Hermo-lihasjärjestelmän väsyminen ja palautuminen eksentrisen ja konsentrisen polkuergometrikuormituksen jälkeen

Abstract

Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli tutkia hermo-lihasjärjestelmän väsymistä, väsymismekanismeja ja palautumisen dynamiikkaa nilkan- ja polvenojennus liikkeissä eksentrisen ja konsentrisen polkuergometrikuormituksen jälkeen. Tutkimuksessa pyrittiin selvittämään onko polkuergometrillä - eri lihastyötavoilla - toteutetulla lihasten väsytyksellä eroa alaraajojen lihasten väsymiseen ja siitä palautumiseen maksimi voimantuoton, voimantuottonopeuden ja neuraalisen adaptaation näkökulmasta. Voimantuottoa tarkasteltiin nilkan- ja polvenojenojennuksen isometristä maksimivoimaa mittaamalla. Lihasaktiivisuutta tutkittiin mittaamalla voimantuoton aikainen EMG sekä nilkan että polven ojennuksessa. Lihastyötavan vaikutusta lihasperäiseen adaptaatioon selvitettiin voiman sekä polvenojentajan matala- (LFF) ja korkeataajuusväsymys (HFF) mittausten avulla. Neuraalista adaptaatiota tarkasteltiin oikean jalan soleus lihaksen refleksivasteen (H-refleksi) ja M-aallon muutoksilla.

Tutkimus suoritettiin Jyväskylän yliopiston Vuokatin toimipisteen opetus- ja laboratorio tiloissa ja tutkimukseen osallistui 12 vapaaehtoista aktiivisesti liikkuvaa mieshenkilöä. Jokaiselle koehenkilölle suoritettiin tutkimussuunnitelman mukaiset mittaukset sekä ennen konsentrista ja eksentristä polkuergometri väsytystä että väsytyksen jälkeen. Lihasväsymisen aikaansaamiseksi koehenkilöiden yksilöllinen polkuergometri kuormitustaso molemmille lihastyötavoille määriteltiin maksimi poljinvoiman avulla tutustumispäivän yhteydessä. Lihasten väsytys suoritettiin 40%:n kuormalla maksimi voimantuotosta kolmessa 15 minuutin jaksoissa, joiden välissä oli kolmen minuutin palautumisjakso. Sekä eksentrinen että konsentrinen mittausprotokolla koostui 1) mittauksista ennen väsytystä, 2) joko eksentrinen tai konsentrinen väsytys kuormitusprotokollan mukaan, 3) polvenojennusvoiman mittauksista heti väsytyksen jälkeen, 4) mittauksista kaksi tuntia väsytyksen jälkeen, 5) mittauksista kaksi päivää väsytyksen jälkeen ja 6) mittauksista seitsemän päivää väsytyksen jälkeen. Jokaisessa mittausjaksossa kaikille koehenkilöille suoritettiin 1) maksimi H-refleksi ja maksimi M-aalto soleus-lihaksesta tibialis anterior-hermoa stimuloimalla, 2) maksimi tahdonalainen isometrinen nilkanojennuksen voima (MVC) ja samanaikainen EMG soleus- ja medial gastrocnomius-lihaksista, 3) maksimi tahdonalainen isometrinen polvenojennus voima (MVC) ja samanaikainen EMG vastus lateralis- ja rectus femoris-lihaksista, 4) nilkan- ja polvenojennuksen voimantuottonopeus (RFD), 5) korkea (HFF)- ja matala (LFF)-taajuusväsymys voimavasteet polvenojentajasta (m.quadriceps). Lisäksi ennen väsytyksiä koehenkilöiltä mitattiin pituus, paino ja kehon koostumus sekä suoritettiin liikunta-aktiivisuus kysely. Eri kuormitusmittausten välillä Jokaisella koehenkilöllä oli vähintään seitsemän päivän lepojakso. Nilkanojennus. Maksimi isometrinen nilkan ojennusvoima (2195±577 N vs. 1901±481 N; p<0.01) ja voimantuottonopeus (5261±2094 N/s vs. 3600±1886 N/s; p<0.05) laskivat tilastollisesti merkitsevästi eksentrisen väsytyksen jälkeen. Maksimivoima eksentrisessä suorituksessa oli merkitsevästi (2049.91±656.67 N; p<0.05) alhaisemmalla tasolla vielä seitsemän päivän palautumisen jälkeen. Vastaavia, tilastollisesti merkitseviä maksimivoiman ja voimantuottonopeuden muutoksia ei havaittu konsetrisen väsytyksen jälkeen. Eksentrisen väsytyksen jälkeen EMG200/EMGmax –suhde laski (1.11±0.36 vs. 0.94±0.40; p<0.01) soleus-lihaksessa kaksi päivää väsytyksen jälkeen (2d). Konsentrisen väsytyksen jälkeen soleus-lihaksen EMGmax -arvoissa havaittiin tilastollisesti merkitseviä muutoksia kaksi tuntia (0.24±0.09 mV => 0.20±0.08 mV; p<0.01) ja kaksi päivää suorituksen jälkeen (0.24±0.09 mV => 0.17±0.07 mV; p<0.01).

