de laatstgenoemde opvatting, namelijk dat telegrafistenkramp een ziekte is van het centrale zenuwstelsel, en het gevolg is van een verzwakking of instorting van het cerebrale controlemechanisme ten gevolge van een belasting van een bepaald stel spieren”. Zoals hieronder zal blijken, komt dit opmerkelijk overeen met het voorgestelde mechanisme bij experimenteel veroorzaakte spierkrampen. De bevindingen van het parlementaire onderzoek lijken echter grotendeels in de vergetelheid te zijn geraakt, evenals veel van de oudere literatuur.

Toen in de jaren tachtig en negentig het bewijs zich opstapelde dat kramp vaak optrad tijdens het sporten zonder dat er sprake was van aanzienlijk zweetverlies of van ernstige verstoringen van de elektrolytenbalans, werd gezocht naar een alternatieve oorzaak. Schwellnus et al. veronderstelden dat kramp wordt veroorzaakt door “aanhoudende abnormale reflexactiviteit van de ruggengraat die secundair lijkt te zijn aan spiervermoeidheid”. Met name werd EAMC toegeschreven aan een abnormaliteit van aanhoudende alfa-motoneuronactiviteit ten gevolge van een abnormaliteit van de alfa-motoneuroncontrole op ruggengraatsniveau, maar hiermee is de oorzaak van deze abnormaliteit nog niet vastgesteld. Spiervermoeidheid werd geïmpliceerd door een excitatoir effect op de spierspoel afferente activiteit (type Ia en II) en een inhiberend effect op de type Ib Golgi peesorgaan afferente activiteit (Fig. 1). Indirect bewijs ter ondersteuning van deze suggestie kwam voort uit de observatie dat passieve strekking van de spier tijdens een episode van kramp de symptomen kan verlichten als gevolg van een autogene remming door de peesorgaanreflex. Dit verklaart echter nog steeds niet waarom kramp geen onvermijdelijk gevolg is van inspanning die vermoeidheid veroorzaakt, waarom kramp vaker lijkt voor te komen in omgevingen die hoge thermische stress veroorzaken, of waarom sommige individuen er wel en andere er geen last van hebben.

Het sterkste bewijs voor een veranderde neuromusculaire controle komt uit laboratoriumstudies van kleine spieren bij de mens en in diermodellen. In elk van deze twee verschillende scenario’s kan een verhaal worden gemaakt, maar in elk van deze gevallen is het verhaal onvolledig. Omdat EAMC notoir onvoorspelbaar is, zijn er laboratoriummodellen ontwikkeld waarbij kramp betrouwbaarder kan worden opgewekt, hetzij door vrijwillige activering van spieren, hetzij door elektrisch opgewekte contracties. Er is gerapporteerd dat kramp vaker optreedt wanneer de spier wordt geactiveerd terwijl deze reeds verkort is (hoewel er geen bewijs werd geleverd om deze bewering te staven). Verschillende vormen van dit experimentele model zijn gebruikt in laboratoriumstudies naar kramp, ook al weerspiegelt dit misschien niet de bewegingspatronen van atleten. Dit is in overeenstemming met het voorstel van Schwellnus et al. zoals hierboven beschreven, aangezien een vermindering van de spanning in de spierpees de remmende feedback van het Golgi peesorgaan zal verminderen; dit heeft op zijn beurt de potentie om de motorische aandrijving naar het alpha motor neuron te verhogen. In overeenstemming met dit voorstel vonden Khan en Burne dat kramp, geïnduceerd door vrijwillige maximale activering van de gastrocnemius terwijl deze in een verkorte positie werd gehouden, kon worden geremd door elektrische stimulatie van pees afferenten in de verkrampte spier. Echter, zelfs onder omstandigheden die kramp bevorderden, konden 5 van hun 13 proefpersonen geen kramp opwekken, en bij nog eens twee hield de kramp niet lang genoeg aan om metingen te kunnen verrichten.

Athleten die vatbaar zijn voor spierkramp vertonen naar verluidt een lagere drempel voor spierkramp die wordt opgewekt door elektrische stimulatie van motorzenuwen. Blokkering van de motorische zenuwen met een verdovingsmiddel heft deze elektrisch opgewekte krampen niet op, maar wanneer de zenuw geblokkeerd is, is een hogere stimulatiefrequentie vereist om kramp op te wekken en wordt de duur van de kramp verkort; veranderde ontladingskarakteristieken van de motorische eenheden zijn consistent met het bestaan van een positieve terugkoppellus waarbij afferente input van aangetaste spieren en motorische aandrijving naar die spieren betrokken zijn .

Zware bezwaren tegen de dehydratie / elektrolyt verlies theorie zijn opgeworpen door studies die vloeistoffen hebben verstrekt om uitdroging te voorkomen en vonden dat dit geen invloed heeft op het begin van elektrisch opgewekte krampen . Deze bevindingen worden echter tegengesproken door andere studies waarnaar hierboven wordt verwezen. Opgemerkt moet worden dat zich in de studies van Miller e.a. en Braulick e.a. een duidelijke hypernatriëmie ontwikkelde als gevolg van uitdroging, en dit kan beschermend zijn tegen de ontwikkeling van kramp. Het is ook onwaarschijnlijk dat vermoeidheid alleen de oorzaak is, hoewel het een factor kan zijn die ertoe bijdraagt. Bij marathonlopers komt kramp vaker voor tegen het einde van de wedstrijd; iedereen is echter vermoeid in de latere fasen van uithoudingswedstrijden zoals een marathonwedstrijd, maar relatief weinig mensen krijgen spierkramp. De aard van de vermoeidheid die optreedt bij sprinters is zeer verschillend van die welke tegen het einde van een marathonwedstrijd wordt ervaren, maar kramp kan in beide situaties voorkomen.

Dus, in plaats van zich te concentreren op een of/of benadering, zijn er goede redenen om te suggereren dat verschillende mechanismen in verschillende situaties van toepassing kunnen zijn. Wij worden allen onvermijdelijk beïnvloed door onze eigen ervaringen en deze kunnen ons beïnvloeden in de richting van een oorzaak die waarschijnlijker is of vaker voorkomt dan een andere, maar de hoofdzaak is hoe een aanval te behandelen of te voorkomen. Wat behandeling en preventie betreft, is het belangrijk op te merken dat een plausibel mechanisme kan helpen om doeltreffende behandelingen te identificeren, maar het is niet nodig mechanismen te begrijpen om te weten of een behandeling al dan niet doeltreffend is.