Lyhyen isokineettisen eksentrisen vastuskoulutuksen vaikutukset hermo-lihasjärjestelmään indusoituihin adaptaatioihin

1.1 Johdanto

Liikunnan aiheuttamat neuromuskulaariset ja toiminnalliset muutokset ovat liikuntamuotokohtaisia. Liikunnan aiheuttamiin lihassopeutumisiin voivat vaikuttaa mekaaninen jännitys, solun sisäinen vaurio ja metabolinen stressi. Eksentrinen (ECC) supistuma tapahtuu, kun lihakseen kohdistuva ulkoinen voima ylittää lihaksen tuottaman hetkellisen voiman. Tämän seurauksena lihaksen voima riittää voittamaan kuorman tai vastuksen, joka aiheuttaa lihaksen venymisen. Verrattuna konsentrisiin (CON) tai isometrisiin (ISO) supistumiin, ECC-harjoittelu aiheuttaa suurempaa mekaanista rasitusta ja mikrovammoja lihaksissa, mikä voi johtaa voimakkaampiin lihassopeutumisiin. ECC-liikuntaa suoritetaan perinteisesti vakio-ulkoista kuormaa vastaan tai vakionopeudella (isokineettisesti). Harjoittelutyypistä riippuen tämä tuottaa vaihtelevia mekaanisia vaatimuksia, joista seuraa erilaisia neuromuskulaarisia ja lihas-jänteensopeutumismekanismeja. Toisin kuin ISO- tai CON-lihassupistumissa, keskushermosto käyttää erilaista hermostrategiaa luurankolihaksen supistumisen ohjaamiseen. Eri aktivaatiotasoja synergististen lihasten välillä ECC-supistumien aikana verrattuna CON-supistumiin sekä nopeiden motoristen yksiköiden suosittu rekrytointi ovat kaksi esimerkkiä siitä, kuinka tämä ilmenee.

1.2 Ongelmankuvaus ja tutkimuksen perustelut

Uudet tiedot viittaavat siihen, että lihavuus liittyy lihasheikkouteen ja alentuneeseen lihasklauteen. On osoitettu, että säännöllinen voimaharjoittelu (RT) parantaa lihaksen maksimaalista uusiutumiskykyä. Uskotaan, että hermostolliset mekanismit edistävät pääasiassa alkuvaiheen (<2–4 viikkoa) lihasvoiman lisäyksiä voimaharjoittelun aikana, jota seuraavat lihasmorfologiset sopeutumiset (>5–8 viikkoa). Tämä näyttö perustuu kuitenkin sekä ECC- että CON-supistumisharjoitusten yhdistämiseen. Tutkimukset ovat osoittaneet, että ECC-supistuma aiheuttaa suurempaa neuromuskulaarista sopeutumista kuin CON-supistuma. Siksi ECC RT on lupaava lähestymistapa lihasheikkoudesta kärsiville henkilöille, kuten lihaville. Tämän vuoksi oletetaan, että lyhyt progressiivinen eksentrinen isokineettinen voimaharjoittelu (ECCISO RT) lisää neuromuskulaarisia sopeutumia lihavilla kouluttamattomilla naisilla verrattuna konsentriseen isokineettiseen voimaharjoitteluun (CONISO RT).

2.0 Kirjallisuuskatsaus

2.1 Johdanto

Lihavuuteen liittyy lisääntynyt esiintyvyys lihas- ja luustokipuihin, mekaaniseen kuormitukseen, heikkoon lihaskuntoon ja muihin lihas- ja luustovaivoihin. Alaraajojen koukistajat ja ojennuslihakset vastaavat tasapainosta, liikkuvuudesta ja kyvystä suorittaa päivittäisiä tehtäviä. Luurankolihasten voimaa ja kestävyyttä muuttaa liikarasva (FM). Reiden keskiosan lihasmäärä on noin 2,5-kertainen rasvamäärään verrattuna; lihavilla henkilöillä on kuitenkin enemmän lihasten sisäistä ja välistä rasvaa, rasvaa lihassolujen välissä, mikä vaikuttaa haitallisesti voimantuottoon ja toiminnalliseen itsenäisyyteen. Luurankolihaksen voimantuottokykyä voidaan käyttää lihaksen toiminnallisen kapasiteetin arviointiin. Voiman kohdistamisen kyky, absoluuttinen voima, on tarpeen päivittäisten tehtävien suorittamiseen. On osoitettu, että lihavilla henkilöillä on suuremmat absoluuttiset maksimaaliset vapaaehtoiset supistumisvääntömomentit (MVC) kuin normaalipainoisilla. Heillä on kuitenkin myös alhaisempi lihasvoima suhteessa kehon painoon ja rasvattomaan massaan (FFM).