Polvenojennus. Voimantuottonopeus laski tilastollisesti merkitsevästi välittömästi sekä eksentrisen (3874±2192 N/s vs.2356±1621 N/s; p<0.01) että konsetrisen (4218±1776 N/s vs. 3297±1510 N/s; p<0.01) väsytyksen jälkeen. Eksentrisen väsytyksen tapauksessa voimantuottonopeus oli edelleen tilastollisesti merkitsevästi laskenut (2966±1917 N/s; p<0.05) vielä kahden tunnin palautumisen jälkeen. EMG aktiivisuudessa (EMG200/EMGmax) havaittiin muutos konsentrisen väsytyksen tapauksessa rectus femoris-lihaksessa (1.00±0.25 vs. 0.90±0.21; p<0.05) verrattaessa ennen väsytystä mitattua arvoa kahden päivän palautumisen jälkeen mitattuun arvoon. Tilastollisesti merkitseviä muutoksia havaittiin myös vastus lateralis-lihaksen EMGmax –arvoissa konsentrisen väsytyksen tapauksessa sekä kaksi tuntia (0.51±0.09 mV => 0.41±0.12 mV; p<0.01) että kaksi päivää (0.51±0.09 mV => 0.32±0.19 mV; p<0.01) väsytyksen jälkeen.

H-refleksi ja M-aalto. Eksentrisessä väsytyksessä M-aallon arvo laski 5.64±2.61 mV:sta arvoon 4.82±2.56 mV; p<0.05 kaksi tuntia väsytyksen jälkeen. H-refleksin arvo nousi 2.13±1.21 mV:sta arvoon 2.45±1.31 mV (etm). H/M-suhde kasvoi tilastollisesti merkitsevästi arvosta 0.36±0.13 arvoon 0.52±0.16 (p<0.05) kahden tunnin palautumisen jälkeen. Konsentrisen tapauksen H/M-suhde nousi kahden tunnin palautumisen jälkeen, ei kuitenkaan tilastollisesti merkitsevästi.

Tämän tutkimuksen tulokset viittaavat siihen, että polkuergometrillä toteutettu väsytys vaikuttaa enemmän nilkanojentaja- kuin polvenojentajalihasten maksimi voimantuottoon, voimantuottonopeuteen ja lihasaktiivisuuteen. Toisaalta tulokset viittaavat myös siihen, että hermo-lihasjärjestelmän voimamuuttujien arvojen muutokset ovat selvempiä eksentrisen kuormituksen jälkeen kuin konsentrisen kuormituksen jälkeen ja väsymislähteet ovat enemmän periferisiä kuin sentraalisia.