2.2 Lihavuuden vaikutus luurankolihasten koostumukseen ja voimaan

Vaikka kokonaislihaskasvain on suurempi ylipaino- ja lihavilla henkilöillä, ylipaino- ja lihavien henkilöiden suhteellinen lihasvoima on merkittävästi alhaisempi kuin terveillä henkilöillä, mikä voi johtaa fyysisen toimintakyvyn heikkenemiseen. Lihavuus voi lisätä alaraajojen kantavien lihasten absoluuttista voimaa ja tehoa lisääntyneen kysynnän vuoksi (Marte Johannson, 2021). Kun voimantuotto ja teho normalisoidaan kokonaiskehon massaan, korkeamman BMI:n yhteydessä havaitaan laskua, mikä johtaa alentuneeseen lihasklauteen ja väsymyskestävyyteen. Lisäksi rasvakudoksen riippuvaisten metabolisten sopeutumisten, kuten hapettavan stressin, tulehduksen ja insuliiniresistenssin, negatiivinen vaikutus haittaa lihasmassan aineenvaihduntaa.

Lihassäikeiden osuus eroaa lihavilla henkilöillä. Kehon rasvaisuuden ja tyypin II lihassäikeiden osuuden välillä on positiivinen yhteys, ja ylipainoisilla henkilöillä on raportoitu korkeampi tyypin IIX säikeiden pitoisuus. Tyypin II lihassäikeillä on usein vähemmän mitokondrioita, myoglobiinia ja kapillaareja kuin hitailla säikeillä, mikä tekee niistä alttiimpia väsymykselle. Tyypin IIX (jota kutsutaan myös tyypiksi IIB) säikeet tuottavat suurimman voiman; ne ovat kuitenkin erittäin tehottomia korkean myosiini-ATPase-aktiivisuutensa, alhaisen hapettavan kapasiteettinsa ja anaerobisen aineenvaihdunnan riippuvuutensa vuoksi. Tyypin IIA säikeet, joita kutsutaan yleisesti väli- tai intermediäärisiksi lihassäikeiksi, yhdistävät tyypin I ja IIX säikeitä vastaavalla jännityksellä. Nämä säikeet, jotka voivat käyttää sekä aerobisia että anaerobisia energialähteitä, ovat suurempaa hapettavaa kapasiteettia ja väsyvät hitaammin kuin tyypin IIX säikeet. Lisääntyneen tyypin II lihasmäärän osuuteen liittyy lisääntynyt (a) insuliiniresistenssi, (b) hyperinsulinemian riski, (c) alentunut väsymyskestävyys/harjoitustoleranssi, (d) kestävyys ja (e) liikkuvuus.

Niin ihmis- kuin eläintutkimuksissa on havaittu, että tyypin II (erityisesti IIx) lihassäikeet ovat alttiimpia vaurioille ECC-toiminnan jälkeen - lisääntynyt tyypin IIx säikeiden määrä ja istumatyö liittyvät suurempaan lihasvaurioon ylipainoisilla henkilöillä ECC-harjoittelun yhteydessä. Yksittäinen korkeavoimainen ECC-liikunta lisää lihassäikeiden satelliittisolujen (SCs) pitoisuutta ja aktivaatiotilaa tyypin II:ssa. SCs ovat olennainen osa luurankolihaskudoksen kasvua, korjausta ja uusiutumista. Siksi ECC-harjoittelu on lupaava liikuntatekniikka fyysisen toimintakyvyn rajoitteista kärsiville henkilöille, mukaan lukien ylipaino- ja lihaville henkilöille.

2.3 Eksentrisen voimaharjoittelun vaikutus neuromuskulaariseen sopeutumiseen

Verrattuna perinteiseen (CON) harjoitteluun, ECC-liikuntaharjoittelu lisää merkittävästi lihasvoimaa. Lihasvoiman lisäykset ECC-harjoittelussa johtuvat todennäköisesti neurologisten, morfologisten ja anatomisten tekijöiden yhdistelmästä. Tutkimukset ovat osoittaneet, että ECC-supistuma aiheuttaa suurempaa neuromuskulaarista sopeutumista kuin CON-supistuma. Vaikka tuore meta-analyysi ei löytänyt tilastollisesti merkitseviä eroja voimanlisäyksissä ECC- ja CON-harjoittelun välillä, ECC-liikuntaharjoittelu näytti myös suurempien parannusten trendin CON-voimassa verrattuna CON-liikuntaan. Tämä osoittaa ECC-liikunnan aiheuttamien neuromuskulaaristen ja toiminnallisten sopeutumien liikuntamuotokohtaisuuden. ECC-harjoittelu on lisännyt pintaelektromyografista (EMG) aktiivisuutta supistumien aikana, mutta ei CON-supistumien aikana. Ristiriitaisia tuloksia on kuitenkin raportoitu. Lihaksen sähköistä stimulaatiota edustaa oletettavasti maksimaalinen EMG (eli huippuarvon neliökeskiarvo [RMS] ja EMG:n integroitu jännite [iEMG]) harjoittelun jälkeen (Douglas et al., 2017). Tähän vaikuttavat rekrytoitujen motoristen yksiköiden määrä ja koko (eli tyypin I vs tyypin II säikeet), motoristen yksiköiden purkausnopeus ja motoristen yksiköiden synkronointi.

Useat tutkimukset ovat havainneet, että ECC RT parantaa lihastehoa, mitattuna pääasiassa alavartalon hypyn muunnoksilla. Terveet, koulutetut miehet (N=24) satunnaistettiin ryhmiin: ECC RT (n=12) ja CON RT (n=12). Nelipäisen lihaksen maksimaalinen vapaaehtoinen isometrinen supistus (MVCISO), pystysuora hyppy ja monikanavaiset pintasignaali-EMG-mittaukset suoritettiin ennen ja jälkeen RT:n. Raakoja EMG-signaaleja käytettiin laskemaan lihassäikeiden johtonopeus (MFCV) ja neliökeskiarvo (RMS). ECC RT:n jälkeen havaittiin tilastollisesti merkitsevä lisäys pystysuorassa hypyssä ja MVCISO-prosenttiosuuksissa verrattuna CON RT:hen. Vastaavasti ECC RT lisäsi EMG MFCV:tä ja RMS:ää enemmän kuin konsentrinen harjoittelu.

Kaksikymmentä terveitä mieskokeilijaa suoritti 12 viikon ECCISO RT:n isokineettisellä dynamometrillä, ja polven ojennuslihaksten neuromuskulaariset arviot suoritettiin neljän viikon välein. ECCISO RT koostui 3 sarjasta 10 toistosta viikkojen 1–4 aikana, 4 sarjasta viikoilla 5–8 ja 5 sarjasta viikoilla 9–12. Sarjojen välillä kunnioitettiin 1 minuutin lepoaikaa. Merkittäviä parannuksia havaittiin lihasvoimassa [PTECC (29 %), PTISO (24 %) & PTCON (15 %)], elektromyografisessa aktiivisuudessa [ΣEMGECC (33 %), EMGISO (29 %)] ja lihasmassassa [Polven ojennuslihaksen lihaspaksuus (ΣMT 10 %) ja reisilihaksen anatominen poikkipinta-ala (ACSA rf 19 %)] harjoittelun jälkeen. ECC- ja ISO-aktivaatio lisääntyivät 4 ja 8 harjoitusviikon kohdalla, kun taas CON-aktivaatio ei muuttunut. Nämä havainnot viittaavat siihen, että neuronisen aktivaation ja lihasmassan suhteellinen lisäys selittää ECC- ja ISO-voimanlisäykset 8 harjoitusviikon kautta, kun taas muut prosessit näyttävät osallistuvan lisäyksiin viimeisillä 4 harjoitusviikolla. Samaan aikaan PTCON:n suhteellinen lisäys oli merkityksetön eikä liittynyt hermostolliseen sopeutumiseen ECCISO RT:n jälkeen.

Synergistiset lihakset osoittavat erilaisia morfologisia ja neurofysiologisia sopeutumia ECCISO RT:hen vastauksena. Terveitä miehiä (N=20) arvioitiin laajan lateraalisen (VL) ja laajan medialisen (VM) lihaksen hermostollisille ja lihassopeutumisille progressiivisen ECCISO RT:n jälkeen 12 viikon ajan. Morfologisia ja hermostollisia sopeutumisia arvioitiin käyttämällä ultraääni-mittauksia VL:n ja VM:n lihaspaksuudesta levossa ja elektromyografisia mittauksia MVCISO:n aikana. Harjoittelun jälkeen molempien lihasten paksuus lisääntyi merkittävästi (VL: 6,9 %; VM: 15,8 %). Lihastoiminnassa oli kuitenkin merkittäviä lisäyksiä VM:ssä (47,8 %; p = 0,003) mutta ei VL:ssä (19,8 %).

2.4 Johtopäätös

Eksentrisen harjoittelun varhaiset haittavaikutukset sisältävät solunsisäistä lihasvauriota, epämukavuutta, alentunutta säikeiden virityskykyä ja alkuperäistä lihasheikkenemistä. Tehokas ärsyke fysiologisten ja neuronisten harjoitusvasteiden saamiseksi on venytys ja ylikuormitus, kuten eksentrisissä supistumissa. Lihastoiminnan parantuminen johtuu eksentrisen harjoittelun aiheuttamista sopeutumisista, mukaan lukien lihaskasvu, lisääntynyt kortikaalinen aktiivisuus ja muutokset motoristen yksiköiden käyttäytymisessä.